設(shè)計同相反相高通低通放大器

1、電子系統(tǒng)設(shè)計實(shí)驗(yàn)二一一年十二月1.設(shè)計任務(wù)及要求1.用運(yùn)算放大器構(gòu)成同相放大器反相放大器和跟隨器。2.測出三種電路的輸入電阻，輸出電阻，放大倍數(shù)，通頻帶。2.設(shè)計概述；本設(shè)計根據(jù)要求利用運(yùn)算放大器構(gòu)成同相放大器反相放大器和跟隨器，并且根據(jù)頻帶也要設(shè)計出低通、高通、帶通濾波器，這樣組合起來就有9種電路，以下將一一介紹。根據(jù)仿真，測得電路的輸入電阻，輸出電阻，放大倍數(shù)，通頻帶都能很好達(dá)到要求。 3.設(shè)計方案 綜合考慮題目要求，即用集成運(yùn)算放大器和RC電路可組成有源濾波電路。有源濾波電路能提高濾波性能，還可以將信號放大，且放大倍數(shù)易調(diào)節(jié)。有源濾波器也可以分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾

2、波器。 3.1同相放大器將反相放大器中R1端接地，輸入電壓ui經(jīng)電阻R2由同相輸入端輸入，即可構(gòu)成同相放大器(noninverting amplifier)，實(shí)現(xiàn)輸出電壓uo與輸入電壓ui之間的同相比例運(yùn)算。 且有下列放大關(guān)系：圖1 同相放大器 同相低通放大器圖2 同相低通放大器放大器選用LM741，LM741是通用的雙運(yùn)用算放大器，其特點(diǎn)有：較低輸入偏置電壓和偏移電流：；輸出沒有短路保護(hù)，輸入級具有較高的輸入阻抗，內(nèi)建頻率被子償電路，較高的壓擺率。最大工作電壓為18V.鑒于以上這些特點(diǎn)，選用LM741作為同相放大器完全能滿足要求，且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。低通濾波器采用典型的RC低通網(wǎng)絡(luò)，不難低通網(wǎng)絡(luò)的傳

3、遞函數(shù)：進(jìn)而可得到其幅頻響應(yīng)為對于圖1所示電路輸入信號中的高頻成分，電容C1可近似地看成短路，輸出端與同相輸入端連接，所以最終輸出電壓很小，抑制了高頻信號。對于輸入信號中的低頻成分，電容C1可近似地看成開路，這時的放大倍數(shù)為1+R3/R4，低頻信號順利通過。此低通濾波器的上限頻率為：1/2R2C1。當(dāng)取R2=1K,C1=1Uf,得到上限截止頻率為：放大器的放大倍數(shù)；Av=1+R3/R4=2仿真及測試結(jié)果：a.通頻帶從右圖可以看出，該低通濾波器的上限截止頻率是138.7Hz,與計算值能很好的吻合。 圖3 通頻帶b.放大倍數(shù)圖4 輸入和輸出電壓仿真結(jié)果表明在50Hz情形下，輸入幅值為1V，輸出為2

4、V，放大倍數(shù)為2倍，與理論吻合。c.輸入輸出電阻圖5 輸入輸出電流由于Vi=1.0V，Vo=2.0V,容易算出輸入電阻Ri=18.5M,輸出電阻Ro=79.68,即系統(tǒng)的輸入電阻大，輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)，適合在輸入級和輸出級。同相高通放大器同相高通放大器只需將同相低通放大器中的低通網(wǎng)絡(luò)換成高通網(wǎng)絡(luò)即可，同樣可得到高通網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)：而其他分析與低通是一樣的，故不再贅述，電路圖如下：圖6 同相高通仿真及測試結(jié)果：a. 通頻帶從右圖可以看出，該高通濾波器的下限截止頻率是594kHz, b.放大倍數(shù)由輸入輸出電壓計算得到放大倍數(shù)為1.91倍，與理論值能很好地吻合。C.輸入輸出電阻b.由于Vi=1

