課程設(shè)計(jì)--集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀

1、<p>　　模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 課程設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題目： 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀</p><p>　　院（系）： 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　學(xué)

2、生姓名： </p><p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)</p><p>　　院（系）：電子與信息工程學(xué)院 教研室：電信教研室</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀是一種對(duì)集成運(yùn)算放大器性能好壞評(píng)判

3、的設(shè)備。對(duì)集成運(yùn)算放大器電壓增益倍數(shù)有直觀的體現(xiàn)，從而判斷集成運(yùn)算放大器的性能優(yōu)劣。</p><p>　　設(shè)計(jì)采用正弦波信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生輸入信號(hào)，中間級(jí)由運(yùn)算放大器放大信號(hào)，在檢測(cè)中，同時(shí)使用雙蹤示波器在輸出端觀測(cè)輸出信號(hào)幅值，以及使用毫伏表電路分別將輸入輸出信號(hào)的電壓值轉(zhuǎn)變成電流值進(jìn)行比較這兩種比較方法，使得檢測(cè)電路的可靠性增強(qiáng)。</p><p>　　電路由EWB12.0軟件仿真，運(yùn)算放大

4、器采用LM741型號(hào)，通用型運(yùn)算放大器。該運(yùn)放采用了有源負(fù)載，工作點(diǎn)穩(wěn)定，不易自激，而且設(shè)計(jì)了完善的保護(hù)電路，不易損壞。</p><p>　　集成運(yùn)算放大器（Integrated Operational Amplifier），是由多級(jí)直接耦合放大電路組成的高增益模擬集成電路。它的增益高，輸入電阻大，輸出電阻低，共模抑制比高，失調(diào)與飄移小，而且還具有輸入電壓為零時(shí)輸出電壓亦為零的特點(diǎn)，適用于正，負(fù)兩種極性信號(hào)的輸入

5、和輸出。</p><p>　　因此，對(duì)運(yùn)放性能的檢測(cè)成為了運(yùn)放生產(chǎn)的重要內(nèi)容之一。</p><p>　　關(guān)鍵詞：集成運(yùn)算放大器；性能測(cè)試；增益；測(cè)試可靠性</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　第

6、2章 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀設(shè)計(jì)方案論證2</p><p>　　2.1 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀應(yīng)用意義2</p><p>　　2.2 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀設(shè)計(jì)方案論證2</p><p>　　2.3 總體設(shè)計(jì)方案圖及分析3</p><p>　　第3章 單元電路設(shè)計(jì)4</p><p>　　3.1 正弦波發(fā)

7、生信號(hào)設(shè)計(jì)4</p><p>　　3.1.1 目標(biāo)電路要求4</p><p>　　3.1.2 電路設(shè)計(jì)4</p><p>　　3.2 集成運(yùn)放檢測(cè)電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.2.1 目標(biāo)電路要求5</p><p>　　3.2.2 電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.3 毫伏表

8、電路設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.3.1 目標(biāo)電路要求6</p><p>　　3.3.2 電路設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.4 直流穩(wěn)壓電路7</p><p>　　3.4.1 目標(biāo)電路要求7</p><p>　　3.4.2 電路設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.5 設(shè)計(jì)整體電路圖

9、8</p><p>　　3.6 EWB仿真數(shù)據(jù)分析9</p><p>　　3.6.1 仿真數(shù)據(jù)9</p><p>　　3.6.2 數(shù)據(jù)分析9</p><p>　　3.6.3 仿真截圖10</p><p>　　第4章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)11</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)12

10、</b></p><p>　　附錄I 電路原理圖13</p><p>　　附錄Ⅱ 設(shè)備清單14</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　世界上第一個(gè)集成運(yùn)算放大器于1964年由美國(guó)仙童公司研制，其型號(hào)為uA702，自此，集成運(yùn)算放大器在電子行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，目前它已成為線性集成電路中

