基于軟件仿真驗(yàn)證的運(yùn)放電路設(shè)計方法

　　0 引言

　　集成運(yùn)算放大器廣泛應(yīng)用于電子電路的設(shè)計中，可以進(jìn)行信號的放大、運(yùn)算(加、減、乘、除、對數(shù)、反對數(shù)、平方、開方等)、處理(調(diào)制)以及波形的產(chǎn)生和變換。積分器和濾波器就是運(yùn)放器件輔以外圍電路后的兩種典型應(yīng)用電路。當(dāng)外圍電路較為復(fù)雜時，輸入/輸出關(guān)系的表征就會變得較為繁瑣和困難。Proteus 軟件具有模擬電路、數(shù)字電路和單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計和仿真功能，是目前能夠?qū)ξ⑻幚砥鬟M(jìn)行較好仿真的軟件，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的設(shè)計。本文探討了使用仿真軟件設(shè)計電路的可行性，并給出了典型的電壓反饋取樣電路設(shè)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(yīng)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(yīng)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(dāng)輸入的工頻信號幅值為5 V時，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(yàn)證，結(jié)果如表1和圖2所示。

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

　　1.2 濾波器快速設(shè)計

　　無限增益多路反饋二階低通濾波器電路如圖3所示。

　　設(shè)計步驟如下：

　　(1)根據(jù)截止頻率，從表2中選定一個電容C的標(biāo)稱值，使其滿足下式：

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

　　2 電壓反饋取樣電路設(shè)計

　　2.1 濾波器移相補(bǔ)償

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

　　為了克服不足，通過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(zhǔn)確數(shù)據(jù)。圖3的輸入/輸出電壓曲線如圖4所示。其中輸入電壓幅值為5 V，頻率為50 Hz。