当前位置:首页 > 嵌入式 > 嵌入式教程
[导读]基于软件仿真验证的运放电路设计方法

  0 引言

  集成运算放大器广泛应用于电子电路的设计中,可以进行信号的放大、运算(加、减、乘、除、对数、反对数、平方、开方等)、处理(调制)以及波形的产生和变换。积分器和滤波器就是运放器件辅以外围电路后的两种典型应用电路。当外围电路较为复杂时,输入/输出关系的表征就会变得较为繁琐和困难。Proteus 软件具有模拟电路、数字电路和单片机应用系统的设计和仿真功能,是目前能够对微处理器进行较好仿真的软件,真正实现了从概念到产品的设计。本文探讨了使用仿真软件设计电路的可行性,并给出了典型的电压反馈取样电路设计方法。

  1 积分器和滤波器工作原理

  1.1 积分器工作原理

  积分器的基本电路和实际应用电路如图1(a),(b)所示。积分器的基本电路输入/输出电压关系如下:

  

 

  在实际应用中,积分器的反馈电容C与电阻RF并联,其输入/输出电压关系如下:

  

 

  当输入的工频信号幅值为5 V时,RF和R1的固定比值分别取为20 kΩ和10 kΩ。采用Proteus仿真软件对电容取值不同的输入/输出进行了仿真验证,结果如表1和图2所示。

  

 

  可见,当输入频率大于f0时,电路为积分器;当输入频率小于f0时,电路为反相器。低频电压增益为:

  

 

  1.2 滤波器快速设计

  无限增益多路反馈二阶低通滤波器电路如图3所示。

  设计步骤如下:

  (1)根据截止频率,从表2中选定一个电容C的标称值,使其满足下式:

  

 

  

 

  (2)从表3查出与AV对应的电容值及K=1时的电阻值,将电阻值乘以K后,得到电阻的设计值。滤波器的基本性能参数为Q=0.707,AV=-R2/R1。

  

 

  2 电压反馈取样电路设计

  2.1 滤波器移相补偿

  滤波器是改善电能质量的有效措施,但相移计算起来较为繁琐,如式(5)所示:

  

 

  为了克服不足,通过软件仿真可快速得出相移大小,在需要同步的电路中为移相电路提供准确数据。图3的输入/输出电压曲线如图4所示。其中输入电压幅值为5 V,频率为50 Hz。 [!--empirenews.page--]由图4可见,相移大小为,得出θ=122°。输出电压也可由理论近似计算相等,而得到的精确值为4.56 V。

  

 

  2.2 电压反馈取样电路

  电压反馈取样电路由移相、全波精密整流和积分放大电路三部分组成,如图5所示。移相电路用以将输出侧的交流电压形成两路正交信号。将全波精密整流设计成输入/输出间的比例为1。积分放大电路对合成后的脉动直流信号作平滑放大处理。

  

 

  以对输入幅值2 V的工频电压信号取样为例,经过移相和全波精密整流后,作为积分放大器的输入信号,是两路为2|sinωt|和2|cosωt|的正交信号,合成为 uf="2"(|sinωt|+|cosωt|)作脉动变化的直流信号,因为1≤(|sinωt|+|cosωt|)≤,考虑到RF/R1的反相放大作用,积分放大电路的输出信号uf在0~5.66 V之间变化,图6给出电容分别取15.9μF和1.59μF时的输出电压曲线。当电容为15.9μF时时间常数τ=RC=0.318 s,经过5τ=1.59 s到达稳定状态;当电容为1.59μF时的时间常数τ=RC=0.031 8 s,经过5τ=0.159 s后达到稳定状态并与图中曲线衰减规律一致。一般集成电路器件的输入电压在10 V以内,通过理论计算获得脉动直流信号的积分输出变化规律较为困难,可以通过软件仿真的方法得出输出值的变化规律,在积分放大器的输入信号中加以基准源,即可限制输出信号的幅值。对于图5可取基准源信号为-4.5 V。最终可获得正纹波很小的反应输入电压变化的直流信号。

  

 

  3 结语

  对滤波器和积分器的工作原理进行了说明,指出在实践设计过程中,当运算放大器外围器件较多,输入/输出关系需要精确考虑,而理论计算繁琐或较为困难时,采用软件仿真是准确、有效、便捷的辅助手段。以滤波器的相移和电压反馈取样电路为例,详细说明了采用软件仿真验证的设计过程,可以使用该法设计其他电子电路,本文设计的电压反馈取样电路极具参考价值。

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

9月2日消息,不造车的华为或将催生出更大的独角兽公司,随着阿维塔和赛力斯的入局,华为引望愈发显得引人瞩目。

关键字: 阿维塔 塞力斯 华为

加利福尼亚州圣克拉拉县2024年8月30日 /美通社/ -- 数字化转型技术解决方案公司Trianz今天宣布,该公司与Amazon Web Services (AWS)签订了...

关键字: AWS AN BSP 数字化

伦敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英国汽车技术公司SODA.Auto推出其旗舰产品SODA V,这是全球首款涵盖汽车工程师从创意到认证的所有需求的工具,可用于创建软件定义汽车。 SODA V工具的开发耗时1.5...

关键字: 汽车 人工智能 智能驱动 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越来越多用户希望企业业务能7×24不间断运行,同时企业却面临越来越多业务中断的风险,如企业系统复杂性的增加,频繁的功能更新和发布等。如何确保业务连续性,提升韧性,成...

关键字: 亚马逊 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,据媒体报道,腾讯和网易近期正在缩减他们对日本游戏市场的投资。

关键字: 腾讯 编码器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中国国际大数据产业博览会开幕式在贵阳举行,华为董事、质量流程IT总裁陶景文发表了演讲。

关键字: 华为 12nm EDA 半导体

8月28日消息,在2024中国国际大数据产业博览会上,华为常务董事、华为云CEO张平安发表演讲称,数字世界的话语权最终是由生态的繁荣决定的。

关键字: 华为 12nm 手机 卫星通信

要点: 有效应对环境变化,经营业绩稳中有升 落实提质增效举措,毛利润率延续升势 战略布局成效显著,战新业务引领增长 以科技创新为引领,提升企业核心竞争力 坚持高质量发展策略,塑强核心竞争优势...

关键字: 通信 BSP 电信运营商 数字经济

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央广播电视总台与中国电影电视技术学会联合牵头组建的NVI技术创新联盟在BIRTV2024超高清全产业链发展研讨会上宣布正式成立。 活动现场 NVI技术创新联...

关键字: VI 传输协议 音频 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日举办的2024年长三角生态绿色一体化发展示范区联合招商会上,软通动力信息技术(集团)股份有限公司(以下简称"软通动力")与长三角投资(上海)有限...

关键字: BSP 信息技术
关闭
关闭