11、品種和數(shù)量最多的一類。</p><p>　　國(guó)標(biāo)統(tǒng)一命名法規(guī)定，集成運(yùn)算放大器各個(gè)品種的型號(hào)有字母和阿拉伯?dāng)?shù)字兩大部分組成。字母在首部，統(tǒng)一采用CF兩個(gè)字母，C表示國(guó)標(biāo)，F(xiàn)表示線性放大器，其后的數(shù)字表示集成運(yùn)算放大器的類型。</p><p>　　按照集成運(yùn)算放大器的參數(shù)分類，可以分為通用型運(yùn)算放大器、高陽(yáng)型運(yùn)算放大器、低溫漂型運(yùn)算放大器、高速型運(yùn)算放大器、低功耗型運(yùn)算放大器和高壓大功率型運(yùn)

12、算放大器六類。</p><p>　　集成運(yùn)算放大器有兩個(gè)電源接線端+Vcc和-Vee，但有不同的電源供給方式。電源的供電方式分為對(duì)稱雙電源供電方式和單電源供電方式。運(yùn)放多采用雙電源對(duì)稱供電方式。其接法為：相對(duì)于公共端（地）的正電源（+E）與負(fù)電源（-E）分別接于運(yùn)放的+VCC和-VEE管腳上。在這種方式下,可把信號(hào)源直接接到運(yùn)放的輸入腳上,而輸出電壓的振幅可達(dá)正負(fù)對(duì)稱電源電壓。單電源供電是將運(yùn)放的-VEE管腳連接

13、到地上。</p><p>　　此外，運(yùn)放在使用之前需要調(diào)零。由于集成運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的影響，當(dāng)運(yùn)算放大器組成的線性電路輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出往往不等于零。為了提高電路的運(yùn)算精度，要求對(duì)失調(diào)電壓和失調(diào)電流造成的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，這就是運(yùn)算放大器的調(diào)零。常用的調(diào)零方法有內(nèi)部調(diào)零和外部調(diào)零，而對(duì)于沒(méi)有內(nèi)部調(diào)零端子的集成運(yùn)放，要采用外部調(diào)零方法。</p><p>　　以上內(nèi)容即集成運(yùn)算放

14、大器的發(fā)展歷史及特性分類，在本文中，將作為設(shè)計(jì)集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀的基礎(chǔ)知識(shí)。</p><p>　　集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀設(shè)計(jì)方案論證</p><p>　　集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀應(yīng)用意義</p><p>　　本次設(shè)計(jì)主要是綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀，并在實(shí)踐的基本技能方面進(jìn)行一次系統(tǒng)的訓(xùn)練。能夠較全面地鞏固和應(yīng)用模擬電子電路課程中所學(xué)的基

15、本理論和基本方法，并初步掌握簡(jiǎn)單模擬電路設(shè)計(jì)的基本方法。</p><p>　　應(yīng)用場(chǎng)合: 集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀主要適用于運(yùn)算放大器制造廠商對(duì)所生產(chǎn)運(yùn)算放大器性能的檢測(cè)。</p><p>　　系統(tǒng)功能介紹:集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀可以直觀的、方便的看出運(yùn)算放大器的電壓增益情況，從而判斷運(yùn)算放大器性能的好壞。</p><p>　　集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀設(shè)計(jì)方案論證

16、</p><p>　　設(shè)計(jì)測(cè)試集成運(yùn)放的好壞，本實(shí)驗(yàn)的思路是將該被測(cè)的集成運(yùn)放接成電壓跟隨器，在輸入端接入標(biāo)準(zhǔn)的正弦信號(hào)，將雙蹤示波器的CH1端口接在輸入端，CH2口接在輸出端，觀察兩端口所產(chǎn)生的波形幅值大小變化，若CH2口波形幅值明顯大于CH1口波形幅值，則表示運(yùn)放正常，否則，損壞。利用這一直觀的方法，可方便地判斷運(yùn)放的好壞。為實(shí)現(xiàn)這一目的，設(shè)計(jì)電路中還應(yīng)含有正弦信號(hào)產(chǎn)生電路，而且還需要設(shè)計(jì)毫伏表電路用以對(duì)被測(cè)

