課程設(shè)計--集成運算放大器簡易測試儀

1、<p>　　模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 課程設(shè)計（論文）</p><p>　　題目： 集成運算放大器簡易測試儀</p><p>　　院（系）： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　學(xué)

2、生姓名： </p><p>　　課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語</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>　　集成運算放大器簡易測試儀是一種對集成運算放大器性能好壞評判

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

4、器采用LM741型號，通用型運算放大器。該運放采用了有源負載，工作點穩(wěn)定，不易自激，而且設(shè)計了完善的保護電路，不易損壞。</p><p>　　集成運算放大器（Integrated Operational Amplifier），是由多級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輸出電壓亦為零的特點，適用于正，負兩種極性信號的輸入

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

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

7、生信號設(shè)計4</p><p>　　3.1.1 目標電路要求4</p><p>　　3.1.2 電路設(shè)計4</p><p>　　3.2 集成運放檢測電路設(shè)計5</p><p>　　3.2.1 目標電路要求5</p><p>　　3.2.2 電路設(shè)計5</p><p>　　3.3 毫伏表

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

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)計總結(jié)11</p><p><b>　　參考文獻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>　　世界上第一個集成運算放大器于1964年由美國仙童公司研制，其型號為uA702，自此，集成運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>　　國標統(tǒng)一命名法規(guī)定，集成運算放大器各個品種的型號有字母和阿拉伯數(shù)字兩大部分組成。字母在首部，統(tǒng)一采用CF兩個字母，C表示國標，F(xiàn)表示線性放大器，其后的數(shù)字表示集成運算放大器的類型。</p><p>　　按照集成運算放大器的參數(shù)分類，可以分為通用型運算放大器、高陽型運算放大器、低溫漂型運算放大器、高速型運算放大器、低功耗型運算放大器和高壓大功率型運

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

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

14、大器的發(fā)展歷史及特性分類，在本文中，將作為設(shè)計集成運算放大器簡易測試儀的基礎(chǔ)知識。</p><p>　　集成運算放大器簡易測試儀設(shè)計方案論證</p><p>　　集成運算放大器簡易測試儀應(yīng)用意義</p><p>　　本次設(shè)計主要是綜合應(yīng)用所學(xué)知識，設(shè)計集成運算放大器簡易測試儀，并在實踐的基本技能方面進行一次系統(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，并初步掌握簡單模擬電路設(shè)計的基本方法。</p><p>　　應(yīng)用場合: 集成運算放大器簡易測試儀主要適用于運算放大器制造廠商對所生產(chǎn)運算放大器性能的檢測。</p><p>　　系統(tǒng)功能介紹:集成運算放大器簡易測試儀可以直觀的、方便的看出運算放大器的電壓增益情況，從而判斷運算放大器性能的好壞。</p><p>　　集成運算放大器簡易測試儀設(shè)計方案論證

16、</p><p>　　設(shè)計測試集成運放的好壞，本實驗的思路是將該被測的集成運放接成電壓跟隨器，在輸入端接入標準的正弦信號，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，則表示運放正常，否則，損壞。利用這一直觀的方法，可方便地判斷運放的好壞。為實現(xiàn)這一目的，設(shè)計電路中還應(yīng)含有正弦信號產(chǎn)生電路，而且還需要設(shè)計毫伏表電路用以對被測

17、運放輸出信號的電壓值進行測量。故該實驗包括四部分：正弦波振蕩電路，集成運放檢測電路（即電壓跟隨器），毫伏表電路，直流穩(wěn)壓電源。</p><p>　　總體設(shè)計方案圖及分析</p><p>　　圖2.1 總體設(shè)計方案圖</p><p><b>　　設(shè)計分析：</b></p><p>　　電路由正弦波震蕩電路產(chǎn)生測試信號，加到

18、被測試運放的輸入端，在出輸出端用示波器測試輸入輸出信號的幅度，從而判斷是否放大信號。此外，毫伏表電路也作為檢測電路。因為毫伏表電路可以將電壓信號用電流信號表示，故毫伏表電路通過比較電流大小來判斷電壓大小。直流穩(wěn)壓電源為整個系統(tǒng)供電。</p><p><b>　　單元電路設(shè)計</b></p><p><b>　　正弦波發(fā)生信號設(shè)計</b></

19、p><p><b>　　目標電路要求</b></p><p>　　正弦信號發(fā)生電路要求產(chǎn)生頻率為1000Hz的正弦交流電，其幅值為1V，該信號將作為被檢測運放的輸入信號。</p><p><b>　　電路設(shè)計</b></p><p>　　該電路應(yīng)用普通的μA741運算放大器和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正弦信號發(fā)生電路所示。</p><p>　　圖3.1 正弦信號發(fā)生電路</p>

21、<p><b>　　參數(shù)計算：</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>　　考慮實際電容參數(shù)，故C1、C2選擇10nF的電容。</p><p>　　集成運放檢測電路設(shè)計</p><p><b>　　目標電路要求</b&g

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

23、電路，同相端接一個限流電阻，保護運放，輸出端與雙蹤示波器相連，其電路圖如圖3.2</p><p>　　圖3.2 集成運算放大器測試電路</p><p><b>　　參數(shù)計算：</b></p><p>　　R1為保護運放的限流電阻，運放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</b></p><p><b>　　目標電路要求</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</b></p><p>　　毫伏表電路使用

25、運放741，萬能表電流檔，將Vi端輸入的電壓信號（被檢測運放放大后的輸出信號）轉(zhuǎn)換成電流表的電流數(shù)據(jù)。運放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)計算：</b></p><p>　　R1、R2為限流電阻，由3.1參數(shù)計算得，1kΩ即可。</p><p><b>

27、;　　直流穩(wěn)壓電路</b></p><p><b>　　目標電路要求</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)壓電路四個部分。是將交流信號轉(zhuǎn)化成直流信號的一種電路，從而為運放供電。</p><p><b>　　電路設(shè)計</b></p><p>　　通

28、過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用以檢測產(chǎn)生正弦信號的穩(wěn)定性，示波器2的A口接運放輸出端，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，即正弦信號穩(wěn)定加到運放輸入端。Av=Vcha/Vchb=14.097/3.172=4.44。故該運放成功放大了信號，運放正常。</p><p>　　毫伏表電路也可用于檢測信號是否放大。

31、電流表1測得運放輸出輸出信號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，對應(yīng)電流越大，故該運放正常放大。</p><p><b>　　仿真截圖</b></p><p><b>　　示波器1信號：</b></p><p><b>　　示波器2信號：</b

32、></p><p><b>　　課程設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計題目為“集成運算放大器簡易測試儀”。在設(shè)計初期，將整體電路模塊化、單元化，分割成各個組成單元，如此設(shè)計能使設(shè)計更具條理，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)計過程中，還采用了EWB軟件仿真，模擬整體電路的運行，將理

33、論與實踐相結(jié)合。所設(shè)計的電路基本滿足簡單測試集成運算放大器的要求。</p><p>　　但在設(shè)計過程中，仍然存在一些問題，諸如如何使設(shè)計電路更加簡潔，如何更省材，如何簡化設(shè)計思路，依然是日后課程設(shè)計，實際操作過程中所要改進的地方。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 易明銚，集成運算放大器分析與設(shè)計，北京：

34、科學(xué)出版社，1983:43-85</p><p>　　[2] 林萌森，集成運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)計技術(shù)，機械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[5] 康華光，電子技