利用Matlab分析运算放大器电路

目录

摘要...............................................................1

1题目来源.......１

3系统分析.....................................................................................................................3

3.1任务及要求3

3.2分析与计算3

3.2.1电路频率响应分析3

3.2.2自激分析4

4编程和仿真5

5仿真结果与分析6、7

6小结8

7心得体会9

参考文献10

附录11

1题目来源

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。它可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连 接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、 图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。而且 的应用范围非常广，包括 信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众 多应用领域。由于它使用方便，输入简捷，运算高效，内容丰富等特点，并且很 容易由用户自行扩展，因此，现已成为国外发达国家大学教学和科学研 究中必不可少的工具。

电路的增益、频率响 应

2研究意义

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。不管用什么方法求解电压增益和频率响应都是一个棘手的事，尤其对自激现象的调整更为困难。但是，有了MATLAB 强大的工具，使运算放大电路的相关问题处理中变得相当直观、容易了。

本文用拉氏变换法通过 的编程和函数调用求出电路的增益、频率响 应和自激现象的模拟，通过响应曲线的比较，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，采用拉普拉斯变换的方法， 提 供的poly、ployval、gtext 语句及semilogx 函数对运算放大器进行处理，绘出相应曲线

3.2分析与计算

3.2.1电路频率响应分析

设运算放大器的开环增益为A,它是频率的函数,则在图示的连接方法下,闭环输出与输入电压之比为：

如果增益A很大，上式分母可近似等于1，进而得到理想运放的闭环传递函数：

根据题意,要考虑A =A(ω) 对H(ω) 的影响,计算将十分复杂,利用MATLAB可以方便快速地解决这个问题，但必须给出具体数据。

通常,运算放大器的开环传递函数中包括3个实极点,即

其中，，为直流增益。

3.2.2自激分析

自激现象：输入信号为零时，输出有一定幅值、一定频率的信号，称电路产生了自激振荡。

自激原因：负反馈放大电路自激振荡的频率在低频段或高频段。在低频段或高频段，若存在一个频率，且当 时附加相移为±π，则对于的信号，净输入量是输入量与反馈量之和。

在电扰动下，如合闸通电，必含有频率为的信号，对于 的信号，产生正反馈过程。

输出量逐渐增大，直至达到动态平衡，电路产生了自激振荡。

4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。如果产生自激现象，将在图像上清楚地反映出来，这样便能从整体上把握运算放大器的性质。现用Matlab分析一个运算放大器电路的开环增益和频率响应对整个电路闭环频率响应的影响。

由于用Matlab仿真时必须给出具体数据。现设，，，；并设，取3种值：，，，求其并绘出曲线。则其程序如下：

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); %设定频率数组

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); %求放大器开环频率响应

for i=1:3

Z12(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,:))),hold on %画出频率-增益曲线

end

v=axis;axis(v); %保持w坐标

semilogx(w,abs(A))

hold off

gtext('Z2=20k'