1、電子系統設計實驗二一一年十二月1.設計任務及要求1.用運算放大器構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，通頻帶。2.設計概述；本設計根據要求利用運算放大器構成同相放大器反相放大器和跟隨器，并且根據頻帶也要設計出低通、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。根據仿真，測得電路的輸入電阻，輸出電阻，放大倍數，通頻帶都能很好達到要求。 3.設計方案 綜合考慮題目要求，即用集成運算放大器和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，且放大倍數易調節。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經電阻R2由同相輸入端輸入，即可構成同相放大器(noninverting amplifier)，實現輸出電壓uo與輸入電壓ui之間的同相比例運算。 且有下列放大關系：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是通用的雙運用算放大器，其特點有：較低輸入偏置電壓和偏移電流：；輸出沒有短路保護，輸入級具有較高的輸入阻抗，內建頻率被子償電路，較高的壓擺率。最大工作電壓為18V.鑒于以上這些特點，選用LM741作為同相放大器完全能滿足要求，且經濟實惠。低通濾波器采用典型的RC低通網絡，不難低通網絡的傳

3、遞函數：進而可得到其幅頻響應為對于圖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。當取R2=1K,C1=1Uf,得到上限截止頻率為：放大器的放大倍數；Av=1+R3/R4=2仿真及測試結果：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.放大倍數圖4 輸入和輸出電壓仿真結果表明在50Hz情形下，輸入幅值為1V，輸出為2

4、V，放大倍數為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,即系統的輸入電阻大，輸出電阻小，帶負載能力強，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絡換成高通網絡即可，同樣可得到高通網絡的傳遞函數：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.放大倍數由輸入輸出電壓計算得到放大倍數為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組成，因此電路自然可以是：圖7 同相帶通仿真及測試結果：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 由輸入輸出關系可得，放大倍數約為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，以保證運放輸入端的對稱。反相低通放大器仿真及測試結果

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反相高通放大器設計反相高通放大電路如下：得到傳遞函數為：仿真及測試結果：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.放大倍數為確保在通頻帶內輸入信號為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組成，因此電路自然可以是：仿真及測試結果：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.放大倍數為確保在通頻帶內輸入信號為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、大倍數恒小于且接近1。電壓跟隨器的顯著特點就是，輸入阻抗高，而輸出阻抗低，一般來說，輸入阻抗要達到幾兆歐姆是很容易做到的。輸出阻抗低，通常可以到幾歐姆，甚至更低由此可以看出電壓跟隨器與同相比例運算放大器類似，現低通電壓跟隨為例，作簡要分析：仿真及測試結果：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 為確保在通頻帶內，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，僅僅只在濾波網絡上有差異，因此在這就不在贅述。 4.總結通過利用運算放大器構成同相放大器反相放大器和跟隨器，結合頻帶設計出低通、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、輸出機和緩沖級。另外有源濾波器的設計，