全国大学生电子设计竞赛实验报告.docx

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全国大学生电子设计竞赛实验报告

2011年全国大学生电子设计竞赛实验报告

一、实验目的

1、熟练掌握各种常用实验仪器的使用方法。

2、熟悉LM324运放的典型参数及应用。

3、掌握PDF资料的查询与阅读方法。

4、掌握电子设计与调试的基本流程及方法。

二、实验内容

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，实现下述功能：

1.使用低频信号源产生

，f0=500Hz的正弦波信号，加至加法器输入端。

2.自制三角波产生器产生T=0.5ms（±5%），Vp-p=4V的类似三角波信号

，并加至加法器的另一输入端。

3.自制加法器，使其输出电压Ui2=10Ui1+Uo1。

4.自制选频滤波器，滤除

频率分量，得到峰峰值等于9V的正弦信号

，

用示波器观察无明显失真。

5.将

和

送入自制比较器，其输出在1KΩ负载上得到峰峰值为2V的输出电压

。

方案论证与数值计算：

由于电源只能选用+12V和+5V两种单电源，由稳压电源供给，而LM324N具有宽的单电源或双电源工作电压范围，单电源：

3-30V,双电源：

1.5V-15V,经过实验我们选择双电源供电，所以进行电源的搭建

三角波发生部分：

方案一：

三角波发生器电路按照由方波经过积分电路得到，需要两个放大器，不满足实验要求。

方案二：

利用RC充放电模拟三角波，通过两个电位器分别来调节周期和峰峰值至实验要求的值。

达到合理利用现有资源高效达到要求的目的。

因此我们采用方案二。

题目要求三角波发生器产生的周期为T=0.5ms，Vpp=4V的类似三角波。

我们由公式T=2*R14*C1*ln（1+2*R3/R15）另外运放1端输出电压设为U,则Uo1=（R15/（R15+R1））*U。

选取电容为较常见的47nf,计算得R1=2R14；R14=0-5K，所以取R1为0-10k；得到R15=0-10K。

加法器部分

.

加法电路要实现

由于是同向加法器，Ui2=（R8/R4）*Uo1+（R8/R5）Ui1

其中要满足R7//R8=R4//R5//R6。

如设R8=20K,R7=1K则R4=20K,R5=2K,R6=2K.

2阶低通滤波电路:

二阶压控电压源低通滤波器如图2所示，它由两节RC滤波器和同相放大电路组成。

其中同相放大电路实际上就是所谓的压控电压源，它的电压增益就是低通滤波的通带电压增益，即

。

1.传递函数

可以推导出二阶压控电压源低通滤波器的传递函数为

上式为二阶低通滤波器传递函数的典型表达式。

其中ωn为特征角频率，而Q则称为等效品质因数。

上式表明，AO=AVF<3，才能稳定工作。

当AO=AVF≥3，A（s）将有极点处于右半s平面或虚轴上，电路将自激振荡。

2.幅频响应

用s=jω代入上式可得幅频响应和相频响应表达式为

相频响应表达式表明，当ω=0时，

；当ω→∞时，

。

显然，这是低通滤波电路的特性。

由幅频响应表达式可画出不同Q值下的幅频响应，如图3所示。

图3

由图可见，当Q=0.707时，幅频响应较平坦，而当Q>0.707时，将出现峰值，当Q=0.707和

=1情况下，

；当

=10时，

。

这表明二阶比一阶低通滤波电路的滤波效果好得多，所以采用此方案。

设计一个压控电压源型二阶有源低通滤波电路，要求通带截止频率fo=500Hz，试确定电路中有关元件的参数值,根据实验过程中发现仅仅2阶波形会被高频信号干扰，所以在输出再加一个低通滤波。

比较器部分

比较器部分信号Uo1与Uo2进行比较，当两个信号值相同时输出电压发生跳变，输出的电压通过运放的自身实现限幅，为了在1k负载上得到Vp-p=2V的电压电路图中利用R13进行分压，Uo3=（RL/（R13+RL））*U.

完整电路仿真图

仿真结果图

实物图

测试结果记录：

PCB图

PCB板

三角波

加法器

正弦波

方波

总结与改进方案

LM324的综合应用增强了我们的实际动手能力，通过理论联系实际解决具体问题提升了学习电子技术的兴趣。

电路调试的时候花去的时间占据了大半的课程设计时间，通过对本次课程设计的实践，我们进一步熟悉了示波器，波形发生器，数字万用表的使用。

希望下次能够用更少的时间完成实验，更好的设计出电路。

三、实验器材

（一）实验仪器

•万用表

•直流稳压电源

•示波器

•低频函数信号发生器

•电烙铁

（二）实验元件

基本部分：

通用电路板一块、LM324一片、电位器4个，电阻，电容，细导线，焊锡丝等若干。

四、实验原理

1.类似三角波的产生可利用方波产生电路中的RTCT充放电的波形。

2.加法器、滤波器（低通）、比较器电路见模拟电路教材。

五、实验注意事项

1.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。

2.要求预留

、

、

、

、和

的测试端子，建议在相应节点焊接导线，方便测试。

3.实验中基本部分的制作只允许使用电阻、电容和一个LM324芯片。

4.LM324芯片及芯片座、电路板、导线、焊锡丝等统一发放，电阻、电容等外围器件在焊接室元件柜按规定自取。

5.芯片使用方法请认真阅读各芯片的PDF文档。

6.电路焊接时，应选择焊完一部分则调试一部分，不可一次焊完后再调试。

7.焊接工具不允许带入调试场地。