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集成运算放大器的应用.doc

1、【摘要】集成运放是一种高增益直流放大、直流放大器既能放大变化极其缓慢的直流信号,下限频率可到零;又能放大交流信号,上限频率与普通放大器一样,受限于电路中的电容或电感等电抗性元器件。集成运放和外部反馈网络相配置后,能够在它的输出和输入之间建立起种种特定的函数关系,故而称它为“运算”放大器。本电路设计的基本目标:使用一片通用四运放芯片TL084组成预设的电路,电路包括三角波发生器、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。【关键词】运算放大器TL084、加法器、滤波器、比较器一、设计任务使用一片通用四运放芯片TL

2、084组成电路框图,实现下述功能:使用低频信号源产生ui1=0.1sin2f0t(V),f0=500Hz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。加法器要求输出电压ui2=10ui1+uo1。ui2经过选频滤波器滤除uo1频率分量,选出f0信号为uo2,uo2为峰峰值9V的正弦信号,用示波器观察无明显失真。uo2信号再经过比较器后在1k电阻负载上得到峰峰值为2V的输出电压uo3。电源要求只能选择+12V、+5V两种单电源,由稳压电源供给。不得用额外电源和其他型号的运算放大器。要求预留ui

3、1、ui2、uo1、uo2和uo3的测试端子。二、 设计方案1. 单、双电源转换电路:2. 三角波发生器:根据模拟电子电路中单运放张弛振荡器设计电路,实现输出三角波频率为2kHz,幅值为2V。电阻电容参数值如上图所示。3. 加法器:使用反相比例放大器构成反相相加器,加法器输出ui2=10ui1+uo1,相关电阻电容参数如上图所示。4. 滤波器:设计有源带通滤波器,相关电阻电容参数如上图所示。5. 比较器:设计迟滞比较器,相关电阻电容参数如上图所示。三、 电路设计及理论分析1. 总电路图:2. 三角波发生器: 由要求可知,电路的输出波形应为三角波,幅值为2V,振荡周期为0.5ms。 电路振荡频率

4、为 经过计算,=,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 计算得,4. 带通滤波器: 中心角频率: () 取,有,中心频率增益 -3dB带宽因为需要滤去三角波成分,所以选取的带通滤波器的中心频率f0=500Hz,中心频率增益为9V,-3dB带宽为50Hz。计算得5. 滞回比较器:当集成运放的输出为+UOM时,通过正反馈支路加到同相输入端的电压为: 则同相输入端的合成电压为: = UH(上门限电压) (7) 当ui由小到大,达到或大于上门限电压UH 的时刻,输出电压uo才从+UOM跃变到-UOM,并保持不变。此时,通过正反馈支路加到

5、同相输入端的电压为: 此时同相输入端的合成电压为: = UL(下门限电压) 四、电路仿真结果及分析使用Multisim仿真结果如下:1. 端口:7由上图可知,波形为三角波。Um=1.9V,f=2.05KHz,在5%误差范围内,且波形稳定,满足实验要求。2.端口由上图可知,三角波与正弦波相加时,无明显失真,与理论波形基本一致。Vpp=5.61V,f=2.09kHz。3.端口由上图可知,根据Multisim仿真经过带通滤波器后为正弦波,峰峰值为8.83V略小于9V理论值,频率为500Hz。4.端口由上图可知,由Multisim仿真得,经比较器后在1k负载上输出为峰峰值为2.1V,频率为504Hz的

6、方波。五、电路实测结果及分析1.端口:如上图所示,三角波发生器产生输出波形为三角波。Vpp=3.92V,f=1.923KHz,在5%误差范围内,且波形稳定,满足设计要求。2.端口:如上图所示,加法器输出端实测与仿真波形基本一致。Vpp=5.92V, f=1.818kHz。3.端口:带通滤波器输出实测波形近似正弦波,Vpp=8.80V,f=500Hz,满足实验要求。4.端口:如上图所示,实测波形为方波,Vpp=2.16V,f=500Hz,满足实验要求。六、总结1、单电源转换成双电源 由于题目要求使用单电源供电,然而简单的采用单电源供电将会导致相关运放模块无法正常工作,因此需要将其以一定方式转换为双电源进行供电。2、模块与模块之间的相互影响 虽然单个模块运行成功,但是连接为整个的电路图时,各功能模块的波形会受到其他模块的影响,可在各模块之间加入耦合电容作为处理方法。3、仿真与实测之间存在一定偏差 在电路测试的过程中发现,仿真结果与实际结果有一定的偏差,在设计电路时要充分考虑这一点,根据测试结果对设计电路进行一定修改,使实际结果更加符合电路设计要求。

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