2014版全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽集成運(yùn)放綜合題最新論文

1、2011年全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽綜合測評題第七組論文參賽題目：集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用參賽學(xué)校：山東大學(xué)參賽學(xué)院：信息科學(xué)與工程學(xué)院參賽隊(duì)員及聯(lián)系方式：王偉行集成運(yùn)放的應(yīng)用【摘要】集成運(yùn)放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，下限頻率可到零；乂能放大交流信號，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。本電路設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)：使用一片通用四運(yùn)放芯片TL084組成預(yù)設(shè)的電路，電路包括三角波發(fā)生器、加法器、濾波器、比較器四個設(shè)計(jì)模塊，每個模塊均采用一個

2、運(yùn)放及一定數(shù)目的電容、電阻搭建，通過理論計(jì)算分析，最終實(shí)現(xiàn)規(guī)定的電路要求。【關(guān)鍵詞】運(yùn)算放大器TL084、加法器、濾波器、比較器一、設(shè)計(jì)任務(wù)使用一片通用四運(yùn)放芯片TL084組成電路框圖，實(shí)現(xiàn)下述功能：使用低頻信號源產(chǎn)生uii=0.1sin2砒(V),f0=500Hz的正弦波信號，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u°i,uoi如圖1(b)所示，T1=0.5ms,允許T1有功的誤差。加法器要求輸出電壓ui2=10ui1+uo1。ui2經(jīng)過選頻濾波器濾除uo1頻率分量，選出f0信號為uo2,uo2為峰峰值9V的正弦信號，用示波器觀察無明顯失真。uo2信號再經(jīng)

3、過比較器后在1k?電阻負(fù)載上得到峰峰值為2V的輸出電壓uo3。電源要求只能選擇+12V、+5V兩種單電源，由穩(wěn)壓電源供給。不得用額外電源和其他型號的運(yùn)算放大器。要求預(yù)留ui1、ui2、uo1、uo2和uo3的測試端子。1. 二、設(shè)計(jì)方案單、雙電源轉(zhuǎn)換電路：2. 三角波發(fā)生器：根據(jù)模擬電子電路中單運(yùn)放張弛振蕩器設(shè)計(jì)電路，實(shí)現(xiàn)輸出三角波頻率為2kHz,幅值為2V。電阻電容參數(shù)值如上圖所示。3. 加法器：使用反相比例放大器構(gòu)成反相相加器，加法器輸出Ui2=10Uil+Uo1,相關(guān)電阻電容參數(shù)如上圖所示。4. 濾波器：設(shè)計(jì)有源帶通濾波器，相關(guān)電阻電容參數(shù)如上圖所示。5. 比較器：設(shè)計(jì)遲滯比較器，相關(guān)電

4、阻電容參數(shù)如上圖所示。1. 三、電路設(shè)計(jì)及理論分析總電路圖：2. 三角波發(fā)生器：由要求可知，電路的輸出波形應(yīng)為三角波，幅值為2V,振蕩周期為0.5ms。1電路振湯頻率為fo=和一2R42R5C3ln（1）R33. 經(jīng)過計(jì)算R5=2.51海1,R3=2K",R4=1.51K",C3=100nF加法器：加法器輸入輸出滿足ui2=10Ui1+uo1。根據(jù)虛短”和虛斷”的原則，節(jié)點(diǎn)的電流方程為生+也=_,所以輸出的表達(dá)式為化=書（也+業(yè)）R6R9RfR6一計(jì)算得R6=10：5,尺=1海|,Rf=R7=10：54.帶通濾波器：中心角頻率:(C=C4=C5)取R2<<R，有

5、W0中心頻率增益A（w0）=1/(CRn)一2/(修)R22R11-3dB帶寬BW=業(yè)=2-QR12C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f°=500Hz,中心頻率增益為9V,-3dB帶寬為50Hz。計(jì)算得5.滯回比較器：當(dāng)集成運(yùn)放的輸出為+Uom時，通過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：U+=一應(yīng)一Uom+UrEf=Uh（上門限電壓）（7）R16'R15R16RI5當(dāng)Ui由小到大，達(dá)到或大丁上門限電壓Uh的時刻，輸出電壓Uo才從+Uom躍變到?UOM,并保持不變。此時，通過正反饋支路加到同相輸入端的電壓為：此時同相輸入端的合成電壓

6、為：U+=_R16Uom+R15Uref=Ul（下門限電壓）R|6'R15R16'R15四、電路仿真結(jié)果及分析使用Multisim仿真結(jié)果如下：1. Uo1端口：由上圖可知，波形為三角波。Um=1.9V,f=2.05KHz,在逾誤差范圍內(nèi)，且波形穩(wěn)定，滿足實(shí)驗(yàn)要求。Ui2端口由上圖可知，三角波與正弦波相加時，無明顯失真，與理論波形基本一致。Vpp=5.61V,f=2.09kHz。Uo2端口由上圖可知，根據(jù)Multisim仿真經(jīng)過帶通濾波器后為正弦波，峰峰值為8.83V略小丁9V理論值，頻率為500Hz。Uo3端口由上圖可知，由Multisim仿真得，經(jīng)比較器后在1k?負(fù)載上輸出

7、為峰峰值為2.1V,頻率為504Hz的方波。1. 五、電路實(shí)測結(jié)果及分析Uoi端口：如上圖所示，三角波發(fā)生器產(chǎn)生輸出波形為三角波。Vpp=3.92V,f=1.923KHz,在坊誤差范圍內(nèi)，且波形穩(wěn)定，滿足設(shè)計(jì)要求。2. Ui2端口：如上圖所示，加法器輸出端實(shí)測與仿真波形基本一致。Vpp=5.92V,f=1.818kHz。3. Uo2端口：帶通濾波器輸出實(shí)測波形近似正弦波，Vpp=8.80V,f=500Hz,滿足實(shí)驗(yàn)要求。4. Uo3端口：如上圖所示，實(shí)測波形為方波，Vpp=2.16V,f=500Hz，滿足實(shí)驗(yàn)要求。六、總結(jié)1、單電源轉(zhuǎn)換成雙電源由丁題目要求使用單電源供電，然而簡單的采用單電源供電將會導(dǎo)致相關(guān)運(yùn)放模塊無法正常工作，因此需要將其以一定方式轉(zhuǎn)換為雙電源進(jìn)行供電。2、模塊與模塊之間的相互影響雖然單個模塊運(yùn)行成功，但是連接為整個的電路圖時，各功能模塊的波形會受到其他模塊的