模拟信号运算电路的设计.doc

模拟信号运算电路的设计目录1设计指标 12设计方案及其比较 53实现方案 54调试过程及结论 85心得体会 96参考文献 9模拟信号运算电路的设计1设计指标设计一种模拟信号的运算电路,其中包括加法、减法和反相比例等电路的运用,要求能够实现特定函数()的三路可调输入模拟信号的运算,测试并记录下各节点的波形图。,方案一是由两个LF353的运算放大器U1:A和U1:B组成一个两级运放的结构,其中和由第一级输入,通过运放U1:A进行反向比例加法运算从而得到;由第二级输入而与进行反向比例加法运算从而得到;图1为方案一的原理图其中各电阻值的确定如下:;(1)又为平衡电阻,其作用是避免输入偏流产生附加的差动输入电压,故;(2);同理,也为平衡电阻,故该方案主要采用了加法器运算电路和和反向比例运算器的工作原理来实现,可行!,该方案采用差动输入方式,也是由两个LF353的运算放大器构成的两级输入结构,与方案一不同的是,,,均在第一级输入,第二级为一反向比例运算器;其中和从反向输入端输入,从同向输入端输入,得,再经过U1:B后得其中各电阻值的确定如下:(3)其中满足;(4)由(3)得由(4)得(5)图2为方案二的原理图为抑制共模信号,从而提高共模抑制比,以保证电路的测量精度,故对于U1:B,该运放仅起到反向的作用,故为平衡电阻,,此方案共用了四个LF353型的运算放大器,其中U1:A,U1:B的输入方式为同相输入,U2:A为反向比例运算器,U2:B为射随器,其作用是将输入端和输出端隔离开来以满足运算关系;各电阻值的确定如下:运用叠加定理,记,,分别作用时一级输出为到第二级的输入电压分别为,则有图3为方案三的原理图(6)(7)(8)令,则,,;因此,为保证的成立,需先将比例整体扩大3倍,即令;(9)(10)(11)为平衡电阻,,仿真精度也近似,然而对于实际操作却各有利弊,现在从方案三看起,方案三一共用了四个运算放大器,十个电阻,但从电路中可以清楚的看出各个小模块的作用,该方案既有同相输入的模块又有反向输入的模块,各个模块还有平衡电阻来避免附加的差动输入电压以提高电路精度;虽然远离简单,但耗材较多,电路连接复杂,与其他方案相比,实际操作难度高;方案二采用差动输入方式分别从同向和反向端输入,由于运算放大器也没有“虚地”点,相当于在运放两端加上了大小相等,极性相同的共模信号,因此想要获得较高精度的运算还得选用共模抑制比高的运算放大器,该方案以差动输入从结果来看实际构成了一个减法器,后面接一个运放作为等比例反向比例运算器反向;电路较简单,但运算起来相对较麻烦或者说无法直接看出最终结果!方案一同样只用了两个运放,却是最容易想到的方案,从始末来看,它两次反向将从一级反向端输入的还原为正,将从第二级反向端输入的反向为负从而起到减法器的作用,此方案两次采用反向比例加法运算电路实现了,计算思路清晰,近乎可以口算出各电阻的参数值;综合上述比较,选择方案一作为最终操作方案;3实现方案从上面的方案比较来看,我们将选择方案一来实现的运算,实现过程中我们将用到如下表(表1)中器件,其中直流源1为运放提供偏置电压,电源2提供输入电压,示波器测波形表1元件清单元器件名称规格数量原器件名称规格数量直流源11运算放大器LF3531直流源25V1面包板1万用表1导线若干滑动变阻器10k5剪刀1电阻2k2镊子1电阻10k2示波器1电阻1k2按图四连接电路,由反向端输入和经一级运放运算后得到,再将从第二级的反向端输入二级运放,同时从该反相端输入则最终从输出端输出的输出电压即;电路中各电阻大小前面已经给出,这里就不再赘述了!图4为实现方案的原理图如图5实物图所示,实物图看起来似乎比电路图要复杂得多,其实不然,究其原因,是为了用一个直流源提供三个可变电压进行三端输入,其中的三个滑动变阻器即用来改变输入的5V电压其原理图如下图6所示直流电压由Vs端输入,经过变阻器的部分电阻分压后将Vi输入到电路中;而另外的两个滑动变阻器则是为了提高电路的运算精度而设,。面包板电路布线讲究横平竖直,不允许有交叉线出现,因而实物图中的很多段短线就是为了避免出现交叉而设置的。图5为电路设计的实物图其主体部分为拆去外围三个滑动变阻器后剩下的电路,主体很简单图6为电源电压输入的电路模型利用这种分压的方式能很方便并且连续的改变输入端电压的大小。4调试过程及结论此处省略了501个字撒!表2验证电路正确性的数