R1 R R3 R2
Vi2 ) =- (5Vi1 +Vi2 )
(5)
由对应关系可以得出：R3 =R2 =5R1 ，取R1 =2kΩ，则R3 =R2 =10kΩ；电阻R5 是起到平衡电 阻的作用，为芯片内部的晶体管提供一个合适的静态偏置并且消除静态基极电流对输出电 压的影响，其大小应与两输入端外界直流通路的等效电阻值平衡，因此：
3. 实现方案
根据上面的方案比较，最后采用方案二来作为实现方案。实现过程中我们将用到以下 元器件，如表 1 所示。
表 1 元器件清单
元器件名称 直流电压源 万用表 滑动变阻器 电阻 电阻 电阻
规格 ±12V、5V
数量 1 1
元器件名称 运算放大器 面包板 导线 剪刀 镊子
规格 LF353
数量 1 1 若干 1 1
武汉理工大学《电子综合实训Ⅰ》说明书
武汉理工大学《电子综合实训Ⅰ》说明书
同相运算放大电路的设计
1. 技术指标
设计一种模拟信号的同相运算电路，其中包括加法、减法和反相比例等电路的运用， 要求能够实现函数(Vo =5Vi1 +Vi2 - 0.5Vi3 )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。
1
(7)
+1V +12V
+12V
R5
1.4k
R7 U1:A
8
1 0.4k 5
U1:B
8
7
R1
2k 3 2
R4
1k
6 LF353
LF353
4
R2
10k
4
+5.48
Volts
R6
-12V
R3
10k
2k
-12V
R8
1k
+1V
图 2 方案二电路原理和仿真结果
2.3 方案三
此方案利用了差动放大电路和一个反向比例运算电路组成，电路原理及仿真结果如图 3 所示。 电路的第一级是差动输入模式， 这一部分电路是由运算放大器 U1： A、 R1 、 R2 、 R3 、 R4 、 R6 组成的。信号Vi1 和Vi2 是从运算放大器的同相输入端输入的，而Vi3 是从运算放大器的反 相输入端输入的，这样是为了实现Vo 1 =- (5Vi1 +Vi2 )+0.5Vi3 。第二级反相比例运算电路是不 具备放大功能的，这部分电路是由运算放大器 U1：B、R5 、R7 、R8 共同组成。它的作用是 将第一级输出的信号反相，即最终实现Vo =5Vi1 +Vi2 - 0.5Vi3 。 各部分元件参数确定过程如下： 根据第一级的差动输入电路可以得到如下关系式：
3296 1k 2k 10k
3 2 2 2
此方案是利用了两个 LF353 芯片构成的同相运算放大电路，电路原理图如图 4 所示。 在 U1：A 部分，利用的是反相比例求和电路，Vi1 和Vi2 为第一级运算电路信号的输入端， 可以看到信号是从运算放大器的反响端输入的。设输出端为Vo1 ，通过电阻R1 、R2 、R3 的比 例关系，实现的功能反相求和Vo 1 =- (5Vi1 +Vi2 ) ，在 U1：B 部分，Vi3 为作为第二级电路信
3、 撰写电子综合实训说明书： 封面：题目，学院，专业，班级，姓名，学号，指导教师，日期 任务书 目录（自动生成） 正文：1、技术指标；2、设计方案及其比较；3、实现方案； 4、调试过程及结论；5、心得体会；6、参考文献 成绩评定表 时间安排： 电子综合实训时间：19 周－20 周 19 周：明确任务，查阅资料，提出不同的设计方案（包括实现方案）并答辩； 20 周：按照实现方案进行电路布线并调试通过；撰写电子综合实训说明书。 指导教师签名： 系主任（或负责老师）签名： 年 年 月 月 日 日
2. 设计方案及其比较
2.1 方案一
此方案是利用了 LF353 芯片构成的一个同相求和运算放大电路和一个求差运算放大电 路组成，电路原理图及仿真结果如图 1 所示。
R3
1k -12V
R4
5k +12V
R6
2k
U1:A
+1V 2
U1:B R5
1k 5 7 6 LF353
4
R1
1k
1 3
4
R2
5k
8
LF353
2 1
(12)
R4
500 +12V
R7
+12V 1k
R3
+1V
6.5k 3
U1:A
8
5 1 2 LF353
U1:B
8
R1
+1V
650
R5
2k
7 6
4
LF353
4
+5.47
Volts
R2+1V3.25 Nhomakorabea -12V
R6
3.25k
-12V
R8
2k
图 3 方案三电路原理及仿真结果
3
武汉理工大学《电子综合实训Ⅰ》说明书
2
