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1、设计报告课 题： 运放电路练习设计者： 苏文松、谢梅连、许罗森、郭浩杰指导老师：白炳良日 期： 2010-7-14摘 要：本次设计以集成运放为核心,测量不同运算放大器的带宽以及饱和电路；并用运放构成滞回比较器、积分电路及滤波电路，形成一个可输出方波、三角波和正弦波的简易波形发生器，同时运用运放的反向比例求和电路构造精密整流电路，实现全波整流功能。关键字：LM358；LM324；LF353；滞回比较；积分电路；有源滤波；精密整流目录1. 单元电路的设计41.1 运算放大电路41.1.1工作原理：41.1.2参数选择：41. 方波、三角波发生器51.2.1工作原理：51.2.2参数选择：5. 正弦
2、波发生器51.3.1工作原理：61.3.2参数选择：61. 4 全波整流61.4.1工作原理：61.4.2参数选择：72.单元电路测试72.1电路数据测试及结果分析72.2电路数据测试及结果分析83.设计总结94.参考文献91. 单元电路的设计1.1 运算放大电路1.1.1工作原理：【2】电路原理图如图1所示，输入波形经过双电源供电的集成运放电路IC1AA放大输出，当输入波形幅度放大后的幅度超过输出正、反向的最大值时，会发生饱和现象，及输出波形发生削顶失真。经放大输出的波形UO1再通过同相输入集成电路IC1，输出与其输入同相的波形，再经过开关管1N4148（当IC1输出的正半周，且其电压值大于
3、1N4148的导通电压时，输出UO2为其对应波形；当IC1输出负半周时，1N4148截止，其对应的输出O2为低电平）输出波形O2。1.1.2参数选择：【1】(1)、R1、R4和R5为限流电阻，可取1K以上的电阻，在此分别选取1K、10K和10K电阻；(2)、由放大倍数公式,现取其值为11，则R3和R2可分别选10K和1K的电阻；(3)、在此二极管选取1N4148，因为它是快速、单向导通的开关二极管二极管，正向导通，导通电压约为0.5V左右。1. 方波、三角波发生器图2、方波、三角波发生电路1.2.1工作原理：【1】方波、三角波发生电路电路图如图2所示，运放U1A组成的滞回比较器，其输出电压为(
4、其中UZ为稳压管ZD1的管压降)，即产生方波；运放U1组成积分运算电路，UO1为其输入，输出电压方程为，即为三角波。1.2.2参数选择：【1】（1）、方波、三角波发生电路的振荡频率为，现取其值为250Hz, 则取R1=R2=R4=10K，C1=0.1uF(2)、R3和R5分别为限流电阻和U1的平衡电阻，均取千欧级. 正弦波发生器图3、正弦波发生电路1.3.1工作原理：正弦波发生电路由LM324以及电容电阻形成一个二阶有源低通滤波器，滤除由处产生的三角波(其傅里叶级数展开,其中Um是三角波的幅值)中的高频部分，即可在处输出一个正弦波。1.3.2参数选择：【1】【2】(1)、低通滤波器的通带截止频
5、率应大于三角波的基波频率(250Hz)且小于三角波的三次谐波频率(750Hz)。现取低通滤波器的截止频率为256.8Hz，则可取R6=R7=6.2K,C2=C3=0.1uF；(2)、由放大倍数公式，现取其值为1.6，则可取电阻R9、R8的阻值分别为3.3K和5.6K。1. 4 全波整流图4、精密全波整流电路1.4.1工作原理：【2】全波整流电路如图4所示，当为正半周时，由U2B运放反相输入，因R13、D1形成负反馈回路,故端的电压为此时的反相电压，运放U2A及电阻R14R17构成反相比例求和电路，以及为运放U2A的反相输入端，独立作用于运放U2A，运放输出反相放大1倍，独立作用于运放U2A，运