5、.0V，Vo=2.0V,容易算出輸入電阻Ri=0.45M,輸出電阻Ro=7.11同相帶通放大器帶通可由一個低通和一個高通級聯(lián)組成，因此電路自然可以是：圖7 同相帶通仿真及測試結(jié)果：c. 通頻帶由上可知下線截止頻率為32JHz,上限截止頻率為55.236kHzb.放大倍數(shù) 由輸入輸出關(guān)系可得，放大倍數(shù)約為2倍，與理論符合C.輸入輸出電阻同理可以計算出，輸入輸出電阻分別為Ri=1.6M,Ro=79.33.2反相放大器輸入電壓ui經(jīng)電阻R1由反相輸入端輸入，輸出端與反相端之間接一反饋電阻RF，同相輸入端與地之間接一平衡電阻R2，且R2=R1/RF，以保證運(yùn)放輸入端的對稱。反相低通放大器仿真及測試結(jié)果

6、：a.通頻帶從右圖可以看出，該低通濾波器的下限截止頻率是594kHz,b.放大倍數(shù)很明顯，輸入和輸出的相位相反，并且由輸入和輸出電壓分別為Vi=1.0V,Vo=1.5V可得到放大倍數(shù)為1.2倍。C.輸入輸出電阻同理可以計算出，輸入輸出電阻分別為Ri=3.2M,Ro=52.3反相高通放大器設(shè)計反相高通放大電路如下：得到傳遞函數(shù)為：仿真及測試結(jié)果：a.通頻帶從右圖可以看出，該高通濾波器的下限截止頻率是1.71kHz,b.放大倍數(shù)為確保在通頻帶內(nèi)輸入信號為3.0kHz, 很明顯，輸入和輸出的相位相反，并且由輸入和輸出電壓分別為Vi=1.0V,Vo=2.5V可得到放大倍數(shù)為2.5倍。C.輸入輸出電阻同

7、理可以計算出，輸入輸出電阻分別為Ri=5.2M,Ro=100.3反相帶通放大器同樣帶通可由一個低通和一個高通級聯(lián)組成，因此電路自然可以是：仿真及測試結(jié)果：a. 通頻帶由上圖可得出，通頻帶為1.368kHz837kHz,且通帶有較大增益，阻帶衰減快，有很好的濾波性能。b.放大倍數(shù)為確保在通頻帶內(nèi)輸入信號為10.0kHz, 很明顯，輸入和輸出的相位相反，并且由輸入和輸出電壓分別為Vi=1.2V,Vo=1.8V可得到放大倍數(shù)為1.5倍。b. 輸入輸出電阻 可以計算出，輸入輸出電阻分別為Ri=2.1M,Ro=88.33.2電壓跟隨器電壓跟隨器，就是輸出電壓與輸入電壓是相同的，就是說，電壓跟隨器的電壓放

8、大倍數(shù)恒小于且接近1。電壓跟隨器的顯著特點(diǎn)就是，輸入阻抗高，而輸出阻抗低，一般來說，輸入阻抗要達(dá)到幾兆歐姆是很容易做到的。輸出阻抗低，通?？梢缘綆讱W姆，甚至更低由此可以看出電壓跟隨器與同相比例運(yùn)算放大器類似，現(xiàn)低通電壓跟隨為例，作簡要分析：仿真及測試結(jié)果：c. 通頻帶 從右圖可以看出，該低通濾波器的上限截止頻率是117.1Hz,b.放大倍數(shù) 為確保在通頻帶內(nèi)，輸入信號為50.0Hz, 很明顯，輸入和輸出的相位相反，并且由輸入和輸出電壓分別為Vi=1.4V,Vo=1.3V可得到放大倍數(shù)為0.93倍。c.輸入輸出電阻故測得的輸入電阻Ri為無窮大，Ro=,所以說電壓跟隨器輸入阻抗高，而輸出阻抗低 而對于兩外兩種濾波電路，僅僅只在濾波網(wǎng)絡(luò)上有差異，因此在這就不在贅述。 4.總結(jié)通過利用運(yùn)算放大器構(gòu)成同相放大器反相放大器和跟隨器，結(jié)合頻帶設(shè)計出低通、高通、帶通有源濾波器，使我加深了對這三種放大電路的認(rèn)識，特別是電壓跟隨器，它輸入阻抗高，而輸出阻抗低，沒有電壓放大能力，可作輸入級、輸出機(jī)和緩沖級。另外有源濾波器的設(shè)計，