利用Matlab解析总结计划运算放大器电路要点计划

利用Matlab剖析总结计划运算放大器电路要点计划利用Matlab剖析总结计划运算放大器电路要点计划利用Matlab剖析总结计划运算放大器电路要点计划能力拓展训练任务书

学生姓名：专业班级：

指导教师：工作单位：

题目:利用Matlab剖析运算放大器电路

初始条件：

1Matlab软件6.3以上版本

运算放大器等效电路

要求达成的主要任务:（包含课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具

体要求）

题目内容：

课程设计说明书应包含：

a）设计任务及要求

b）方案比较及认证

c）程序设计基本思想，程序流程图，部分源程序及讲解

d）调试记录及结果剖析

e）参照资料

）附录：所有源程序清单

g）总结

时间安排：

2013年选题、查阅资料和方案设计

2013年编程

2013年调试程序，改良与提升

2013年撰写设计报告（有调试过程及结果的截屏）

2013年争论和交课程设计报告指导教师署名：2013年月日系主任（或责任教师）署名：年月日武汉理工大学《能力拓展训练》设计

目录1序言...........................................................................................................................１2系统剖析...................................................................................................................２2.1任务及要求....................................................................................................２2.2剖析与计算....................................................................................................２电路频次响应剖析.............................................................................２自激剖析.............................................................................................３3编程和仿真...............................................................................................................４4仿真结果与剖析.......................................................................................................５5小结...........................................................................................................................７6心得意会...................................................................................................................８参照文件......................................................................................................................９附录..........................................................................................................................１０

I武汉理工大学《能力拓展训练》设计

序言

matlab是一种科学计算软件，在数学类科技应用软件中在数值计算方面首

屈一指。它能够进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创立用户界面、连结其余编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号办理与通信、

图像办理、信号检测、金融建模设计与剖析等领域。并且的应用范围特别广，包含信号和图像办理、通信、控制系统设计、测试和丈量、财务建模和剖析以及计算生物学等众多应用领域。因为它使用方便，输入简捷，运算高效，内容丰富等特色，并且很简单由用户自行扩展，所以，matlab现已成为外国发达国家大学讲课和科学研究中必不能够少的工具。

集成电路运算放大器是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。不论用什么方法求解电压增益和频次响应都是一个棘手的事，特别对自激现象的调整更加困难。可是，有了MATLAB兴盛的工具，使运算放大电路的有关问题办理中变得相当直观、简单了。

本文用拉氏变换法经过matlab的编程和函数调用求出电路的增益、频次响应和自激现象的模拟，经过响应曲线的比较，可方便的实现运算放大器的输出参

数的调试。对运算放大电路的求解，采纳拉普拉斯变换的方法，利用matlab供给的poly、ployval、gtext语句及semilogx函数对运算放大器进行办理，绘出相应曲线。

１武汉理工大学《能力拓展训练》设计

系统剖析

2.1任务及要求

利用Matlab工具剖析运算放大器开环增益和频次响应付整个电路闭环频次

响应的影响，绘出闭环频次响应图，经过试验剖析运算放大器的自激现象。运算

放大器等效电路如图2-1。

Z2

Z1·U1Uo—UiU2·+

+

A(U1－U2)

－

图2-1运算放大器等效电路

2.2剖析与计算

电路频次响应剖析

设运算放大器的开环增益为A,它是频次的函数,则在图示的连结方法下,闭

环输出与输入电压之比为：

UOZ2Z1H-）Ui（Z1A11Z2

２武汉理工大学《能力拓展训练》设计

假如增益A很大，上式分母可近似等于1，从而获得理想运放的闭环传达函

数：U（s）H（s）o

U（is）

Z（2s）

Z（1s）

依据题意,要考虑A=A(ω)对H(ω)的影响,计算将十分复杂,利用MATLAB能够方便迅速地解决这个问题，但必然给出详细数据。

平常,运算放大器的开环传达函数中包含3个实极点,即

A(s)A0A0123b(1s1)(1s2)(1s3)(s1)(s2)(s3)a(s)此中，123，A0为直流增益。

自激剖析

自激现象：输入信号为零时，输出有必然幅值、必然频次的信号，称电路产

生了自激振荡。

自激原由：负反应放大电路自激振荡的频次在低频段或高频段。在低频段或

高频段，若存在一个频次f0，且当ff0时附带相移为±π，则关于ff0的信

号，净输入量是输入量与反应量之和。

XiXiXf

在电扰动下，如合闸通电，必含有频次为f0的信号，关于ff0的信号，产

生正反应过程。

XoXfXiXo

输出量渐渐增大，直至达到动向均衡，电路产生了自激振荡。

３武汉理工大学《能力拓展训练》设计

编程和仿真

考虑到运算放大器的性质可由图形清楚地表示出来，可试用图形来表示结

果。假如产生自激现象，将在图像上清楚地反应出来，这样便能从整体上掌握运

算放大器的性质。现用Matlab剖析一个运算放大器电路的开环增益和频次响应

对整个电路闭环频次响应的影响。因为用Matlab仿真时必然给出详细数据。现设A02106，11000，23106，35107；并设Z12k，Z2取3种值：20k，100k，500k，求其H（）并绘出曲线。则其程序以下：Z1=2000;Z2=[20,100,500]*1000;%设置元件参数A0=2e6;w1=1000;w2=3e6;w3=5e7;w=logspace(2,8);%设定频次数组b=A0*w1*w2*w3;a=poly([-w1,-w2,-w3]);%列出运算放大器分子分母系数向量A=polyval(b,j*w)./polyval(a,j*w);%求放大器开环频次响应fori=1:3Z12(i)=Z2(i)/Z1;H(i,:)=-Z12(i)./(1+(1+Z12(i))./A);%求放大器闭环响应semilogx(w,abs(H(i,:))),holdon%画出频次-增益曲线endv=axis;axis(v);%保持w坐标semilogx(w,abs(A))holdoffgtext('Z2=20k')