6、放输出反相放大2倍，由叠加原理，输出同此时一致的正半周；当为负半周时，D1截止，=0，同理，由叠加原理可得运放U2A输出为此负半周的反相电压，即为正半周，综上所述，输出为全波。1.4.2参数选择：【1】(1)、如图4，经U2A反相输入，其电压放大倍数为,经U2A反相输入，其电压放大倍数为,为使该电路输出全波，由上工作原理分析，则要满足,由此可取R15=R16=24K，R14=12K；(2)、R11和R17为平衡电阻，可尽量减少电流引起的误差；R10、R12、R13均为限流电阻，取值为千欧级。2.单元电路测试 2.1电路数据测试及结果分析输入电压V（LM358）输出电压单位（V）放大倍数输入电压
7、V（LF353）输出电压单位（V）放大倍数0.8969.9211.070.6086.7211.050.88.811.00.8969.7610.891.718.811.061.5617.110.96表1、放大电路的放大倍数测量放大电路的芯片选择LM358时，其饱和电压22.2V，选择LF353时为22.0V，与理论值24-2*0.7=22.6(V)很接近。放大电路的芯片选择LM358，且输入电压幅度为8.72V时，其带宽为47.336KHz，选择LF353且输入电压幅度为10.2V时，其带宽为273.66KHz。LF353的带宽比LM358大，这是因为其带宽增益积比LM358大。当然，带宽的测试
8、也与输入电压幅度有关。输入电压Vpp（V）输出电压Vpp（V）输入信号频率（Hz）放大倍数8.813.8801.56818181828.813.81001.56818181828.812.81501.45454545458.811.81801.34090909098.811.32001.28409090918.810.22301.15909090918.89.122601.03636363648.88.722700.990909090918.88.42800.954545454558.88.242900.936363636368.87.763000.881818181828.86.963300
9、.790909090918.86.323500.718181818188.85.843700.663636363648.85.124000.581818181828.84.244500.481818181828.83.525000.4表2、二阶有源滤波的幅频特性测试【注：该表下面的图11即为其对应的幅频特性曲线】图7、方波发生器输出波形图8、三角波发生器输出波形图9、正弦波发生器输出波形图10、全波精密整流器输出波形图5、正弦波经放大电路后的输出波形图6、正弦波经正半波选择电路后的输出波形2.2电路波形测试及结果分析根据以上波形图，由图6可知，正弦波经运放和1N4148选择后，幅度大于1N41
10、48的正半周通过，负半周无法通过1N4148，对应输出为0电平，而零电平时间大于正电平时间，如图6所示，负电平的时间比正电平的时间长，这主要时由于运放内部含有电容，使输入从负到正具有一定的延时。图11、有源滤波电路幅频特性曲线由图9可知，三角波经二阶有源滤波电路后有所衰减，与理论上的放大倍数相差甚大，经用函数信号发生器进行数据测量，根据表2的数据绘制幅频特性曲线如图11所示，三角波发生电路的输出波形的实际频率值为289Hz左右，再二阶有源滤波器的截止频率附近，故其放大倍数有所衰减，这时，只要减小电阻R6、R7的阻值大小即可增大正弦波发生器输出波形的幅度。由图10可知，精密全波整流电路输出的全波
11、并不完美，由一高一低的现象，这主要时因为该电路输入的正弦波频率不高(300Hz左右)，使得输出的全波再理论值的基础上加上或减去二极管D1的导通电压。3.设计总结本次完成了对应单元电路的设计，并得到了预期效果。在此过程中，队员们明确分工，一起商讨测试中遇到的问题，不仅动手能力得到了提升，在理论方面也有了一定的提高，对运放电路有了更为深刻的理解，有待进一步提高。4.参考文献【1】张华林.周小方.电子设计竞赛实训教程M;北京.北京航空航天大学出版社,2007.7.P48P52.【2】童诗白.华成英.模拟电子技术基础M（第四版）;北京.高等教学出版社2006.1.P440P442 P514P522.4
