集成運(yùn)放課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告專 業(yè)：10通信工程學(xué) 號(hào)： 100307012 姓 名： 張東東 指導(dǎo)教師：吳志偉 日 期：2012年6月 6日電子課程設(shè)計(jì)-集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用集成運(yùn)放器是一種高增益直流放大、直流放大器既能放大變化極其緩慢的直流信號(hào)，下限頻率可到零；又能放大交流信號(hào)，上限頻率與普通放大器一樣，受限于電路中的電容或電感等電抗性元器件。集成運(yùn)放和外部反饋網(wǎng)絡(luò)相配置后，能夠在它的輸出和輸入之間建立起種種特定的函數(shù)關(guān)系，故而稱它為“運(yùn)算”放大器。本課程設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)：使用一片通用四運(yùn)放芯片LM324組成預(yù)設(shè)的電路，電路包括三角波產(chǎn)生器、加法器、濾波器、比較器四個(gè)設(shè)計(jì)模塊，每個(gè)模塊均

2、采用一個(gè)運(yùn)放及一定數(shù)目的電容、電阻搭建，通過(guò)理論計(jì)算分析，最終實(shí)現(xiàn)規(guī)定的電路要求。目錄一、 設(shè)計(jì)任務(wù)41. 三角波產(chǎn)生器72. 加法器83. 濾波器94. 比較器95.正弦波產(chǎn)生器 10二、 電路設(shè)計(jì)及理論分析10三、 電路仿真結(jié)果及分析121.端口122.端口133.端口134.端口145.端口14四、實(shí)際波形15五、 總結(jié)171、 設(shè)計(jì)任務(wù) 使用一片通用四運(yùn)放芯片LM324 組成電路框圖見(jiàn)圖1（a），實(shí)現(xiàn)下述功能： 使用低頻信號(hào)源產(chǎn)生的正弦波信號(hào)， 加至加法器的輸入端，加法器的另一輸入端加入由自制振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)， 如圖1（b）所示,=0.5ms，允許有5%的誤差。 圖中要求加法器的輸出電

3、壓。經(jīng)選頻濾波器濾除頻率分量，選出信號(hào)為,為峰峰值等于9V 的正弦信號(hào)，用示波器觀察無(wú)明顯失真。信號(hào)再經(jīng)比較器后在1k 負(fù)載上得到峰峰值為2V 的輸出電壓。 電源只能選用+12V 和+5V 兩種單電源，由穩(wěn)壓電源供給。不得使用額外電源和其它型號(hào)運(yùn)算放大器。 要求預(yù)留、 和的測(cè)試端子。正弦波信號(hào)源設(shè)計(jì)不受上面條件限制 。二、設(shè)計(jì)原理方案 LM324內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。 L

4、M324的特點(diǎn)：1、內(nèi)部頻率補(bǔ)償 2、直流電壓增益高(約100dB) 3、單位增益頻帶寬(約1MHz) 4、電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?332V)； 雙電源(1.516V) 5、低功耗電流，適合于電池供電 6、低輸入偏流 7、低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流 8、共模輸入電壓范圍寬，包括接地 9、差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 10、輸出電壓擺幅大(0至VCC-1.5V) LM324引腳圖LM324內(nèi)部電路圖實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器件1、基本元件清單 LM324芯片、14腳插槽 電阻 47K 1個(gè) 0.56K 1個(gè) 10K 4個(gè) 100K 4 1K 5個(gè) 20K 1個(gè) 1M 1個(gè)30k 2個(gè)2k 1個(gè) 電位器

5、50K 1個(gè) 10K 5個(gè) 20K 1個(gè) 2K 3個(gè) 電容 10uF 6個(gè) 102 1個(gè)104 4個(gè)0.1uf 3個(gè)10nf 2個(gè)穩(wěn)壓管 in4732n 2個(gè) 電路板 1塊2、實(shí)驗(yàn)儀器直流電源，雙蹤示波器，DDS函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，數(shù)字萬(wàn)用表1. 三角波產(chǎn)生器初始方案：根據(jù)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)書(shū)上的方波發(fā)生器產(chǎn)生方波，然后再采用微分電路對(duì)信號(hào)處理，輸出即為三角波。圖1.1圖中：R1 = 6.8kW，R2 = 10kW，R3 = 30kW，R0 = 3.9kW，R4 = 10kW，R5 = 20kW，C = 0.1mF， DZ1和DZ2采用穩(wěn)壓管。運(yùn)算放大器A1與R1、R2、R3及R0、DZ1、DZ2組

