課程設(shè)計(jì)《集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀》

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）題目：題目： 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀院（系）：院（系）： 電氣工程及其自動(dòng)化電氣工程及其自動(dòng)化 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： （簽字）起止時(shí)間：起止時(shí)間： 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）II課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)本科生課程設(shè)計(jì)（論文）III院（系）：電子與信息工程學(xué)院 教研室：電信教研室學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 課程設(shè)計(jì)（論文）題目集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀課程設(shè)計(jì)（論文）

2、任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)：1.設(shè)計(jì)一種集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀，能用于判斷集成運(yùn)放放大功能的好壞。2.設(shè)計(jì)本測(cè)試儀所需的直流穩(wěn)壓電源。功能要求：1.設(shè)計(jì)中應(yīng)含有信號(hào)產(chǎn)生電路。2.電路中應(yīng)含有測(cè)試用毫伏表電路。3.電路具有判斷運(yùn)放功能好壞的功能。設(shè)計(jì)要求：1 .分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開(kāi)思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對(duì)各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡(jiǎn)、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來(lái)源，敲定可行方案。3 .設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。4.組成系

3、統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號(hào)的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說(shuō)明。進(jìn)度計(jì)劃1、布置任務(wù)，查閱資料，理解掌握系統(tǒng)的控制要求。 （1天）2、設(shè)計(jì)正弦信號(hào)發(fā)生電路。 （2天）3、設(shè)計(jì)運(yùn)放檢測(cè)電路。 （2天）4、設(shè)計(jì)測(cè)試用毫伏表電路。 （2天）5、使用EWB對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，分析系統(tǒng)性能。 （2天）6、撰寫(xiě)、打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（1天）指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)平時(shí)： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日本科生課程設(shè)計(jì)（論文）IV摘 要集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀是一種對(duì)集成運(yùn)算放大器性能好壞評(píng)判的設(shè)備。對(duì)集成運(yùn)算放大器電壓增益倍數(shù)有直觀的體現(xiàn)，從而判斷集成運(yùn)算放大器

4、的性能優(yōu)劣。設(shè)計(jì)采用正弦波信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生輸入信號(hào)，中間級(jí)由運(yùn)算放大器放大信號(hào)，在檢測(cè)中，同時(shí)使用雙蹤示波器在輸出端觀測(cè)輸出信號(hào)幅值，以及使用毫伏表電路分別將輸入輸出信號(hào)的電壓值轉(zhuǎn)變成電流值進(jìn)行比較這兩種比較方法，使得檢測(cè)電路的可靠性增強(qiáng)。電路由 EWB12.0 軟件仿真，運(yùn)算放大器采用 LM741 型號(hào)，通用型運(yùn)算放大器。該運(yùn)放采用了有源負(fù)載，工作點(diǎn)穩(wěn)定，不易自激，而且設(shè)計(jì)了完善的保護(hù)電路，不易損壞。集成運(yùn)算放大器（Integrated Operational Amplifier） ，是由多級(jí)直接耦合放大電路組成的高增益模擬集成電路。它的增益高，輸入電阻大，輸出電阻低，共模抑制比高，失調(diào)與飄移

5、小，而且還具有輸入電壓為零時(shí)輸出電壓亦為零的特點(diǎn)，適用于正，負(fù)兩種極性信號(hào)的輸入和輸出。因此，對(duì)運(yùn)放性能的檢測(cè)成為了運(yùn)放生產(chǎn)的重要內(nèi)容之一。關(guān)鍵詞：集成運(yùn)算放大器；性能測(cè)試；增益；測(cè)試可靠性本科生課程設(shè)計(jì)（論文）V目 錄第 1 章 緒論 .1第 2 章 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀設(shè)計(jì)方案論證 .22.1 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀應(yīng)用意義 .22.2 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀設(shè)計(jì)方案論證 .22.3 總體設(shè)計(jì)方案圖及分析 .3第 3 章 單元電路設(shè)計(jì) .43.1 正弦波發(fā)生信號(hào)設(shè)計(jì) .43.1.1 目標(biāo)電路要求.43.1.2 電路設(shè)計(jì).43.2 集成運(yùn)放檢測(cè)電路設(shè)計(jì) .53.2.1 目標(biāo)電路要求.