17、運(yùn)放輸出信號(hào)的電壓值進(jìn)行測(cè)量。故該實(shí)驗(yàn)包括四部分：正弦波振蕩電路，集成運(yùn)放檢測(cè)電路（即電壓跟隨器），毫伏表電路，直流穩(wěn)壓電源。</p><p>　　總體設(shè)計(jì)方案圖及分析</p><p>　　圖2.1 總體設(shè)計(jì)方案圖</p><p><b>　　設(shè)計(jì)分析：</b></p><p>　　電路由正弦波震蕩電路產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)，加到

18、被測(cè)試運(yùn)放的輸入端，在出輸出端用示波器測(cè)試輸入輸出信號(hào)的幅度，從而判斷是否放大信號(hào)。此外，毫伏表電路也作為檢測(cè)電路。因?yàn)楹练黼娐房梢詫㈦妷盒盘?hào)用電流信號(hào)表示，故毫伏表電路通過(guò)比較電流大小來(lái)判斷電壓大小。直流穩(wěn)壓電源為整個(gè)系統(tǒng)供電。</p><p><b>　　單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　正弦波發(fā)生信號(hào)設(shè)計(jì)</b></

19、p><p><b>　　目標(biāo)電路要求</b></p><p>　　正弦信號(hào)發(fā)生電路要求產(chǎn)生頻率為1000Hz的正弦交流電，其幅值為1V，該信號(hào)將作為被檢測(cè)運(yùn)放的輸入信號(hào)。</p><p><b>　　電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　該電路應(yīng)用普通的μA741運(yùn)算放大器和RC文氏電橋振蕩器產(chǎn)生100

20、0Hz正弦波輸出。調(diào)節(jié)100kΩ電位器使電路起振，而電路的振蕩頻率由R1，R2和C1，C2確定，且一般情況下，這兩個(gè)電阻和電容都相等，其振蕩頻率與阻值成反比。振蕩頻率為：</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　電路圖如圖3.1正弦信號(hào)發(fā)生電路所示。</p><p>　　圖3.1 正弦信號(hào)發(fā)生電路</p>

21、<p><b>　　參數(shù)計(jì)算：</b></p><p>　　根據(jù)公式（3.1），電阻R1、R2阻值選為10KΩ，則電容為應(yīng)為：</p><p>　　考慮實(shí)際電容參數(shù)，故C1、C2選擇10nF的電容。</p><p>　　集成運(yùn)放檢測(cè)電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目標(biāo)電路要求</b&g

22、t;</p><p>　　檢測(cè)電路是該設(shè)計(jì)的核心部分，思路為：使用運(yùn)放741作為被測(cè)試運(yùn)放，分別將雙蹤示波器的CH1口和CH2口與運(yùn)放741的輸入端和輸出端相連，即可在示波器上同時(shí)得到輸入輸出信號(hào)的波形，從而判斷該被測(cè)試運(yùn)放的增益性能好壞。</p><p><b>　　電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　運(yùn)放由雙電源供電，反相端接正弦信號(hào)發(fā)生

23、電路，同相端接一個(gè)限流電阻，保護(hù)運(yùn)放，輸出端與雙蹤示波器相連，其電路圖如圖3.2</p><p>　　圖3.2 集成運(yùn)算放大器測(cè)試電路</p><p><b>　　參數(shù)計(jì)算：</b></p><p>　　R1為保護(hù)運(yùn)放的限流電阻，運(yùn)放741允許功耗為500mW，可選擇在1~5kΩ，在此選擇3.3kΩ。</p><p>&

24、lt;b>　　毫伏表電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　目標(biāo)電路要求</b></p><p>　　毫伏表電路可將輸入電壓用電流值等比表示，因此，在毫伏表輸出端的電流值可以等效代替輸入電壓值。</p><p><b>　　電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　毫伏表電路使用

25、運(yùn)放741，萬(wàn)能表電流檔，將Vi端輸入的電壓信號(hào)（被檢測(cè)運(yùn)放放大后的輸出信號(hào)）轉(zhuǎn)換成電流表的電流數(shù)據(jù)。運(yùn)放741采用雙電源供電，同相端加輸入電塔，6口輸出。其電路如圖3.3毫伏表電路所示。</p><p>　　圖3.3 毫伏表電路</p><p><b>　　∵Vi=Vn=Vp</b></p><p><b>　　In=Ip=0<

