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1、.武漢理工大學(xué)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)報(bào)告(A類)項(xiàng)目名稱: 基本運(yùn)算放大器電路設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)室名稱: 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室 學(xué)生姓名: * .創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目報(bào)告書實(shí)驗(yàn)名稱基本運(yùn)算放大器電路設(shè)計(jì)日期2018.1.14姓名*專業(yè)電子信息工程一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ㄔ敿?xì)指明輸入輸出)1、 采用LM324集成運(yùn)放完成反相放大器與加法器設(shè)計(jì) 2、 電源為單5V供電,輸入輸出阻抗均為50,測(cè)試負(fù)載為50輸出誤差不大于5% 3、 輸入正弦信號(hào)峰峰值V150mV,V2=1V,輸出為-10V1+V2.二、 實(shí)驗(yàn)原理(詳細(xì)寫出理論計(jì)算、理論電路分析過(guò)程)(不超過(guò)1頁(yè))通過(guò)使用LM324來(lái)設(shè)計(jì)反相放大器和加法器,因?yàn)槊恳粋€(gè)芯片內(nèi)都有4個(gè)運(yùn)放,所以我們
2、就是使用其內(nèi)部的運(yùn)放來(lái)連接成運(yùn)算放大器電路。我們采用兩個(gè)芯片串聯(lián)的方式進(jìn)行芯片的級(jí)聯(lián)。對(duì)于反相放大器,輸出電壓Vo=-Rf/R1*Vi;對(duì)于同相加法器,Vo=(Rf/R1*Vi1+Rf/R2*Vi2)。由于對(duì)該運(yùn)放使用單電源5V供電,故需要對(duì)整個(gè)電路的共地端進(jìn)行2.5V的直流偏置。為實(shí)現(xiàn)2.5V的共地端,在這里采用了電壓跟隨器的運(yùn)放模型。2.5V的分壓點(diǎn)用兩個(gè)相同100k的電阻進(jìn)行分壓,并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取了一個(gè)10uF的極性電容并聯(lián)在2.5V分壓點(diǎn)處,起濾除電源噪聲的作用。最終由電壓跟隨器輸出端作為后面電路的共地端。同樣為使反相放大器能夠放大10倍,有-Rf/R1=-10,即Rf=10R1,可取R
3、1=10k,Rf=100k,則R2=R1/Rf。對(duì)于加法器,有R1=R2=Rf,均取為100k,則R=100k。三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程(記錄實(shí)驗(yàn)流程,提煉關(guān)鍵步驟)(盡可能詳細(xì))a) 確定元件型號(hào),查找相關(guān)資料,設(shè)計(jì)最初的設(shè)計(jì)原理圖。b) 在仿真軟件上進(jìn)行仿真。c) 按照電路原理圖焊接電路板。d) 對(duì)電路板進(jìn)行調(diào)試,并進(jìn)行改進(jìn)。 這是剛開(kāi)始時(shí)的電路仿真圖,有許多的錯(cuò)誤,剛開(kāi)始時(shí)沒(méi)有考慮共地端進(jìn)行直流偏置,同時(shí)沒(méi)有滿足R3=R2/R1;并且在加法器中沒(méi)有連接電源,而且還理解錯(cuò)了題意,將理應(yīng)接為1V交流信號(hào)的接成了1V直流電源,可以說(shuō)錯(cuò)誤非常多。 后進(jìn)行了重新設(shè)計(jì),電路圖如下。由于只使用單電源供電,故需對(duì)電
4、路進(jìn)行共地處理,其中有電壓跟隨器構(gòu)成的2.5V虛地端。電路參數(shù)基本滿足要求。黃色線條為反相放大器輸入信號(hào),其峰峰值為20mVpp;藍(lán)色線條為反相放大器輸出信號(hào),正好相位相反,峰峰值為200mVpp,符合-10的放大預(yù)期。該結(jié)果為加法器的結(jié)果。藍(lán)色線條表示反相放大器的輸出信號(hào),其峰峰值為200mVpp;紅色線條表示加法器相加的另一信號(hào),其峰峰值為1Vpp;綠色線條表示加法器相加的結(jié)果,其峰峰值為800mVpp。這是因?yàn)橄嗉拥膬蓚€(gè)信號(hào)正好相位相反,結(jié)果即為兩信號(hào)相減。如圖為電路反相加法器的波特圖,其增益為19.99dB,32kHz為其3dB點(diǎn)。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果(詳細(xì)列出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、結(jié)論分析) 如圖為電路板連接好后的實(shí)際波形,存在著交越失真。且實(shí)際焊好電路板后,用示波器觀察參數(shù),可發(fā)現(xiàn)明顯與仿真結(jié)果存在著較大的差距。當(dāng)測(cè)量電路的反相放大器輸出端時(shí),在頻率較低6kHz以下時(shí),增益可達(dá)到20dB,但頻率增加后電路的反相放大器增益明顯降低。尤其是電路的波形會(huì)出現(xiàn)較大的失真。更大的問(wèn)題是,兩級(jí)串聯(lián)后,前一級(jí)的增益明顯降低,達(dá)不到20dB。第一級(jí)反相放大電路結(jié)果如上圖,在6kHz開(kāi)始出現(xiàn)增益衰減,增益小于20dB。五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)(實(shí)驗(yàn)中遇到的已解決和未解決的問(wèn)題)通過(guò)本次實(shí)驗(yàn),我發(fā)現(xiàn)課本中簡(jiǎn)單的運(yùn)算放大電路原來(lái)也并不是那么簡(jiǎn)單的,也需要經(jīng)過(guò)不斷地調(diào)試,測(cè)驗(yàn)。未解決的問(wèn)題
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