6、53.2.2 電路設(shè)計(jì).53.3 毫伏表電路設(shè)計(jì) .63.3.1 目標(biāo)電路要求.63.3.2 電路設(shè)計(jì).63.4 直流穩(wěn)壓電路 .73.4.1 目標(biāo)電路要求.73.4.2 電路設(shè)計(jì).73.5 設(shè)計(jì)整體電路圖 .83.6 EWB 仿真數(shù)據(jù)分析 .93.6.1 仿真數(shù)據(jù).93.6.2 數(shù)據(jù)分析.93.6.3 仿真截圖.10第 4 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) .11參考文獻(xiàn) .12附錄 I 電路原理圖.13附錄 設(shè)備清單 .14本科生課程設(shè)計(jì)（論文）0第 1 章 緒論世界上第一個(gè)集成運(yùn)算放大器于 1964 年由美國(guó)仙童公司研制，其型號(hào)為uA702，自此，集成運(yùn)算放大器在電子行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，目前它已成為線(xiàn)性集

7、成電路中品種和數(shù)量最多的一類(lèi)。國(guó)標(biāo)統(tǒng)一命名法規(guī)定，集成運(yùn)算放大器各個(gè)品種的型號(hào)有字母和阿拉伯?dāng)?shù)字兩大部分組成。字母在首部，統(tǒng)一采用 CF 兩個(gè)字母，C 表示國(guó)標(biāo)，F(xiàn) 表示線(xiàn)性放大器，其后的數(shù)字表示集成運(yùn)算放大器的類(lèi)型。按照集成運(yùn)算放大器的參數(shù)分類(lèi)，可以分為通用型運(yùn)算放大器、高陽(yáng)型運(yùn)算放大器、低溫漂型運(yùn)算放大器、高速型運(yùn)算放大器、低功耗型運(yùn)算放大器和高壓大功率型運(yùn)算放大器六類(lèi)。集成運(yùn)算放大器有兩個(gè)電源接線(xiàn)端+Vcc 和-Vee，但有不同的電源供給方式。電源的供電方式分為對(duì)稱(chēng)雙電源供電方式和單電源供電方式。運(yùn)放多采用雙電源對(duì)稱(chēng)供電方式。其接法為：相對(duì)于公共端（地）的正電源（+E）與負(fù)電源（-E）分

8、別接于運(yùn)放的+VCC 和-VEE 管腳上。在這種方式下,可把信號(hào)源直接接到運(yùn)放的輸入腳上,而輸出電壓的振幅可達(dá)正負(fù)對(duì)稱(chēng)電源電壓。單電源供電是將運(yùn)放的-VEE 管腳連接到地上。此外，運(yùn)放在使用之前需要調(diào)零。由于集成運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的影響，當(dāng)運(yùn)算放大器組成的線(xiàn)性電路輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出往往不等于零。為了提高電路的運(yùn)算精度，要求對(duì)失調(diào)電壓和失調(diào)電流造成的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，這就是運(yùn)算放大器的調(diào)零。常用的調(diào)零方法有內(nèi)部調(diào)零和外部調(diào)零，而對(duì)于沒(méi)有內(nèi)部調(diào)零端子的集成運(yùn)放，要采用外部調(diào)零方法。以上內(nèi)容即集成運(yùn)算放大器的發(fā)展歷史及特性分類(lèi)，在本文中，將作為設(shè)計(jì)集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀的基礎(chǔ)知識(shí)。本科

9、生課程設(shè)計(jì)（論文）1本科生課程設(shè)計(jì)（論文）2第 2 章 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀設(shè)計(jì)方案論證2.1 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀應(yīng)用意義本次設(shè)計(jì)主要是綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀，并在實(shí)踐的基本技能方面進(jìn)行一次系統(tǒng)的訓(xùn)練。能夠較全面地鞏固和應(yīng)用模擬電子電路課程中所學(xué)的基本理論和基本方法，并初步掌握簡(jiǎn)單模擬電路設(shè)計(jì)的基本方法。應(yīng)用場(chǎng)合: 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀主要適用于運(yùn)算放大器制造廠商對(duì)所生產(chǎn)運(yùn)算放大器性能的檢測(cè)。系統(tǒng)功能介紹:集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀可以直觀的、方便的看出運(yùn)算放大器的電壓增益情況，從而判斷運(yùn)算放大器性能的好壞。2.2 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀設(shè)計(jì)方案論證設(shè)計(jì)測(cè)

10、試集成運(yùn)放的好壞，本實(shí)驗(yàn)的思路是將該被測(cè)的集成運(yùn)放接成電壓跟隨器，在輸入端接入標(biāo)準(zhǔn)的正弦信號(hào)，將雙蹤示波器的 CH1 端口接在輸入端，CH2 口接在輸出端，觀察兩端口所產(chǎn)生的波形幅值大小變化，若 CH2 口波形幅值明顯大于 CH1 口波形幅值，則表示運(yùn)放正常，否則，損壞。利用這一直觀的方法，可方便地判斷運(yùn)放的好壞。為實(shí)現(xiàn)這一目的，設(shè)計(jì)電路中還應(yīng)含有正弦信號(hào)產(chǎn)生電路，而且還需要設(shè)計(jì)毫伏表電路用以對(duì)被測(cè)運(yùn)放輸出信號(hào)的電壓值進(jìn)行測(cè)量。故該實(shí)驗(yàn)包括四部分：正弦波振蕩電路，集成運(yùn)放檢測(cè)電路（即電壓跟隨器） ，毫伏表電路，直流穩(wěn)壓電源。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）32.3 總體設(shè)計(jì)方案圖及分析正弦波震蕩電路集成