26、;/b></p><p><b>　　∴I=Vi/R2</b></p><p>　　即將輸入電壓用輸出電流表示。</p><p><b>　　參數(shù)計(jì)算：</b></p><p>　　R1、R2為限流電阻，由3.1參數(shù)計(jì)算得，1kΩ即可。</p><p><b>

27、;　　直流穩(wěn)壓電路</b></p><p><b>　　目標(biāo)電路要求</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源分為電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四個(gè)部分。是將交流信號(hào)轉(zhuǎn)化成直流信號(hào)的一種電路，從而為運(yùn)放供電。</p><p><b>　　電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　通

28、過(guò)220V，50Hz交流電供電，經(jīng)變壓器降壓后，鎮(zhèn)流橋鎮(zhèn)流，最終在輸出端產(chǎn)生一個(gè)幅值在12V左右的直流穩(wěn)壓電源。電路圖如圖3.4直流穩(wěn)壓電源電路所示。</p><p>　　圖3.4 直流穩(wěn)壓電源電路</p><p><b>　　設(shè)計(jì)整體電路圖</b></p><p>　　如圖3.5整體電路圖所示。</p><p>　　圖

29、3.5 整體電路圖</p><p><b>　　EWB仿真數(shù)據(jù)分析</b></p><p><b>　　仿真數(shù)據(jù)</b></p><p>　　首先將要列出各設(shè)備所測(cè)得的參數(shù)如表3.1 仿真數(shù)據(jù)</p><p><b>　　表3.1 仿真數(shù)據(jù)</b></p><

30、;p><b>　　數(shù)據(jù)分析</b></p><p>　　示波器1用以檢測(cè)產(chǎn)生正弦信號(hào)的穩(wěn)定性，示波器2的A口接運(yùn)放輸出端，B口接輸入端，數(shù)據(jù)顯示，示波器2B口與示波器1口數(shù)據(jù)相同，即正弦信號(hào)穩(wěn)定加到運(yùn)放輸入端。Av=Vcha/Vchb=14.097/3.172=4.44。故該運(yùn)放成功放大了信號(hào)，運(yùn)放正常。</p><p>　　毫伏表電路也可用于檢測(cè)信號(hào)是否放大。

31、電流表1測(cè)得運(yùn)放輸出輸出信號(hào)Vo在毫伏表電路中產(chǎn)生的電流Ia=25.02mA，同理Ib=28.77uA。由3.3可知，電壓越大，對(duì)應(yīng)電流越大，故該運(yùn)放正常放大。</p><p><b>　　仿真截圖</b></p><p><b>　　示波器1信號(hào)：</b></p><p><b>　　示波器2信號(hào)：</b

32、></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)題目為“集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)易測(cè)試儀”。在設(shè)計(jì)初期，將整體電路模塊化、單元化，分割成各個(gè)組成單元，如此設(shè)計(jì)能使設(shè)計(jì)更具條理，思路更加清晰。</p><p>　　此外，除了理論的分析與規(guī)劃之外，在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，還采用了EWB軟件仿真，模擬整體電路的運(yùn)行，將理

33、論與實(shí)踐相結(jié)合。所設(shè)計(jì)的電路基本滿足簡(jiǎn)單測(cè)試集成運(yùn)算放大器的要求。</p><p>　　但在設(shè)計(jì)過(guò)程中，仍然存在一些問(wèn)題，諸如如何使設(shè)計(jì)電路更加簡(jiǎn)潔，如何更省材，如何簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)思路，依然是日后課程設(shè)計(jì)，實(shí)際操作過(guò)程中所要改進(jìn)的地方。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 易明銚，集成運(yùn)算放大器分析與設(shè)計(jì)，北京：

34、科學(xué)出版社，1983:43-85</p><p>　　[2] 林萌森，集成運(yùn)算放大器的使用技巧和應(yīng)用，人民郵電出版社，1990:11-21</p><p>　　[3] 解月珍，信號(hào)產(chǎn)生電路，電子工業(yè)出版社，53-58</p><p>　　[4] 李良榮，EWB9電子設(shè)計(jì)技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[5] 康華光，電子技