放大器的應(yīng)用[摘要]集成運(yùn)放裨上是一種高增益直流放大、直流放大器既能放大變化極其緩慢的直流信號，下限頻率可到零；又能放大交流信號，上限頻率與普通放大器一樣，受限于電路中的電容或電感等電抗性元器件。集成運(yùn)放和外部反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)相配置后，能夠在它的輸出和輸入之間建立起種種特定的函數(shù)關(guān)系，故而稱它為“運(yùn)算〞放大器。

本課程設(shè)計(jì)的根本目標(biāo)：使用一片通用四運(yùn)放芯片LM324組成預(yù)設(shè)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(shè)計(jì)模塊，每個模塊均采用一個運(yùn)放及一定數(shù)目的電容、電阻搭建，通過理論計(jì)算分析，最終實(shí)現(xiàn)規(guī)定的電路要求。[關(guān)鍵詞]運(yùn)算放大器LM324、加法器、濾波器、比擬器目錄TOC\o"1-3"\h\u24834一、設(shè)計(jì)任務(wù)416112二、設(shè)計(jì)方案及比擬5178001.三角波產(chǎn)生器5220242.加法器6264653.濾波器771034.比擬器829335三、電路設(shè)計(jì)及理論分析919108四、電路仿真結(jié)果及分析12172611.端口12210482.端口1316853.端口1388774.端口14206155.端口1430599五、總結(jié)15設(shè)計(jì)任務(wù)使用一片通用四運(yùn)放芯片LM324組成電路框圖見圖1〔a〕，實(shí)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參加由自制振蕩器產(chǎn)生的信號，如圖1〔b〕所示,=0.5ms，允許有±5%的誤差。圖中要求加法器的輸出電壓。經(jīng)選頻濾波器濾除頻率分量，選出信號為,為峰峰值等于9V的正弦信號，用示波器觀察無明顯失真。信號再經(jīng)比擬器后在1kΩ負(fù)載上得到峰峰值為2V的輸出電壓。電源只能選用+12V和+5V兩種單電源，由穩(wěn)壓電源供應(yīng)。不得使用額外電源和其它型號運(yùn)算放大器。要求預(yù)留、、、和的測試端子。設(shè)計(jì)方案及比擬設(shè)計(jì)有五個局部，其中低頻信號源使用信號發(fā)生器，其余四局部設(shè)計(jì)方案如下：三角波產(chǎn)生器初始方案：根據(jù)?模擬電子技術(shù)根底?書上的方波發(fā)生器產(chǎn)生方波，然后再采用微分電路對信號處理，輸出即為三角波。圖1.1圖中：R1=6.8k，R2=10k，R3=30k，R0=3.9k，R4=10k，R5=20k，C=0.1F，DZ1和DZ2采用穩(wěn)壓管。運(yùn)算放大器A1與R1、R2、R3及R0、DZ1、DZ2組成電壓比擬器。當(dāng)積分器的輸入為方波時，輸出是一個上升速率與下降速率相等的三角波，比擬器與積分器首尾相連形成閉環(huán)電路，能自動產(chǎn)生方波與三角波。三角波〔或方波〕的頻率為：改良方案：由于LM324只有四個運(yùn)算放大器，如果三角波產(chǎn)生使用兩個，那么后面的三個電路中有一個無法實(shí)現(xiàn)，所以只能采用一個運(yùn)算放大器產(chǎn)生。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(shè)計(jì)合理，用直流電壓源代替穩(wěn)壓管。對方波放生電路進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，如果將輸出端改接運(yùn)放的負(fù)輸入端，出來的波形近似為三角波。設(shè)計(jì)電路如圖1.2圖1.2加法器方案：由于加法器輸出，所以采用求和運(yùn)算電路，計(jì)算電阻電容的參數(shù)值，電路見圖2.1圖2.1濾波器初始方案：由于正弦波信號的頻率為500Hz，三角波的頻率為2KHz，濾波器需要濾除，所以采用二階的有緣低通濾波器。見電路圖3.1圖3.1改良方案：根據(jù)仿真的波形看出電路對2KHz的信號衰減不大，導(dǎo)致輸出信號中仍然殘留的有三角波成分，波形失真較嚴(yán)重。考慮要增大對三角波的衰減程度，而且要三角波的頻率為2KHz，所以采用中心頻率為2KHz的帶阻濾波器。電路見圖3.2圖3.2比擬器初始方案：采用一般的單限比擬器，見電路圖4.1圖4.1改良方案：在單限比擬器中，輸入電壓在閥值電壓附近的任何微小變化，都將引起輸出電壓的躍變，不管這種微小變化是來源于輸入信號還是外部干擾，抗干擾能力差.所以采用滯回比擬器。見圖3.2圖3.2電路設(shè)計(jì)及理論分析總電路圖三角波發(fā)生器根據(jù)RC充放電過渡過程的分析，電容電壓編號應(yīng)符合下面公式式中UC(0)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(yīng)為三角波，峰值為2V，振蕩周期為0.5ms。電路振蕩周期為經(jīng)過計(jì)算R3=10KΩ,R2=1.75KΩ,R1=1KΩ,C=30.2nF理論波形為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(diǎn)的電流方程為，所以輸出的表達(dá)式為計(jì)算取R1=1KΩ，R2=10KΩ,Rf=10KΩ.三角波和正弦波經(jīng)過加法電路后理論波形為帶阻濾波器因?yàn)樾枰獮V去三角波成分，所以選取的帶阻濾波器的中心頻率f0=2KHz。中心頻率為,計(jì)算得R=79.6Ω,C=1uF。理論上對于2KHz的信號衰減程度最大，其他頻率幾乎不衰減。信號為500Hz，5V時信號為2KHz，5V時滯回比擬器當(dāng)集成運(yùn)放的輸出為+UOM時，通過正反應(yīng)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：=UH〔上門限電壓〕〔7〕當(dāng)ui由小到大，到達(dá)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(yīng)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：=UL〔下門限電壓〕理論波形為電路仿真結(jié)果及分析仿真結(jié)果如下：1.端口由仿真圖可知，波形近似為三角波。Um=2V,T=2KHz，波形穩(wěn)定。2.端口因?yàn)橛傻皖l信號源產(chǎn)生，所以波形無失真。Um=0.1V，T=500Hz3.端口與理論波形有一定的偏差，三角波與正弦波相加時，三角波波峰、波谷有失真。4.端口理論應(yīng)為正弦波，可以看出經(jīng)過濾波后，波形的波峰、波谷有失真，高頻局部沒有濾掉。Um=9.34V略大于9V，T約為500Hz。5.端口可以看出近似為上下電平交替，在跳變過程中波形有失真，局部局部由于不穩(wěn)定信號產(chǎn)生毛刺?？偨Y(jié)電源提供的電壓對波形的影響：波形幅度變化必須在電源提供的電壓范圍之內(nèi)，假設(shè)不在，那么底部或頂部會出現(xiàn)失真，因此采用+12V電源而不用+5V。單電源和雙電源的區(qū)別及其對電路的影響：運(yùn)放采用單電源供電時，加法電路、濾波電路不能工作，必須采用雙電源式供電，正極4接+12V，負(fù)極11反接+12到地。模塊與模塊之間的鏈接存在相互影響。模塊與模塊之間的鏈接存在相互影響：雖然單個模塊運(yùn)行仿真成功，但是連接為整個的電路圖時，各功能模塊的波形會受到