基于四運放芯片的信號運算與濾波電路的設(shè)計(共20頁)

1、蘇州大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 綜合電子設(shè)計與實踐 蘇州大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 綜合電子設(shè)計與實踐 綜合(zngh)電子設(shè)計與實踐 2013年10月13日蘇州大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 綜合電子設(shè)計與實踐 基于四運放芯片的信號運算與濾波電路(dinl)的設(shè)計摘 要本設(shè)計采用(ciyng)通用的四運放芯片LM324，由于LM324四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點(yudin)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。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算放大器的場合。設(shè)計中利用LM324制作三角波產(chǎn)生器加法器比較器合理設(shè)計濾波器，實現(xiàn)四運放芯片的信號運算。此電

2、路充分的將四運放芯片運用于各種電路，設(shè)計靈活，可用于檢測芯片的信號運算功能的實現(xiàn)。關(guān)鍵詞：LM324；振蕩器；加法器；濾波器；比較器 目 錄1 引 言42 電路設(shè)計52.1三角(snjio)波模塊設(shè)計52.2加法器模塊(m kui)設(shè)計82.3濾波器模塊(m kui)設(shè)計92.4比較器模塊設(shè)計113電 路 總 結(jié)124參 考 文 獻135心 得 體 會14附 錄附錄1 電路原理圖附錄2 電路設(shè)計測試圖附錄3 元件清單附錄4 產(chǎn)品實物圖蘇州大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 綜合電子設(shè)計與實踐 蘇州大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 綜合電子設(shè)計與實踐 基于四運放芯片的信號(xnho)運算與濾波電路的設(shè)計1 引 言在電子(dinz

3、)、通信類專業(yè)的本科實驗教學(xué)中，運算放大器的設(shè)計、調(diào)試是學(xué)生應(yīng)該掌握的基本技能。集成運算放大器LM324在實驗教學(xué)中運用廣泛。它的成本低、增益高、內(nèi)含四個運算放大器。電源電壓范圍寬，單電源332V或雙電源一16V一+16V，可以與輸入的電平很好地兼容 。運用LM324搭建的元電路能讓學(xué)生很好地理解通用運算放大器的設(shè)計、調(diào)試 。2011年全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽的綜合復(fù)測題 ，要求在幾個小時內(nèi)采用一片LM324芯片搭建四個滿足一定要求的運算放大器單元電路。四個電路分別是振蕩器、加法器、濾波器 、比較器 ，并且要求將四個單元電路級連成一個系統(tǒng)，其功能相當(dāng)于一個小的模擬系統(tǒng)。題目比較全面地考核了學(xué)生掌

4、握集成運算放大器 的設(shè)計 、調(diào)試的能力。在幾個小時以內(nèi)完成任務(wù)，需要扎實的基礎(chǔ)知識和熟練的動手能力。本文結(jié)合教學(xué)實際，將2011年全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽的綜合復(fù)測題的要求稍作修改，以作為LM324的綜合實驗。實驗的功能框圖如圖1，LM324的工作電壓選定為5V。低頻信號發(fā)生器濾波器比較器加法器三角波產(chǎn)生器圖 1.1 實驗(shyn)的基本原理框圖2 電路設(shè)計LM324綜合實驗系統(tǒng)要求(yoqi)及具體參數(shù)如下 ：將函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生的：U 01sin(2ufot)(V)，fo：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自制振蕩器產(chǎn)生的近似三角波信號Uo1,Uo1的周期T=

5、05ms，峰峰值4V 。加法器輸出電壓為Ui2=10Ui1+Uo1，Ui2經(jīng)過濾波器濾除Uo1 的頻率分量，選出頻率為f。、峰峰值 等于9V 的正弦信號Uo2,Uo2信號再經(jīng)過 比較器在1K 負載得到峰峰值為2V 的輸出電壓u下面分別從振蕩器、加法器、濾波器、比較器四個方面說明系統(tǒng)(xtng)的設(shè)計、調(diào)試。2.1振蕩器設(shè)計(shj)振蕩器電路如圖2.1.1所示，輸出U o為方波，當(dāng)時間常數(shù)t取值比較合時Uo1為近似三角波。Uo1的周期，若取R1=R2=4.7k，Cl=O.01F，R3=22.756k，則:，滿足設(shè)計要求。Uo1 的峰峰值近似等于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值,考慮到穩(wěn)壓管的管壓降，穩(wěn)壓二極管的

6、穩(wěn)壓值取5V 。V1是為了方便仿真增加的單脈沖信號源 ，實際電路不需要V1。經(jīng)過調(diào)試，R3取值為19k，其它元件取值不變，Uo1為近似三角波，振蕩器的仿真波形見圖2.1.2。圖2.1.1 振蕩(zhndng) 器電路圖2.1.2 振蕩器輸出波形(b xn)仿真 2.2加法器模塊(m kui)設(shè)計加法器電路(dinl)如圖2.2.1所示，加法器輸出(shch)電壓： 其中 加法器的電路比較簡單，由于Uo1來自振蕩器，選擇合適的電阻很重要，否則前級振蕩器信號會衰減 。R6不能太小 ，太小不能仿真出正確的波形 。R6確定后其它電阻隨之確定。加法器的仿真波形見圖2.2.2。圖2.2.1 加法器電路圖2

