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】：此題目關于放大器設計的根本目標：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、比擬器四個設計模塊，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、比擬器一、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，T仁，允許T1有±

2、5%勺誤差。( 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fO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)比擬器后在1kQ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)壓電源供應。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，

3、每個電路運用一個，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。電路仿真如下列圖所示：2、加法器由于加法器輸出 ui2 1Oui1 uo1 ，根據(jù)?模擬電子技術? 書上內(nèi)容采用求和電路，電路如下所示：3、濾波器由于正弦波信號uM的頻率為500Hz三角波Uo!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。電路仿真如下列圖：4、比擬器 由于單門限電壓比擬器的抗干擾能力差，所以采用遲滯比擬器，電路仿真如下圖：三、電路設

4、計及理論分析 :1、總電路圖 :2、三角波發(fā)生器：根據(jù)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UCO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(diào)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。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“虛斷的原那么，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下圖：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fo。2 RC經(jīng)

5、過計算，電路仿真圖中的阻值和容值為最正確匹配。仿真結果如下：5、電壓比擬器：當集成運放的輸出為+UOM寸，通過正反應支路加到同相輸入端的電壓為： 那么同相輸入端的合成電壓為：URUomRUref = UH 上門限電壓7R-i R2R1 R2當ui由小到大，到達或大于上門限電壓 UH的時刻，輸出電壓uo才從+UOM躍變 到？UOM并保持不變。此時，通過正反應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：UR1 Uom 匹 Uref = UL 下門限電壓R1 R2R1 R2理論波形如下圖：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

6、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，濾掉交流局部，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 路所含三角波局部太多，進行屢次改變阻值，考慮理論與連接電路之間的差距，在仿真 中反應電阻采用78k歐姆電阻，但在實際連接電路時，反應電阻采用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