6、成電壓比較器。當(dāng)積分器的輸入為方波時(shí)，輸出是一個(gè)上升速率與下降速率相等的三角波，比較器與積分器首尾相連形成閉環(huán)電路，能自動(dòng)產(chǎn)生方波與三角波。三角波（或方波）的頻率為： 改進(jìn)方案：由于LM324只有四個(gè)運(yùn)算放大器，如果三角波產(chǎn)生使用兩個(gè)，則后面的三個(gè)電路中有一個(gè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，所以只能采用一個(gè)運(yùn)算放大器產(chǎn)生。同時(shí)由于器件不提供穩(wěn)壓二極管，所以電阻電容的參數(shù)必須設(shè)計(jì)合理，用直流電壓源代替穩(wěn)壓管。對(duì)方波放生電路進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，如果將輸出端改接運(yùn)放的負(fù)輸入端，出來(lái)的波形近似為三角波。設(shè)計(jì)電路如圖1.2 圖 1.22. 加法器方案：由于加法器輸出，所以采用求和運(yùn)算電路，計(jì)算電阻電容的參數(shù)值，電路見(jiàn)圖2.1 圖

7、2.13. 濾波器由于正弦波信號(hào)的頻率為500Hz，三角波的頻率為2KHz，濾波器需要濾除，所以采用二階的有緣帶通濾波器。見(jiàn)電路圖3.1 圖 3.14. 比較器 5. 正弦波產(chǎn)生器二、 電路設(shè)計(jì)及理論分析1. 總電路圖2. 三角波發(fā)生器根據(jù)RC充放電過(guò)渡過(guò)程的分析，電容電壓編號(hào)應(yīng)符合下面公式 式中 UC(0)初始電壓；充電終了電壓;充電時(shí)間常數(shù)。解方程式可得所以該電路振蕩周期有，C和決定，改變這些元件參數(shù)可以調(diào)節(jié)方波的周期。由要求可知，電路的輸出波形應(yīng)為三角波，峰值為2V，振蕩周期為0.5ms。電路振蕩周期為3. 加法器加法器輸入輸出滿足。根據(jù)“虛短”和“虛斷”的原則，節(jié)點(diǎn)的電流方程為，所以輸

8、出的表達(dá)式為4. 濾波器因?yàn)樾枰獮V去三角波成分，所以選取的帶通濾波器的中心頻率f0=500Hz。中心頻率為。5. 滯回比較器當(dāng)集成運(yùn)放的輸出為+UOM時(shí)，通過(guò)正反饋支路加到同相輸入端的電壓為： 則同相輸入端的合成電壓為： = UH（上門(mén)限電壓） （7） 當(dāng)ui由小到大，達(dá)到或大于上門(mén)限電壓UH 的時(shí)刻，輸出電壓uo才從+UOM躍變到-UOM，并保持不變。此時(shí)，通過(guò)正反饋支路加到同相輸入端的電壓為： 此時(shí)同相輸入端的合成電壓為： = UL（下門(mén)限電壓）6. 正弦波發(fā)生器由 幅值利用電阻分壓，和三角波發(fā)生電路相似。三、 電路仿真結(jié)果及分析仿真結(jié)果如下：1.端口由仿真圖可知，波形近似為三角波。Um=

9、2V,T=2KHz，波形穩(wěn)定。2.端口因?yàn)橛傻皖l信號(hào)源產(chǎn)生，所以波形無(wú)失真。Um=0.1V，T=500Hz3.端口與理論波形有一定的偏差，三角波與正弦波相加時(shí)，三角波波峰、波谷有失真。4.端口理論應(yīng)為正弦波，可以看出經(jīng)過(guò)濾波后，波形的波峰、波谷有失真，高頻部分沒(méi)有濾掉。Um=9.34V略大于9V，T約為500Hz。5.端口可以看出近似為高低電平交替，在跳變過(guò)程中波形有失真。四、 實(shí)際波形1.端口2.端口3.端口4.端口5.端口五、 總結(jié)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)知道了理論與實(shí)際的差別，在理論上可以運(yùn)行的東西到實(shí)際時(shí)要考慮的東西有很多，電路焊接要認(rèn)真，元器件排列盡量整齊，杜絕虛焊，輸出端將要接負(fù)載測(cè)試性能參數(shù)，所以也要制作好接口端，電路焊接時(shí)要注意用電安全，電烙鐵