基于軟件仿真驗證的運放電路設計方法

　　0 引言

　　集成運算放大器廣泛應用于電子電路的設計中，可以進(jìn)行信號的放大、運算(加、減、乘、除、對數、反對數、平方、開(kāi)方等)、處理(調制)以及波形的產(chǎn)生和變換。積分器和濾波器就是運放器件輔以外圍電路后的兩種典型應用電路。當外圍電路較為復雜時(shí)，輸入/輸出關(guān)系的表征就會(huì )變得較為繁瑣和困難。Proteus 軟件具有模擬電路、數字電路和單片機應用系統的設計和仿真功能，是目前能夠對微處理器進(jìn)行較好仿真的軟件，真正實(shí)現了從概念到產(chǎn)品的設計。本文探討了使用仿真軟件設計電路的可行性，并給出了典型的電壓反饋取樣電路設計方法。

　　1 積分器和濾波器工作原理

　　1.1 積分器工作原理

　　積分器的基本電路和實(shí)際應用電路如圖1(a)，(b)所示。積分器的基本電路輸入/輸出電壓關(guān)系如下：

　　在實(shí)際應用中，積分器的反饋電容C與電阻RF并聯(lián)，其輸入/輸出電壓關(guān)系如下：

　　當輸入的工頻信號幅值為5 V時(shí)，RF和R1的固定比值分別取為20 kΩ和10 kΩ。采用Proteus仿真軟件對電容取值不同的輸入/輸出進(jìn)行了仿真驗證，結果如表1和圖2所示。

　　可見(jiàn)，當輸入頻率大于f0時(shí)，電路為積分器;當輸入頻率小于f0時(shí)，電路為反相器。低頻電壓增益為：

　　1.2 濾波器快速設計

　　無(wú)限增益多路反饋二階低通濾波器電路如圖3所示。

　　設計步驟如下：

　　(1)根據截止頻率，從表2中選定一個(gè)電容C的標稱(chēng)值，使其滿(mǎn)足下式：

　　(2)從表3查出與AV對應的電容值及K=1時(shí)的電阻值，將電阻值乘以K后，得到電阻的設計值。濾波器的基本性能參數為Q=0.707，AV=-R2/R1。

　　2 電壓反饋取樣電路設計

　　2.1 濾波器移相補償

　　濾波器是改善電能質(zhì)量的有效措施，但相移計算起來(lái)較為繁瑣，如式(5)所示：

　　為了克服不足，通過(guò)軟件仿真可快速得出相移大小，在需要同步的電路中為移相電路提供準確數據。圖3的輸入/輸出電壓曲線(xiàn)如圖4所示。其中輸入電壓幅值為5 V，頻率為50 Hz。