集成運算放大器的應用實驗報告

1、集成運算放大器的應用實驗報告【摘要】： 本題目關于放大器設計的基本目標：使用一片通用四運放芯片LM324組成預設的電路，電路包括三角波產(chǎn)生器、加法器、濾波器、比較器四個設計模塊，每個模塊均采用一個運放及一定數(shù)目的電容、電阻搭建，通過理論計算分析，最終實現(xiàn)規(guī)定的電路要求?！娟P鍵字】：運算放大器LM324、三角波信號發(fā)生器、加法器、濾波器、比較器1、 設計任務使用一片通用四運放芯片LM324 組成電路框圖見圖1（a），實現(xiàn)下述功能： 使用低頻信號源產(chǎn)生 ， 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uo1， uo1 如圖1（b）所示， T1=0.5ms，允許T

2、1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 信號為uo2，uo2 為峰峰值等于9V 的正弦信號，用示波器觀察無明顯失真。uo2 信號再經(jīng)比較器后在1k 負載上得到峰峰值為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運算放大器。 要求預留ui1、ui2、uo1、uo2 和uo3 的測試端子。二、設計方案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)過積分電路電路產(chǎn)生三角波需要運用兩個運算放大器，而LM324只有四個運算放大器，每個電路運用

3、一個，所以只能用一個運算放大器產(chǎn)生三角波。同時由于器件不提供穩(wěn)壓二極管，所以電阻電容的參數(shù)必須設計合理，用直流電壓源代替穩(wěn)壓管。對方波放生電路進行分析發(fā)現(xiàn)，如果將輸出端改接運放的負輸入端，出來的波形近似為三角波。電路仿真如下圖所示：2、 加法器由于加法器輸出 ，根據(jù)模擬電子技術書上內容采用求和電路，電路如下所示：3、 濾波器由于正弦波信號的頻率為500Hz，三角波的頻率為2KHz，濾波器需要濾除 ，所以采用二階的有源低通濾波器。電路仿真如下圖：4、 比較器由于單門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、電路設計及理論分析:1、 總電路圖: 2、 三角波發(fā)生器：根據(jù)

4、RC充放電過渡過程的分析，電容電壓編號應符合下面公式 式中 UC(0)初始電壓； 充電終了電壓; 充電時間常數(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)可以調節(jié)方波的周期。由要求可知，電路的輸出波形應為三角波，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)點的電流方程為 ，所以輸出的表達式為 正弦波和三角波經(jīng)過加法器后的理論波形如圖所示：另外，本實驗采用單電源供電，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，設計的低通濾波器的截止頻率。經(jīng)過計算，電路仿真圖中的阻值和容值

5、為最佳匹配。仿真結果如下：5、 電壓比較器：當集成運放的輸出為+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： = UH（上門限電壓） （7） 當ui由小到大，達到或大于上門限電壓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為： = UL（下門限電壓）理論波形如圖所示：四、總結此次實驗過程中，主要遇到了以下幾個問題，通過此次實驗學習中，受益匪淺。此次實驗難點在于題目中只許用+12v和+5v，只能進行單電源給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

6、電源供電。開始進行三角波信號發(fā)生器電路選擇時，原始方案選擇電容充放電產(chǎn)生三角波，但電容充放電時間難以控制，產(chǎn)生三角波達不到題目中要求，故改變方案。改變后的方案，連接完電路后，沒有輸出，仔細檢查發(fā)現(xiàn)線路連接有錯誤，重新連接完，三角波產(chǎn)生，連接線路要仔細。進行加法器電路選擇時，我們在輸入前和輸出后都加上電容，濾掉交流部分，這樣可以減少其他干擾，使電路更加完善。實驗中示波器中顯示如下，其中黃色顯示是三角波輸出，藍色顯示是加法器中三角波和正弦波的加輸出：在進行濾波電路選擇時，由于開始選擇的電容電阻不恰當，將三角波沒有濾干凈，使電路所含三角波部分太多，進行多次改變阻值，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，但在實際連接電路時，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78k歐姆電