2014版全国大学生电子设计竞赛集成运放综合题最新论文.doc

2011年全国大学生电子设计竞赛综合测评题 第七组论文 参赛题目：集成运算放大器的应用 参赛学校：山东大学 参赛学院：信息科学与工程学院 参赛队员及联系方式：王伟行孙传真陈玲玲成运放的应用【摘要】集成运放是一种高增益直流放大、直流放大器既能放大变化极其缓慢的直流信号，下限频率可到零；又能放大交流信号，上限频率与普通放大器一样，受限于电路中的电容或电感等电抗性元器件。集成运放和外部反馈网络相配置后，能够在它的输出和输入之间建立起种种特定的函数关系，故而称它为“运算”放大器。本电路设计的基本目标：使用一片通用四运放芯片TL084组成预设的电路，电路包括三角波发生器、加法器、滤波器、比较器四个设计模块，每个模块均采用一个运放及一定数目的电容、电阻搭建，通过理论计算分析，最终实现规定的电路要求。【关键词】运算放大器TL084、加法器、滤波器、比较器一、设计任务使用一片通用四运放芯片TL084组成电路框图，实现下述功能:使用低频信号源产生ui1=0.1sin2f0t(V)，f0=500Hz的正弦波信号，加至加法器的输入端，加法器的另一输入端加入由自制振荡器产生的信号uo1，uo1如图1(b)所示，T1=0.5ms，允许T1有5%的误差。加法器要求输出电压ui2=10ui1+uo1。ui2经过选频滤波器滤除uo1频率分量，选出f0信号为uo2,uo2为峰峰值9V的正弦信号，用示波器观察无明显失真。uo2信号再经过比较器后在1k电阻负载上得到峰峰值为2V的输出电压uo3。电源要求只能选择+12V、+5V两种单电源，由稳压电源供给。不得用额外电源和其他型号的运算放大器。要求预留ui1、ui2、uo1、uo2和uo3的测试端子。2、 设计方案1. 单、双电源转换电路：2. 三角波发生器:根据模拟电子电路中单运放张弛振荡器设计电路，实现输出三角波频率为2kHz，幅值为2V。电阻电容参数值如上图所示。3. 加法器：使用反相比例放大器构成反相相加器，加法器输出ui2=10ui1+uo1，相关电阻电容参数如上图所示。4. 滤波器：设计有源带通滤波器，相关电阻电容参数如上图所示。5. 比较器：设计迟滞比较器，相关电阻电容参数如上图所示。3、 电路设计及理论分析1. 总电路图:2. 三角波发生器: 由要求可知，电路的输出波形应为三角波，幅值为2V，振荡周期为0.5ms。 电路振荡频率为 经过计算,=,3. 加法器： 加法器输入输出满足。根据“虚短”和“虚断”的原则，节点的电流方程为,所以输出的表达式为 计算得,4. 带通滤波器： 中心角频率： （) 取,有，中心频率增益 -3dB带宽因为需要滤去三角波成分，所以选取的带通滤波器的中心频率f0=500Hz，中心频率增益为9V，-3dB带宽为50Hz。计算得5. 滞回比较器：当集成运放的输出为+UOM时，通过正反馈支路加到同相输入端的电压为： 则同相输入端的合成电压为： = UH（上门限电压） （7） 当ui由小到大，达到或大于上门限电压UH 的时刻，输出电压uo才从+UOM跃变到-UOM，并保持不变。此时，通过正反馈支路加到同相输入端的电压为： 此时同相输入端的合成电压为： = UL（下门限电压） 四、电路仿真结果及分析使用Multisim仿真结果如下：1. 端口：9由上图可知，波形为三角波。Um=1.9V，f=2.05KHz，在5%误差范围内，且波形稳定，满足实验要求。2.端口由上图可知，三角波与正弦波相加时，无明显失真，与理论波形基本一致。Vpp=5.61V，f=2.09kHz。3.端口由上图可知，根据Multisim仿真经过带通滤波器后为正弦波，峰峰值为8.83V略小于9V理论值，频率为500Hz。4.端口由上图可知，由Multisim仿真得，经比较器后在1k负载上输出为峰峰值为2.1V，频率为504Hz的方波。五、电路实测结果及分析1.端口：如上图所示，三角波发生器产生输出波形为三角波。Vpp=3.92V，f=1.923KHz，在5%误差范围内，且波形稳定，满足设计要求。2.端口：如上图所示，加法器输出端实测与仿真波形基本一致。Vpp=5.92V, f=1.818kHz。3.端口：带通滤波器输出实测波形近似正弦波，Vpp=8.80V，f=500Hz，满足实验要求。4.端口：如上图所示，实测波形为方波，Vpp=2.16V，f=500Hz，满足实验要求。六、总结1、单电源转换成双电源 由于题目要求使用单电源供电，然而简单的采用单电源供电将会导致相关运放模块无法正常工作，因此需要将其以一定方式转换为双电源进行供电。2、模块与模块之间的相互影响 虽然单个模块运行成功，但是连接为整个的电路图时，各功能模块的波形会受到其他模块的影响，可在各模块之间加