基本运算放大器电路设计.doc

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武汉理工大学开放性实验报告（A类）项目名称：基本运算放大器电路设计实验室名称：创新实验室学生姓名：** 创新实验项目报告书实验名称基本运算放大器电路设计日期2018.1.14姓名**专业电子信息工程一、实验目的（详细指明输入输出）1、采用LM324集成运放完成反相放大器与加法器设计2、电源为单5V供电，输入输出阻抗均为50Ω，测试负载为50Ω输出误差不大于5%3、输入正弦信号峰峰值V1≤50mV,V2=1V，输出为-10V1+V2.二、实验原理（详细写出理论计算、理论电路分析过程）(不超过1页)通过使用LM324来设计反相放大器和加法器，因为每一个芯片内都有4个运放，所以我们就是使用其内部的运放来连接成运算放大器电路。我们采用两个芯片串联的方式进行芯片的级联。对于反相放大器，输出电压Vo=-Rf/R1*Vi；对于同相加法器，Vo=(Rf/R1*Vi1+Rf/R2*Vi2)。由于对该运放使用单电源5V供电，故需要对整个电路的共地端进行2.5V的直流偏置。为实现2.5V的共地端，在这里采用了电压跟随器的运放模型。2.5V的分压点用两个相同100k的电阻进行分压，并根据经验选取了一个10uF的极性电容并联在2.5V分压点处，起滤除电源噪声的作用。最终由电压跟随器输出端作为后面电路的共地端。同样为使反相放大器能够放大10倍，有-Rf/R1=-10,即Rf=10R1,可取R1=10kΩ，Rf=100kΩ，则R2=R1//Rf。对于加法器，有R1=R2=Rf,均取为100kΩ，则R=100kΩ。 三、实验过程（记录实验流程，提炼关键步骤）（尽可能详细）a)确定元件型号，查找相关资料，设计最初的设计原理图。b)在仿真软件上进行仿真。c)按照电路原理图焊接电路板。d)对电路板进行调试，并进行改进。 这是刚开始时的电路仿真图，有许多的错误，刚开始时没有考虑共地端进行直流偏置，同时没有满足R3=R2//R1；并且在加法器中没有连接电源，而且还理解错了题意，将理应接为1V交流信号的接成了1V直流电源，可以说错误非常多。后进行了重新设计，电路图如下。 由于只使用单电源供电，故需对电路进行共地处理，其中有电压跟随器构成的2.5V虚地端。电路参数基本满足要求。黄色线条为反相放大器输入信号，其峰峰值为20mVpp；蓝色线条为反相放大器输出信号，正好相位相反，峰峰值为200mVpp，符合-10的放大预期。该结果为加法器的结果。蓝色线条表示反相放大器的输出信号，其峰峰值为200mVpp；红色线条表示加法器相加的另一信号，其峰峰值为1Vpp；绿色线条表示加法器相加的结果，其峰峰值为800mVpp。这是因为相加的两个信号正好相位相反，结果即为两信号相减。 如图为电路反相加法器的波特图，其增益为19.99dB，32kHz为其3dB点。四、实验结果（详细列出实验数据、结论分析） 如图为电路板连接好后的实际波形，存在着交越失真。且实际焊好电路板后，用示波器观察参数，可发现明显与仿真结果存在着较大的差距。当测量电路的反相放大器输出端时，在频率较低6kHz以下时，增益可达到20dB,但频率增加后电路的反相放大器增益明显降低。尤其是电路的波形会出现较大的失真。更大的问题是，两级串联后，前一级的增益明显降低，达不到20dB。第一级反相放大电路结果如上图，在6kHz开始出现增益衰减，增益小于20dB。五、实验总结（实验中遇到的已解决和未解决的问题）通过本次实验，我发现课本中简单的运算放大电路原来也并不是那么简单的，也需要经过不断地调试，测验。未解决的问题有：1.反向运算放大器在级联后增益减小，无法解决；注意：1、实验报告正文内容需达到3页以上；2、可以添加加附录；3、实验报告应加强对实验过程的说明。