集成運(yùn)算放大器地應(yīng)用實(shí)驗(yàn)報(bào)告材料

文檔集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)報(bào)告【摘要】：本題目關(guān)于放大器設(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?！娟P(guān)鍵字】：運(yùn)算放大器LM324、三角波信號(hào)發(fā)生器、加法器、濾波器、比較器文檔一、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)uo1，uo1如圖1（b）所示，T1=0.5ms，允許T1有±5%的誤差。a）b）圖中要求加法器的輸出電壓 ui2=10ui1+uo1。ui2 經(jīng)選頻濾波器濾除uo1頻率分量，選出f0 信號(hào)為uo2，uo2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。uo2信號(hào)再經(jīng)比較器后在1kΩ負(fù)載上得到峰峰值為2V的輸出電壓uo3。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ui1、ui2、uo1、uo2和uo3的測(cè)試端子。二、設(shè)計(jì)方案1、三角波發(fā)生器由于用方波發(fā)生器產(chǎn)生方波，再經(jīng)過(guò)積分電路電路產(chǎn)生三角波需要運(yùn)用兩個(gè)運(yùn)算放大器，而LM324只有四個(gè)運(yùn)算放大器，每個(gè)電路運(yùn)用一個(gè)，所以只能用一個(gè)運(yùn)算放大器產(chǎn)生三角波。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。電路仿真如下圖所示：文檔2、加法器由于加法器輸出ui2 10ui1 uo1，根據(jù)《模擬電子技術(shù)》書(shū)上容采用求和電路，電路如下所示：3、濾波器由于正弦波信號(hào)ui1的頻率為500Hz，三角波uo1的頻率為2KHz，濾波器需要濾除文檔uo1，所以采用二階的有源低通濾波器。電路仿真如下圖：4、比較器由于單門(mén)限電壓比較器的抗干擾能力差，所以采用遲滯比較器，電路仿真如圖所示：三、電路設(shè)計(jì)及理論分析 :1、總電路圖:文檔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- tUC UC( ) [UC(0) UC( )]e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2R1)T 2R3Cln(1R2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2R3Cln(12R1)R2文檔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，所以輸出的表達(dá)式為uoRf(ui1ui2)R1R2正弦波和三角波經(jīng)過(guò)加法器后的理論波形如圖所示：文檔另外，本實(shí)驗(yàn)采用單電源供電，故用電阻分壓：4、濾波器：需要濾除高頻率的三角波，得到低頻率的正弦波，設(shè)計(jì)的低通濾波器的截止頻率1f0 。2RC經(jīng)過(guò)計(jì)算，電路仿真圖中的阻值和容值為最佳匹配。仿真結(jié)果如下：文檔5、電壓比較器：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：R1UOMR1 R2則同相輸入端的合成電壓為：R1UOMR2UREF=UH（上門(mén)限電壓）（7）UR1R2R1R2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：R1

UOMR1 R2此時(shí)同相輸入端的合成電壓為：R1UOMR2UREF=UL（下門(mén)限電壓）UR1R2R1R2理論波形如圖所示：文檔四、總結(jié)此次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，主要遇到了以下幾個(gè)問(wèn)題，通過(guò)此次實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中，受益匪淺。此次實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)在于題目中只許用+12v和+5v，只能進(jìn)行單電源給LM324供電，而非雙電源，所以采用分壓電路方式，將雙電源供電改為單電源供電。開(kāi)始進(jìn)行三角波信號(hào)發(fā)生器電路選擇時(shí)，原始方案選擇電容充放電產(chǎn)生三角波，但電容充放電時(shí)間難以控制，產(chǎn)生三角波達(dá)不到題目中要求，故改變方案。改變后的方案，連接完電路后，沒(méi)有輸出，仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)線路連接有錯(cuò)誤，重新連接完，三角波產(chǎn)生，連接線路要仔細(xì)。進(jìn)行加法器電路選擇時(shí)，我們?cè)谳斎肭昂洼敵龊蠖技由想娙荩瑸V掉交流部分，這樣可以減少其他干擾，使電路更加完善。實(shí)驗(yàn)中示波器中顯示如下，其中黃色顯示是三角波輸出，藍(lán)色顯示是加法器中三角波和正弦波的加輸出：文檔在進(jìn)行濾波電路選擇時(shí)，由于開(kāi)始選擇的電容電阻不恰當(dāng)，將三角波沒(méi)有濾干凈，使電路所含三角波部分太多，進(jìn)行多次改變阻值，考慮理論與連接電路之間的差距，在仿真中反饋電阻采用78k歐姆電阻，但在實(shí)際連接電路時(shí)，反饋電阻采用78k歐姆和24k歐姆電阻串聯(lián)，才可產(chǎn)生振幅為9V的正弦波，將仿真中