gtext('Z2=100k')

gtext('Z2=500k')

gtext('开环增益')

gtext('角频次')４武汉理工大学《能力拓展训练》设计

gtext('增益abs(H)')

仿真结果与剖析

运转程序获得图4-1。

图4-1

由图3-1能够看出，运放在低频区较宽的一个频带里拥有平展的增益Z2Z1；

在高频区里出现了谐振峰，这简单造成运算放大器的自激现象。能够采纳以下方法进行除去：减小1，或增添2和3，而2和3由运算放大器自己性能决定，

所以，在放大器已选定的状况下，平常只好用加消振电容的方法减小1。在试着改变1的值并改正程序，运转后可获得以下结果：

1

1

时的响应曲线如图3-2。

50时的响应曲线如图3-3。

５武汉理工大学《能力拓展训练》设计

图4-2

图4-3

６武汉理工大学《能力拓展训练》设计

由以上两图可看出，跟着1的减小，自激现象出现的几率和幅度也愈来愈

小；同时，从响应曲线还能够得出不一样样阻抗下开环增益的变化规律。总之，Z2越

大，越简单造成运算放大器的自激现象。除去自激能够经过减小1，或增大2、

3来实现，在放大器已选定的状况下平常只好用加消振电容的方法减小1。

小结

运用matlab或simulink解决问题，第一应成立模型，此后才能将模型输入软件进行仿真儿获得结果。所以，成立正确的模型是很重要的。就这样题中理清题意后，需利用有关理论知识成立数学模型，再将数学模型转变为能输入该软件的程序，即编程。所以编程也是需要在建好数学模型的基础上才能达成的。在输入程序的过程中应耐心自习，以防范出现错误检查起来更麻烦。最后，对仿真结果的剖析是，需要联合理论知识，进行比较和增补，这样获得的结果才更有说服力。

７武汉理工大学《能力拓展训练》设计

心得意会

此次的基础加强训练，我们组一共四人，共同商讨研究了用Matlab来对运

算放大器电路进行剖析这一课题。运算放大器是电子电路中常常用到的一个重要

元件，它在好多电路中都起到了重要作用所以，对其工作时的现象进行剖析是很

有必需的。在初看这题很简单的状况下，我们认为会很轻松地达成任务但事实并

非这样。一者，关于运算放大器的基本知识，我们其实不如想象中那么熟习，或许

是在当初学习的时候就没有完满掌握；两者关于Matlab这款功能兴盛的软件，

我们固然常常听闻，但实质上自己学到和用到的特别之少，以致于初用时就显得

左支右绌了。此次基础训练让我认识到学好平常老师教的每一点内容都是很重要

的，我不该该在学习上粗心搪塞，那是在欺诈自己而已。所以，此后我必然要认

真听讲，对老师讲的知识加以重视，还要仔细对待自己的学习，为此后打下坚固

的基础。其余学习软件也是一个特别困难的过程，需要一边学习一边操作，于是

只好成天的呆在电脑前，想尽方法学会这个软件。最难的就是写程序这一部分了，

关于一个陌生的软件，还有它特有的语言，这就是一道很大的坎。但最后，经过不停地研究借鉴，基本达成了此次训练所需要的程序部分，结果仍是挺令人宽慰的。

总之，这是一次意义及其深刻的基础加强训练。经过此次训练，我认识到自己的弊端与不足，还学习了一个特别兴盛适用的软件，这是很令人欢乐的。固然在过程中碰到了各种困难，但这也就是人生的一部分吧。战胜困难，战胜窘境，这此后就是令人畅怀的欢欣了。

８武汉理工大学《能力拓展训练》设计

参照文件

康华光，《电子技术基础：模拟部分》，北京：高等教育第一版社，2001.

薛定宇，《科学运算语言MATLAB5.3程序设计与应用》，北京：清华大学第一版社，2000.

张志涌，《精晓MatlabR2011a》北京：北京航空航天大学第一版社，2011

邱关源，《电路》，北京：高等教育第一版社，2000.

[5]BruceCarterRonMancini,OpAmpsForEveryone,Elsevier(Singapore)Pte

Ltd,2010.

９武汉理工大学《能力拓展训练》设计

附录

Z1=2000;

Z2=[20,100,500]*1000;%设置元件参数

A0=2e6;w1=1000;w2=3e6;w3=5e7;

w=logspace(2,8);%设定频次数组

b=A0*w1*w2*w3;

a=poly([-w1,-w2,-w3]);%列出运算放大器分子分母系数向量

A=polyval(b,j*w).