全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 2011 年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟練掌握各種常用實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法。2、熟悉LM324運(yùn)放的典型參數(shù)及應(yīng)用。3、掌握PDF資料的查詢與閱讀方法。4、掌握電子設(shè)計(jì)與調(diào)試的基本流程及方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 設(shè)計(jì)要求：使用一片通用四運(yùn)放芯片LM324組成電路框圖見(jiàn)圖1，實(shí)現(xiàn)下述功能：1. 使用低頻信號(hào)源產(chǎn)生，f0 =500Hz的正弦波信號(hào)，加至加法器輸入端。2. 自制三角波產(chǎn)生器產(chǎn)生T=0.5ms（±5%），Vp-p=4V的類似三角波信號(hào)，并加至加法器的另一輸入端。3. 自制加法器，使其輸出電壓Ui2 = 10Ui1+Uo1。4. 自制選頻濾波器，濾除頻率分量，得到

2、峰峰值等于9V的正弦信號(hào)，用示波器觀察無(wú)明顯失真。5.將和送入自制比較器，其輸出在1K負(fù)載上得到峰峰值為2V的輸出電壓。方案論證與數(shù)值計(jì)算：由于電源只能選用+12V和+5V兩種單電源，由穩(wěn)壓電源供給，而LM324N具有寬的單電源或雙電源工作電壓范圍，單電源：3-30V,雙電源：1.5V-15V,經(jīng)過(guò)試驗(yàn)我們選擇雙電源供電，所以進(jìn)行電源的搭建 三角波發(fā)生部分： 方案一： 三角波發(fā)生器電路按照由方波經(jīng)過(guò)積分電路得到，需要兩個(gè)放大器，不滿足實(shí)驗(yàn)要求。 方案二： 利用RC充放電模擬三角波，通過(guò)兩個(gè)電位器分別來(lái)調(diào)節(jié)周期和峰峰值至實(shí)驗(yàn)要求的值。達(dá)到合理利用現(xiàn)有資源高效達(dá)到要求的目的。因此我們采用方案二。題

3、目要求三角波發(fā)生器產(chǎn)生的周期為T=0.5ms，Vpp=4V的類似三角波。我們由公式T=2*R14*C1*ln（1+2*R3/R15）另外運(yùn)放1端輸出電壓設(shè)為U,則Uo1=（R15/(R15+R1）*U。選取電容為較常見(jiàn)的47nf , 計(jì)算得R1=2R14；R14=0-5K，所以取R1為0-10k；得到R15=0-10K;加法器部分. 加法電路要實(shí)現(xiàn)由于是同向加法器，Ui2=(R8/R4)*Uo1+(R8/R5)Ui1其中要滿足R7/R8=R4/R5/R6。如設(shè)R8=20K, R7=1K則R4=20K, R5=2K, R6=2K.2階低通濾波電路:二階壓控電壓源低通濾波器如圖2所示，它由兩節(jié)RC

4、濾波器和同相放大電路組成。其中同相放大電路實(shí)際上就是所謂的壓控電壓源，它的電壓增益就是低通濾波的通帶電壓增益，即 。1.傳遞函數(shù)可以推導(dǎo)出二階壓控電壓源低通濾波器的傳遞函數(shù)為上式為二階低通濾波器傳遞函數(shù)的典型表達(dá)式。其中wn為特征角頻率，而Q則稱為等效品質(zhì)因數(shù)。上式表明，AO=AVF<3，才能穩(wěn)定工作。當(dāng)AO=AVF3，A(s)將有極點(diǎn)處于右半s平面或虛軸上，電路將自激振蕩。2.幅頻響應(yīng)用s=jw代入上式可得幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)表達(dá)式為相頻響應(yīng)表達(dá)式表明，當(dāng)w=0時(shí)， ；當(dāng)w®¥時(shí)， 。顯然，這是低通濾波電路的特性。由幅頻響應(yīng)表達(dá)式可畫(huà)出不同Q值下的幅頻響應(yīng)，如圖3所示

5、。 圖3由圖可見(jiàn)，當(dāng)Q=0.707時(shí)，幅頻響應(yīng)較平坦，而當(dāng)Q>0.707時(shí)，將出現(xiàn)峰值，當(dāng)Q=0.707和 =1情況下， ；當(dāng)=10時(shí)， 。這表明二階比一階低通濾波電路的濾波效果好得多，所以采用此方案。設(shè)計(jì)一個(gè)壓控電壓源型二階有源低通濾波電路，要求通帶截止頻率fo=500 Hz，試確定電路中有關(guān)元件的參數(shù)值,根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)僅僅2階波形會(huì)被高頻信號(hào)干擾，所以在輸出再加一個(gè)低通濾波。比較器部分比較器部分信號(hào)Uo1與Uo2進(jìn)行比較，當(dāng)兩個(gè)信號(hào)值相同時(shí)輸出電壓發(fā)生跳變，輸出的電壓通過(guò)運(yùn)放的自身實(shí)現(xiàn)限幅，為了在1k負(fù)載上得到Vp-p=2V的電壓電路圖中利用R13進(jìn)行分壓，Uo3=（RL/（R1

6、3+RL）*U.完整電路仿真圖仿真結(jié)果圖實(shí)物圖測(cè)試結(jié)果記錄： PCB圖PCB板三角波加法器正弦波方波總結(jié)與改進(jìn)方案LM324的綜合應(yīng)用增強(qiáng)了我們的實(shí)際動(dòng)手能力，通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際解決具體問(wèn)題提升了學(xué)習(xí)電子技術(shù)的興趣。 電路調(diào)試的時(shí)候花去的時(shí)間占據(jù)了大半的課程設(shè)計(jì)時(shí)間，通過(guò)對(duì)本次課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐，我們進(jìn)一步熟悉了示波器，波形發(fā)生器，數(shù)字萬(wàn)用表的使用。希望下次能夠用更少的時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)，更好的設(shè)計(jì)出電路。三、實(shí)驗(yàn)器材（一）實(shí)驗(yàn)儀器 萬(wàn)用表 直流穩(wěn)壓電源 示波器 低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 電烙鐵（二）實(shí)驗(yàn)元件基本部分：通用電路板一塊、LM324一片、電位器4個(gè)，電阻，電容，細(xì)導(dǎo)線，焊錫絲等若干。四、實(shí)驗(yàn)原理1. 類似三角波的產(chǎn)生可利用方波產(chǎn)生電路中的RTCT充放電的波形。2. 加法器、濾波器（低通）、比較器電路見(jiàn)模擬電路教材。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1. 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。2. 要求預(yù)留、和的測(cè)試端子，建議在相應(yīng)節(jié)點(diǎn)焊接導(dǎo)線，方便測(cè)試。3. 實(shí)驗(yàn)中基本部分的制作只允許使用電阻、電容和一個(gè)LM324芯片。4.LM324芯片及芯片座、電路板、導(dǎo)線、