11、運(yùn)放檢測(cè)電路毫伏表電路直流穩(wěn)壓電源圖 2.1 總體設(shè)計(jì)方案圖設(shè)計(jì)分析：電路由正弦波震蕩電路產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)，加到被測(cè)試運(yùn)放的輸入端，在出輸出端用示波器測(cè)試輸入輸出信號(hào)的幅度，從而判斷是否放大信號(hào)。此外，毫伏表電路也作為檢測(cè)電路。因?yàn)楹练黼娐房梢詫㈦妷盒盘?hào)用電流信號(hào)表示，故毫伏表電路通過(guò)比較電流大小來(lái)判斷電壓大小。直流穩(wěn)壓電源為整個(gè)系統(tǒng)供電。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）4第 3 章 單元電路設(shè)計(jì)3.1 正弦波發(fā)生信號(hào)設(shè)計(jì)3.1.1 目標(biāo)電路要求正弦信號(hào)發(fā)生電路要求產(chǎn)生頻率為 1000Hz 的正弦交流電，其幅值為 1V，該信號(hào)將作為被檢測(cè)運(yùn)放的輸入信號(hào)。3.1.2 電路設(shè)計(jì)該電路應(yīng)用普通的 A741 運(yùn)算

12、放大器和 RC 文氏電橋振蕩器產(chǎn)生 1000Hz 正弦波輸出。調(diào)節(jié) 100k 電位器使電路起振，而電路的振蕩頻率由 R1，R2 和C1，C2 確定，且一般情況下，這兩個(gè)電阻和電容都相等，其振蕩頻率與阻值成反比。振蕩頻率為： （3.1）HzRCf100021電路圖如圖 3.1 正弦信號(hào)發(fā)生電路所示。圖 3.1 正弦信號(hào)發(fā)生電路R110k0R210kC110nFC210nFR310k3R410kKey=A80%R515kR62.2kD11N4148D21N414847XSC1ABExt Trig+_+_00U1OPAMP_3T_BASIC621本科生課程設(shè)計(jì)（論文）5參數(shù)計(jì)算：根據(jù)公式（3.1）

13、，電阻 R1、R2 阻值選為 10K，則電容為應(yīng)為：考慮實(shí)際電容參數(shù)，故 C1、C2 選擇 10nF 的電容。FRfc810*98. 11000*10000*14. 3*2121本科生課程設(shè)計(jì)（論文）63.2 集成運(yùn)放檢測(cè)電路設(shè)計(jì)3.2.1 目標(biāo)電路要求檢測(cè)電路是該設(shè)計(jì)的核心部分，思路為：使用運(yùn)放 741 作為被測(cè)試運(yùn)放，分別將雙蹤示波器的 CH1 口和 CH2 口與運(yùn)放 741 的輸入端和輸出端相連，即可在示波器上同時(shí)得到輸入輸出信號(hào)的波形，從而判斷該被測(cè)試運(yùn)放的增益性能好壞。3.2.2 電路設(shè)計(jì)運(yùn)放由雙電源供電，反相端接正弦信號(hào)發(fā)生電路，同相端接一個(gè)限流電阻，保護(hù)運(yùn)放，輸出端與雙蹤示波器相

14、連，其電路圖如圖 3.2圖 3.2 集成運(yùn)算放大器測(cè)試電路參數(shù)計(jì)算：R1 為保護(hù)運(yùn)放的限流電阻，運(yùn)放 741 允許功耗為 500mW，可選擇在15k，在此選擇 3.3k。V11 Vrms 1kHz 0 R13.3kU174132476511VEE-15VVEEVCC15VVCCXSC1ABExt Trig+_+_034本科生課程設(shè)計(jì)（論文）73.3 毫伏表電路設(shè)計(jì)3.3.1 目標(biāo)電路要求毫伏表電路可將輸入電壓用電流值等比表示，因此，在毫伏表輸出端的電流值可以等效代替輸入電壓值。3.3.2 電路設(shè)計(jì)毫伏表電路使用運(yùn)放 741，萬(wàn)能表電流檔，將 Vi 端輸入的電壓信號(hào)（被檢測(cè)運(yùn)放放大后的輸出信號(hào)）

