集成运算放大器的应用.docx

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集成运算放大器的应用

集成运算放大器的应用

--2011年全国电子大学生电子设计竞赛综合测评题

1、设计要求：

使用一片通用四运放芯片LM324组成电路框图见图1（a）,实现下述功能：

使用低频信号源产生ui1=0.1*sin（2*π*fo*t）（V）,fo=500Hz的正弦信号，加至加法器的输入端，加法器的另一输入端加入资质振荡器产生的正弦波信号，uo1的峰峰值为4V，波形上下对称，T1=0.5ms，允许T1有±5%的误差。

要求加法器的输出电压ui2=10ui1+uo1。

ui2经选频滤波器滤除uo1频率分量，选出fo信号为uo2，uo2为峰峰值等于9V的正弦信号，用示波器观察无明显失真。

Uo2信号再经比较器后在1kΩ负载上得到峰峰值为2V的输出电压uo3。

电源只能选用+12V和+5V两种单电源，由稳压电源供给。

不得使用额外电源和其它型号运算放大器。

要求预留ui1、ui2、uo1、uo2、uo3的测试端子。

2、设计原理

1.设计原理图

2.电路原理与参数计算：

1.三角波产生器

由电容充放电产生三角波，由两个电位器调节输出电压和输出三角波频率的大小。

2.加法器

输入信号为ui1,uo1,输出uo1，属于多端输入的电压并联反馈电路，采用

，

带入数值计算得：

3.滤波放大电路电路采用二阶压控电压源低通滤波器电路。

由上面的原理图可见，它是由两节RC滤波电路和同向比例放大电路组成，其中同向比例放大电路实际上就是所谓的压控电压源。

其特点是，输入阻抗高，输出阻抗低。

同向比例放大电路的电压增益就是低通滤波器的通带增益，即，取R14=0~50k，R12=8k，放大倍数0~6.25倍。

4.比较器电路

电压比较器时对两个模拟电压比较器大小，比判断出其中哪一个电压高，比较器输入有一个同向输入端和一个反向输入端，一般设置其中一个端的输入电压为参考电压，假设同向端输入电压VA为参考端，设反向输入端输入电压为VB，当VA>VB时，输出高电平，当VB>VA时，输出低电平。

3、仿真波形（以下仿真波形都是在联调时的波形）

仿真原理图在附录二中

1.三角波产生电路

2.加法器电路

3.滤波放大电路

4.比较器电路

四、实验现象和结果

5、实验心得

单独测试每个模块，每个模块的输入输出端用插针接出来，每个模块作为一个单独的模块，要联调两个模块或多个模块时用跳线接起来，建议不要从板子上走线，因为后一级电路可能对前一级电路有影响，所以对于单个模块测试使测试结果不准确。

先焊电源模块，焊好后检测电源模块。

每焊好一个模块单独检测，最后再联调。

单独测试、调试每个模块

（一）、电源电路用单电源+12V制作一个±6V双电源

（二）、三角波产生电路（产生u01）

1.在反相端接一个隔直电容1nF（102），使负半轴的三角波的峰值等于上半周的峰值。

2.调节R5改变三角波的峰峰值，使其峰峰值达到4.0V，然后调节R6改变三角波的频率，使其达到2.0KHz，尽量接近2.0KHz。

（三）、加法器电路（输入ui1,uo1,输出ui2）

1.将第二步产生的三角波u01接到加法器电路的R2（8.2KΩ）电阻上，将500Hz、500mv低频信号接到R1（820Ω）电阻上（千万不要接反了），观察输出波形，然后按暂停，观察波形，看是不是如下所示：

（四）、滤波放大电路。

（输入ui2，输出u02）

1.测试、调试滤波效果。

Ui2用函数信号发生器产生的信号代替ui2，函数信号发生器产生500Hz、峰峰值200mV的正弦信号，调节R4、R5，使输出电压uo2达到最大，当调节函数信号发生器，使输入的信号小于500Hz时，输出波形没有失真（若失真，调节R1，使其保持在500mV~900mV以内），输出波形的峰峰值时可出现峰峰值不变的和变小大的情况，但是不允许出现变大的现象，若变大则说明这个滤波器不是从500Hz衰减的；当调节函数信号发生器，使输入信号大于500Hz时，输出波形的峰峰值开始衰减，则说明滤波器时从500Hz开始衰减的；当调节到2K时，输出波形的峰峰值小于100mV以内，最好20mV以内，说明将2K信号衰减了很多，即滤掉了2K信号，即在原理图中时滤掉了三角波信号。

2.测试、调试放大效果。

用函数信号发生器产生500Hz、峰峰值为200mV的正弦信号，调节R1，使输出波形的峰峰值达到900mV，则说明放大倍数可以达到4.5倍，然后调节函数信号发生器输出信号的电压，使其峰峰值为2V，观察滤波电路输出信号的峰峰值，看是否达到了9V，若达到了，则说明放大部分完成。

（五）、单独测试比较器（输入uo2，输出uo3）

uo2接同向输入端，uo1接反向输入端。

uo2：

频率500.0Hz、峰峰值9V正弦波，建议先用5V测试，防止电压过大，然后再慢慢将电压升到9V。

uo1:

频率2.0K、峰峰值4V的三角波。

调节R6时输出信号uo3的峰峰值为2.0V，（原理上频率是500Hz）观察输出波形uo3，看是不是如下所示：

联调

（一）、电源、三角波、加法器联调

将产生的三角波信号uo1接到加法器电路R2的一端，将ui1接到加法器电路R1的一端，观察输出波形是不是如下所示：

（二）、电源电路、三角波产生电路、加法器电路、滤波放大电路联调

将输出信号ui2接到滤波器电路R1的一端，观察输出波形是不是如下所示

加法器电路值得注意的地方是，R2上的信号波形如下图，这是因为叠加了正弦信号的结果。

（三）、电源电路、三角波产生电路、滤波放大电路、比较器电路联调

将滤波器输出的信号uo2接到比较器的同向输入端，三角波uo1接比较器的反相输入端，观察输出波形是不是如下所示：

6、参考文献

[1]康华光.模拟电子技术基础.4版.北京：

高等教育出版社，1998.

附录1.原件清单

原件个数原件名称和参数原件标号

1电容,30nFC1

2电位器,50kR3,R7,R14

2电阻,10kR5,R6

2电阻,8.2kR1,R9

3电阻,820欧姆R2,R8,R15

2电容47nFC3,C4

1电阻,8kR12

2电位器10kR13

1电容1nFC2

2电阻,1kR16,R17

2电阻,6.8kR4,R10

2极性电容10uFC7,C8

2电容100nFC6,C5

导线

杜邦芯

短路帽

LM324芯片一片

14PIN芯片座一个

附录2.仿真原理图

附录三

实验测试板图