集成运算放大器的应用实验报告

集成运算放大器的应用实验报告

【摘要】：本题目关于放大器设计的基本目标：使用一片通用四运放芯片LM324组成预设的电路，电路包括三角波产生器、加法器、滤波器、比较器四个设计模块，每个模块均采用一个运放及一定数目的电容、电阻搭建，通过理论计算分析，最终实现规定的电路要求。

【关键字】：运算放大器LM324、三角波信号发生器、加法器、滤波器、比较器word版本.

一、设计任务

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，的正弦波信号，加至加法器的输入端，加法器的另一输入端加入由自制振荡器产生的信号uo1， uo1 如图1（b）所示， T1=0.5ms，允许T1有±5%的误差。

（a）

（b）

图中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f0 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 和uo3 的测试端子。

二、设计方案

1、三角波发生器

由于用方波发生器产生方波，再经过积分电路电路产生三角波需要运用两个运算放大器，而LM324只有四个运算放大器，每个电路运用一个，所以只能用一个运算放大器产生三角波。同时由于器件不提供稳压二极管，所以电阻电容的参数必须设计合理，用直流电压源代替稳压管。对方波放生电路进行分析发现，如果将输出端改接运放的负输入端，出来的波形近似为三角波。电路仿真如下图所示：

word版本.

word 版本.

2、 加法器

由于加法器输出11210o i i u u u += ，根据《模拟电子技术》书上容采用求和电路，电路如下所示：

3、 滤波器

由于正弦波信号1i u 的频率为500Hz ，三角波1o u 的频率为2KHz ，滤波器需要滤除

word 版本. 1o u ，所以采用二阶的有源低通滤波器。电路仿真如下图：

4、 比较器

由于单门限电压比较器的抗干扰能力差，所以采用迟滞比较器，电路仿真如图所示：

三、电路设计及理论分析:

1、 总电路图:

word 版本.

2、 三角波发生器：

根据RC 充放电过渡过程的分析，电容电压编号应符合下面公式

τt

-e )]()0([)(?∞-+∞=C C C C U U U U

式中 UC(0)初始电压； 充电终了电压; 充电时间常数。

解方程式可得

)21ln(22

13R R C R T +?= 所以该电路振荡周期有 ，C 和 决定，改变这些元件参数可以调节方波的周期。 由要求可知，电路的输出波形应为三角波，峰值为2V ，振荡周期为0.5ms 。 电路振荡周期为

)21ln(22

13R R C R T +=

word 版本.

3、 加法器：

加法器输入输出满足 。根据“虚短”和“虚断”的原则，节点的电流方程为 ，所以输出的表达式为

)(2

211R u R u R u i i f o +-=

正弦波和三角波经过加法器后的理论波形如图所示：

word 版本.

另外，本实验采用单电源供电，故用电阻分压：

4、 滤波器：

需要滤除高频率的三角波，得到低频率的正弦波，设计的低通滤波器的截止频率

RC

f π210=。 经过计算，电路仿真图中的阻值和容值为最佳匹配。

仿真结果如下：

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1k6l.html