15、轉(zhuǎn)換成電流表的電流數(shù)據(jù)。運(yùn)放 741 采用雙電源供電，同相端加輸入電塔，6 口輸出。其電路如圖 3.3 毫伏表電路所示。圖 3.3 毫伏表電路Vi=Vn=VpIn=Ip=0I=Vi/R2即將輸入電壓用輸出電流表示。參數(shù)計(jì)算：R1、R2 為限流電阻，由 3.1 參數(shù)計(jì)算得，1k 即可。iR11k0R21kR31k2VCC5VVEE-5VVCCVEE1VoXMM13010003IViVoR本科生課程設(shè)計(jì)（論文）83.4 直流穩(wěn)壓電路3.4.1 目標(biāo)電路要求直流穩(wěn)壓電源分為電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四個(gè)部分。是將交流信號(hào)轉(zhuǎn)化成直流信號(hào)的一種電路，從而為運(yùn)放供電

16、。3.4.2 電路設(shè)計(jì)通過(guò) 220V，50Hz 交流電供電，經(jīng)變壓器降壓后，鎮(zhèn)流橋鎮(zhèn)流，最終在輸出端產(chǎn)生一個(gè)幅值在 12V 左右的直流穩(wěn)壓電源。電路圖如圖 3.4 直流穩(wěn)壓電源電路所示。圖 3.4 直流穩(wěn)壓電源電路T1NLT_PQ_4_10V1220 Vpk 50 Hz 0 12D11N1202CD21N1202CD31N1202CD41N1202C56C12mFD502BZ2.2R11kQ12N1132A7R21k8Q22N2219Q32N221939U13288RT1254310R3510D602BZ2.212R4300R5300R6300Key=A50%131415C21mFR7150X

17、MM1114本科生課程設(shè)計(jì)（論文）93.5 設(shè)計(jì)整體電路圖如圖 3.5 整體電路圖所示。圖 3.5 整體電路圖R110kR210kC110nFC210nFR310kR410kKey=A50%R515kR62.2kD11N4148D21N4148XSC1ABExt Trig+_+_U1OPAMP_3T_BASIC36054010R73.3kU27413247651VEE-15VVCC15VXSC2ABExt Trig+_+_VCCVEE700U37413247651ViR81kR91kR101kVCC5VVEE-5VVoXMM1011VEEVCC80U47413247651ViR111kR121

18、kR131kVCC5VVEE-5VVoXMM2014VEEVCC12092本科生課程設(shè)計(jì)（論文）103.6 EWB 仿真數(shù)據(jù)分析3.6.1 仿真數(shù)據(jù)首先將要列出各設(shè)備所測(cè)得的參數(shù)如表 3.1 仿真數(shù)據(jù)表 3.1 仿真數(shù)據(jù)CHA3.172V示波器 1CHB電流表 125.02mACHA14.097V示波器 2CHB3.172V電流表 228.77uA3.6.2 數(shù)據(jù)分析示波器 1 用以檢測(cè)產(chǎn)生正弦信號(hào)的穩(wěn)定性，示波器 2 的 A 口接運(yùn)放輸出端，B 口接輸入端，數(shù)據(jù)顯示，示波器 2B 口與示波器 1 口數(shù)據(jù)相同，即正弦信號(hào)穩(wěn)定加到運(yùn)放輸入端。Av=Vcha/Vchb=14.097/3.172=4

19、.44。故該運(yùn)放成功放大了信號(hào)，運(yùn)放正常。毫伏表電路也可用于檢測(cè)信號(hào)是否放大。電流表 1 測(cè)得運(yùn)放輸出輸出信號(hào)Vo 在毫伏表電路中產(chǎn)生的電流 Ia=25.02mA，同理 Ib=28.77uA。由 3.3 可知，電壓越大，對(duì)應(yīng)電流越大，故該運(yùn)放正常放大。本科生課程設(shè)計(jì)（論文）113.6.3 仿真截圖示波器 1 信號(hào)：示波器 2 信號(hào)：本科生課程設(shè)計(jì)（論文）12第 4 章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)題目為“集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀” 。在設(shè)計(jì)初期，將整體電路模塊化、單元化，分割成各個(gè)組成單元，如此設(shè)計(jì)能使設(shè)計(jì)更具條理，思路更加清晰。此外，除了理論的分析與規(guī)劃之外，在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，還采用了 EWB 軟件仿真，模擬整體電路的運(yùn)行，將理論與實(shí)踐相結(jié)合。所設(shè)計(jì)的電路基本滿(mǎn)足簡(jiǎn)單測(cè)試集成運(yùn)算放大器的要求。但在設(shè)計(jì)過(guò)程中，仍然存在一些問(wèn)題，諸如如何使設(shè)計(jì)電路更加簡(jiǎn)潔，如何更省材，如何簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)思路，依然是日后課程設(shè)計(jì)，實(shí)際操作過(guò)程中所要改進(jìn)的地方。本科