武汉理工大学《电子综合实训Ⅰ》说明书
R5 =R1 //R2 //R3 ，所以R5 ≈1.4kΩ。对于第二级运算放大电路，根据虚短和虚断原理有： Vo =- (Vo 1 +0.5Vi3 )=- (R8 Vo 1 + R8 Vi3 )
4 6
R
R
(6)
有对应关系可以得出： R8 =R4 = 2 R6 这里取R4 =1kΩ，则有R8 =1k；R6 =2kΩ。电阻R7 和R5 的作用是一样的，因此有 R7 =R4 //R6 //R8 ，即R7 ≈0.4kΩ。
1
武汉理工大学《电子综合实训Ⅰ》说明书
元件参数确定如下： 在第一级同相求和比例运算放大电路： 由虚短、虚断和 N 点的 KCL 得：
Vo 1 - Vp
{ 由此可以推导出关系式：
R4 R1
= Rp
3
V
Vi1 - Vp
=
Vi2 - Vp R2
(1)
Vo 1 = (1+ R8 ) ∙ (R +R ) ∙(R2 ∙Vi1 +R1 ∙Vi2 )
学
号：
0121214420223
电子综合实训
题 学 专 班 姓
目 院 业 级 名
同相运算放大电路的设计 理学院 电子信息科学与技术 1202 班 任洪运 贾信庭
指导教师
2014 年
01 月
15 日
电子综合实训任务书
学生姓名： 指导老师： 任洪运 贾信庭 专业班级：电子信息科学与技术 1202 工作单位：武汉理工大学理学院
+
Vi2 - Vn R2
Vi3 = R
R1 //R2
1 //R2 +R7
Vo 2
(10)
即：
Vo 2 = (
R4 ∙( R1 //R2 +R6 ) ∙Vi3 R1 //R2 ) ∙( R3 +R4 )
(11)
所以有对应关系可以得到：R2 =R6 =5R1 ；这里取R1 =650Ω，则R2 =R6 =3.25kΩ； 因为本方案采用了差动放大电路，为了更好地抑制共模信号，提高共模抑制比，可由 上面的关系式推导出： R1 //R2 //R6 =R3 //R4 ， 从而得到关系： R3 =10R1 、 R3 =13R4 ， 因此R3 =6.5kΩ， R4 =500Ω；对于方向比例运算电路，由于它不具备放大功能，所以可以得出 R5 =R8 ，这里取 R5 =2kΩ，则R 8 =2kΩ；电阻R7 的作用是起到平衡电阻的作用，防止偏流引起附加的电压， 其阻值应为电阻R5 和R8 并联的值，即： R7 =R5 //R8 = R5 =1kΩ
8
+5.54
Volts
+12V +1V
R7
+1V
2k
-12V
R8
1k
图 1 方案一原理图及仿真结果 第一级同相求和比例运算放大电路是由运算放大器 U1：A、电阻R1 、R2 、R3 、R4 共同 组成， 可实现功能是Vo 1 =5Vi1 +Vi2 ； 第二级同相求差比例运算放大电路是由运算放大器 U1： B、电阻 R5 、R6 、R7 、R8 共同组成，其目的是实现Vo =Vo 1 -0.5Vi3 。通过以上两部分即可实现 实验要求的Vo =5Vi1 +Vi2 - 0.5Vi3 。
2
+1V
武汉理工大学《电子综合实训Ⅰ》说明书
Vo 1 =- (R6 ∙Vi1 + R6 ∙Vi2 ) +Vo 2
1 2
R
R
(8)
根据虚短、虚断原理，可以得到下式： Vp =Vn Vp = R { 因此：
R4 R3 +R4 Vi1 - Vn R1 R4
3 +R4
∙Vi3 =
Vo 2 - Vn R6
(9)
(3)
{ 由此可以推导出：
Vp =Vn
6 Vo = (1+ R8 ) ∙ (1+R 7
R
R ⁄R5 R ) ∙Vo 1 - R8 ⁄ R 6 5 7 1 2
Vi3
(4)
又因为Vo =Vo 1 - 0.5Vi3 ，可以得出关系式R6 =2R5 、R8 = R7 ；这里取R5 =R8 =1kΩ；则 R6 =R7 =2kΩ。
2.2 方案二
此方案是利用了两个 LF353 芯片构成的反相求和运算放大电路，电路原理和仿真结果 如图 2 所示。在 U1：A 部分，利用的是反相比例求和电路，Vi1 和Vi2 为第一级运算电路的 输入端， 设输出端为Vo 1 ，实现的功能是令 Vo 1 =-(5Vi1 +Vi2 ) ，在 U1：B 部分，Vi3 为输入端， 此部分仍然利用的是反向比例求和电路，目的是实现Vo =5Vi1 +Vi2 - 0.5Vi3 。 元件参数确定如下： 对于第一级运算放大电路，根据虚短和虚断原理有: Vo 1 =- ( 3 Vi1 +