7、.2.2 加法器輸出(shch)仿真圖2.3濾波器模塊(m kui)設(shè)計濾波(lb)器選用二階巴特沃斯帶通濾波器，選擇合適的增益和Q值關(guān)系到濾波器的濾波效果。濾波器需要選通的信號是l0U i1，10U i1峰峰值為2V ，濾波器放大45倍后可得到峰峰值為9V的正弦波。濾波器電路見圖2.3.1。此濾波器的Q=8，增益為：濾波器仿真波形見圖2.3.2。圖2.3.1 濾波器電路(dinl)圖2.3.2 濾波器輸出(shch)仿真圖2.4比較(bjio)器模塊設(shè)計 圖2.4.1為比較器電路，比較器原理比較簡單。設(shè)計時要考慮與前級的耦合適當(dāng)(shdng)選擇電阻R14 、R15。R16理論上取值為4k時

8、，1kQ 負載分壓得到峰峰值為2V的輸出電壓Uo3實際仿真時峰峰值達不到2v。將R17改為3.6k，負載得到峰峰值為2V的輸出電壓。比較器輸出仿真波形見圖2.4.2圖 2.4.1 比較器電路原理圖圖2.4.2 比較器輸出(shch)仿真圖3電路(dinl)總結(jié)通過(tnggu)這次設(shè)計始終圍繞通用的四運放芯片展開，電路中多采用借鑒相關(guān)的功能的電路，根據(jù)原理公式計算出需要的參數(shù)值并運用于電路。我們將各個設(shè)計的模塊組合實現(xiàn)總的功能。LM324綜合實驗并不難，可以分為三步：第一步 ，根據(jù)各個單元電路的技術(shù)指標(biāo)設(shè)計單元電路。第二步，進行級連調(diào)試 。電路級連時 ，有時信號會衰減，這時需要對電路調(diào)整，可首

9、先適當(dāng)加大輸入端 電阻，再調(diào)整其它電阻。第三步 ，雖然仿真正確 ，以后進行的硬件調(diào)試與仿真相比會有一些誤差 ，這時又要對電路進行調(diào)整。調(diào)整時從分析原理入手，結(jié)合經(jīng)驗，一級一級調(diào)，直至基本滿足技術(shù)指標(biāo)為止?？傊?，利用LM324的四個運算放大器組成四個不同的單元電路，再將四個單元電路級連成一個完整的電路，是一個很好的綜合實驗項目。我們在設(shè)計、調(diào)試的時候不會一帆風(fēng)順，會遇到一些問題，解決問題的過程就是我們能力提高的過程 。對培養(yǎng)我們綜合運用所學(xué)知識 、啟發(fā)我們發(fā)散思維、提高動手能力具有積極意義。設(shè)計過程中遇到了很多的問題，這才知道自己學(xué)到的知識很少，通過不斷的查閱資料，在老師的幫助下終于解決了相關(guān)問

10、題。這次設(shè)計很好的檢驗了我們大學(xué)期間所學(xué)的相關(guān)知識，同時也提高了我們的動手能力，遇到問題后便要不斷的收集資料，不斷的分析，嘗試怎樣去解決問題。采取那種方法更好，能夠更有效的解決出現(xiàn)的問題。通過對這次的電路設(shè)計，讓我們每個人收獲都很大。參考文獻田良.綜合(zngh)電子設(shè)計與實踐M.南京(nn jn)：東南(dngnn)大學(xué)出版社，2002.吉雷.Protel99從入門到精通.西安:電子科技大學(xué)出版社，2004.張永瑞.電子測量技術(shù)基礎(chǔ).西安:電子科技大學(xué)出版社，2006.謝自美.電子線路設(shè)計.實驗.測試.武漢:華中科技大學(xué)出版社，2006.羅杰.電子線路設(shè)計.測試（4版）電子工業(yè)出版社，201

11、0彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)M.西安：電子工業(yè)出版社，1996.張延琪.常用電子電路280例簡析M.北京：中國電力出版社，2004.心得體會歷經(jīng)兩個星期的綜合電子設(shè)計與實踐(shjin)，使得我加強了對相關(guān)高頻電子電路、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子電路理論知識等方面的理解和認知。從而也讓我知道了自身的不足之處。在這次(zh c)設(shè)計(shj)過程中，我有很多的收獲，我知道自己了解的知識太少，需要學(xué)習(xí)的知識點還很多。因為設(shè)計的是一個長期的過程，需要不斷的進行分析與總結(jié)，不斷地去研究各方面的文獻，認真總結(jié)。對于高頻電子電路方面，對信號的調(diào)制與解調(diào)有了實際應(yīng)用的理解，通過親自動手調(diào)試實際電路，加大了對這

12、方面知識的掌握度。對于數(shù)字電路方面，加強了對基本的門電路的互相轉(zhuǎn)化實際應(yīng)用能力，深刻了解了LM324芯片，并根據(jù)實際應(yīng)用于實踐中。所以我也特別感謝在此過程中給與予我?guī)椭闹笇?dǎo)老師，還有跟我同組的同學(xué)。他們給予我的幫助很多。在許多問題上，許多我無法理解的困難，都是在老師和同學(xué)的幫助下得以很好解決。我覺得在畢業(yè)設(shè)計之前還能通過這樣的訓(xùn)練提高自己綜合能力是非常難得，非常感謝這次老師提供的寶貴機會，相信通過這次設(shè)計，無論是對馬上的畢業(yè)設(shè)計還是今后的工作都有很大幫助。（49 季偉）附 錄附錄(fl)1 電路原理圖電路(dinl)原理圖附錄(fl)2 電路設(shè)計測試圖三角波產(chǎn)生器波形測試圖加法器波形(b xn)測試圖 比較(bjio)器波形測試圖附錄(fl)3 元件清單名稱型號數(shù)量示波器通用1函數(shù)信號發(fā)生器通用1萬用表數(shù)字式1穩(wěn)壓二極管1N4