2011年全国大学生电子设计竞赛实验报告材料

2011 年全国大学生电子设计竞赛实验报告

一、实验目的

1、熟练掌握各种常用实验仪器的使用方法。

2、熟悉LM324运放的典型参数及应用。

3、掌握PDF 资料的查询与阅读方法。

4、掌握电子设计与调试的基本流程及方法。

二、实验内容

设计要求：

使用一片通用四运放芯片LM324组成电路框图见图1，实现下述功能：

1. 使用低频信号源产生100.1sin 2()i U f t V =∏，f 0 =500Hz 的正弦波信号，加至加法器输入端。

2. 自制三角波产生器产生T=0.5ms （±5%），V p-p =4V 的类似三角波信号1o u ，并加至加法器的另一输入端。

3. 自制加法器，使其输出电压U i2 = 10U i1+U o1。

4. 自制选频滤波器，滤除1o u 频率分量，得到峰峰值等于9V 的正弦信号2o u ，2

o u 用示波器观察无明显失真。

5.将1o u 和2o u 送入自制比较器，其输出在1K Ω负载上得到峰峰值为2V 的输出电压3o u 。

方案论证与数值计算：

由于电源只能选用+12V 和+5V 两种单电源，由稳压电源供给，而LM324N 具有宽的单电源或双电源工作电压范围，单电源：3-30V,

双电源：1.5V-15V,经过试验我们选择双电源供电，所以进行电源的搭建

三角波发生部分：

方案一：

三角波发生器电路按照由方波经过积分电路得到，需要两个放大器，不满足实验要求。

方案二：

利用RC充放电模拟三角波，通过两个电位器分别来调节周期和峰峰值至实验要求的值。达到合理利用现有资源高效达到要求的目的。因此我们采用方案二。题目要求三角波发生器产生的周期为T=0.5ms，Vpp=4V的类似三角波。我们由公式T=2*R14*C1*ln（1+2*R3/R15）另外运放1端输出电压设为U,则Uo1=（R15/(R15+R1））*U。选取电容为较常见的47nf , 计算得R1=2R14；R14=0-5K，所以取R1为0-10k；得到R15=0-10K;

加法器部分

.

加法电路要实现由于是同向加法器，Ui2=(R8/R4)*Uo1+(R8/R5)Ui1 其中要满足R7//R8=R4//R5//R6。如设R8=20K, R7=1K则R4=20K, R5=2K, R6=2K.

2阶低通滤波电路:

二阶压控电压源低通滤波器如图2所示，它由两节RC滤波器和同相放大电路组成。其中同相放大电路实际上就是所谓的压控电压

源，它的电压增益就是低通滤波的通带电压增益，即

。

1.传递函数

可以推导出二阶压控电压源低通滤波器的传递函数为

为特征角频率，而上式为二阶低通滤波器传递函数的典型表达式。其中

n

Q则称为等效品质因数。上式表明，A

=A V F<3，才能稳定工作。当A O=A V F≥3，A(s)

O

将有极点处于右半s平面或虚轴上，电路将自激振荡。

2.幅频响应

用s=j代入上式可得幅频响应和相频响应表达式为

相频响应表达式表明，当=0时，；当时，

。显然，这是低通滤波电路的特性。由幅频响应表达式可画出不同Q 值下的幅频响应，如图3所示。

由图可见，当

Q =0.707时，幅频响应较平坦，而当

Q >0.707时，将出现峰值，当Q =0.707和

=1情况下，

；当=10时，

。这表明二阶比一阶

低通滤波电路的滤波效果好得多，所以采用此方案。设计一个压控电压源型二阶有源低通滤波电路，要求通带截止频率fo=500 Hz ，试确定电路中有关元件的参数值,根据实验过程中发现仅仅2阶波形会被高频信号干扰，所以在输出再加一个低通滤波。

图3

比较器部分

比较器部分信号Uo1与Uo2进行比较，当两个信号值相同时输出电压发生跳变，输出的电压通过运放的自身实现限幅，为了在1k负载上得到Vp-p=2V的电压电路图中利用R13进行分压，Uo3=（RL/（R13+RL））*U.

完整电路仿真图

仿真结果图

实物图

测试结果记录：

PCB图

PCB板

三角波

加法器

正弦波

方波

总结与改进方案

LM324的综合应用增强了我们的实际动手能力，通过理论联系实际解决具体问题提升了学习电子技术的兴趣。

电路调试的时候花去的时间占据了大半的课程设计时间，通过对本次课程设计的实践，我们进一步熟悉了示波器，波形发生器，数字万用表的使用。希望下次能够用更少的时间完成实验，更好的设计出电路。

三、实验器材

（一）实验仪器

•万用表

•直流稳压电源

•示波器

• 低频函数信号发生器

• 电烙铁

（二）实验元件

基本部分：通用电路板一块、LM324一片、电位器4个，电阻，电容，细导线，焊锡丝等若干。

四、实验原理

1. 类似三角波的产生可利用方波产生电路中的RTCT 充放电的波形。

2. 加法器、滤波器（低通）、比较器电路见模拟电路教材。

五、实验注意事项

1. 电源只能选用+12V 和+5V 两种单电源，由稳压电源供给。不得使用额外电源和其它型号运算放大器。

2. 要求预留1i u 、2i u 、1o u 、2o u 、和3o u 的测试端子，建议在相应节点焊接导线，方便测试。

3. 实验中基本部分的制作只允许使用电阻、电容和一个LM324芯片。

4.LM324芯片及芯片座、电路板、导线、焊锡丝等统一发放，电阻、电容等外围器件在焊接室元件柜按规定自取。

5.芯片使用方法请认真阅读各芯片的PDF 文档。

6.电路焊接时，应选择焊完一部分则调试一部分，不可一次焊完后再调试。

7.焊接工具不允许带入调试场地。