集成运算放大器.docx

目 录第1章 集成运算放大器简易测试仪设计方案论证 .1 1.1 集成运算放大器测试仪的意义 1 1.2 集成运算放大器测试仪的要求及技术指标 1 1.3 设计方案论证 1 1.4 总体设计方案框图及分析 2第2章 集成运算放大器简易测试仪测试个单元电路设计 3 2.1 直流稳压电路 .3 2.2 正弦波产生电路 .4 2.3集成电路运算放大器.6第3章 集成运算放大器简易测试仪整体电路设计 .7 3.1 整体电路图 .7 3.2电路参数计算 7第4章 设计总结 .9 参考文献9 元件表10第1章 集成运算放大器简易测试仪设计方案论证1.1 集成运算放大器测试仪的意义集成运算放大器是一种高电压增益、高输入阻抗的多级直流放大器，具有性能稳定、可靠性高和耗电量少等优点在静谧测量、自动控制、医疗电子仪器等等中得到广泛应用。但在现在场进行中，因放大器本身质量问题故障比较多，严重影响了正常生产。因此，为了保证正常运行我们制作集成运算放大器简易测试仪，来识别放大器的好坏。1.2 集成运算放大器测试仪的要求及技术指标设计任务：设计一种集成运算放大器简易测试仪，能用于判断集成运放放大功能的好坏。设计本测试仪所需的直流稳压电源。功能要求：设计中应含有信号产生电路。电路中应含有测试用毫伏表电路。电路具有判断运放功能好坏的功能。设计要求：1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。1.3 设计方案论证测试集成运算放大器放大功能的好坏，可以采用交流放大法，电路图(1.3)被测运放A接成反相比例放大器，其闭环增益Av=-Rf/R1，若取Rf=1k，R1=100，则计算值Av=-10。当输入信号为100mv时，其输出幅度应为1V左右，如果输出的幅度偏小或者没有输出，那么说明运放性能不好或者已经损坏。所以，在这个过程中我们还需要有产生正弦波信号v1的波形产生电路，而且还需要一台交流毫伏表用于对被测运放输出信号电压进行计量。图1.3 1.4 总体设计方案框图及分析测试仪原理框图(图1.4) 直流稳压电源被测放大器交流毫伏表正弦波产生器图1.4（1） 正弦波产生器可采用文氏电桥正弦波振荡电路或者RC移相式正弦波信号产生电路。例如，采用三节RC网络和运算放大器构成RC移相式正弦波产生电路，将双向稳压管接于反馈支路起稳幅作用，可获得一定频率，度稳定，失真较小的正弦波输出。（2）毫伏表可用集成运放、整流电桥和电流表组成，使流过电流表的电流值正比于输入电压值，其原理电路如图（1.4）毫伏表输入信号通过阻容耦合。电阻可用开关S改变不同档次加到集成运放的同相输入端，其输出信号通过整流电桥、电流表反馈到反相输入端，整流二极管和电流表的电阻可等效为反馈电阻Rf0。由于运放开环增益很高，输入电阻很大，则其同向端电压与反向端电压近似相等，流过Rf0的电流等于流过R0的电流，则得If0=V1/R0。可见流过表头的电流If0与V1成正比，且与Rf0无关，因此可构成线性良好的交流毫伏表。R0可用电位器Rw代替，用来调整表头满量程。（3）直流稳压电源：要求有正负15V两路电压输出，可采用跟踪式正负输出集成稳压器SW1568，该稳压器具有正负15V对称输出电压，每路电流大于50mA，并有过流保护电路。第2章 集成运算放大器简易测试仪测试个单元电路设计2.1 正弦波产生电路1RC选频网络的特性如图2.1所示，是一个RC串并联网络。它具有选频特性，若在网络的两端加上正弦交流信号u，则在网络中可输出电压u，则该网络的传输系数F=u/u，根据RC串并联阻抗的特点可得=式中当RC=1/W即W=W0=1/RC时F=1/3为最大值，而且传输系数为实数即u与u同相，此时输入信号u的频率称为中心频率fo，fo=Wo/2v。显然，在此频率信号下输出电压幅度最大，而且与同相，说明网络具有选频特性。选频网络的特点是适用于较低频率的信号，一般用于频率固定而且稳定性要求不高的电路里。桥式振荡器如图2.1所示，该电路有运算放大器和选频网络构成。电路中还有一条负反馈网络，由2和构成，这样由RC串联电路，RC并联电路，R2和R1支路四条支路分别构成了电桥的四个桥臂，因此该电桥也叫文氏电桥振荡电路。图2.12.2集成电路运算放大器集成电路运算放大器是一种高电压增益，高输入阻抗和低输入电阻的多级直接耦合放大电路，它的类型很多，电路也不一样。但结构具有相同之处。图2.2表示集成运放的内部电路组成原理框图。图中输入级一般是由BJT，JFET或MOSFET组成的差分式放大电路，利用它的对称性可以提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能，它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。电压放大级的作用是提高电压增益，它可由一级或多级放大电路组成，输出级一般由电压跟随器或互补电压跟随器组成以降低输出电阻，提高带负载能力，偏置电路是为各级提供合适的工作电流。一个简单的运算放大器原理电路如图2.2所示，T1，T2对管组成差分式放大电路，信号由双端输入，单端输出为了提高整个电路的电压增益，电压放大级由T3，T4组成复合管共射级电路，由T5，T6所组成的两级电压跟随器构成电路的输出级，它不仅可以提高带负载能力，而且还可以进一步使直流电位下降，已达到输入信号电压Vid=Vi1-Vi2为零时，输出电压Vo=0，R7和D组成低电压稳压电路以供给Ta的基准电压它和Ta一起构成电流源来提高T5的电压跟随能力，当输入信号电压Vic从反相端输入时（Vi2=0）。各级输出端的瞬间电位极性为：Vi2（+）-Vo2（-）-Vb6-Vo（-），则输出信号电压Vo与Vi1反相，同理当输入信号电压从同相端输入Vi2（Vi10）时，可以检验输出电压Voy与Vi2同相图2.22.3直流稳压电源1直流稳压电源结构图和稳压过程示意图图2.3 2整流电路 滤波电路主要用于滤去整流输出电压中的波纹，一般由储能元件构成，利用储能元件减小输出波纹中的脉动成分把不均匀的向负载供电变成连续平滑的供电，即保留直流分量，滤去交流分量。2） 滤波电路滤波电路主要用于滤去整流输出电压中的波形，中心原件为电容，电容愈大，负载电阻愈大，时间常数=RC越大，滤波后输出电压越平滑，其平均值就越大。稳压电路与输出端并联一个稳压二极管以稳定输出电压第3章 集成运算放大器简易测试仪整体电路设计3.1整体电路图3.2电路参数设计1)输入失调电压Uio的测量 由于运算放大器的输入级电路参数不可能绝对对称，所以当输入信号为零时，其输出电压并不为零，这就是失调电压。将该电压折算为输入端电压，及输入失调电压，其数值通常为毫伏级。 电路如图4-1右上角所示，闭合开关S1、S2，用毫伏表的直流档测量输出电压，记为U1，则Uio=2）输入失调电流Iio的测量输入失调电流是指输出端为零电平时，两输入端基极电流的差值，即Iio=|Ib1-Ib2|。测量电路如图4-1右上角部分，将S1、S2断开，用毫伏表的直流档测量输出电压U1，去除失调电压的影响，再折算到输入端，即可得到输入失调电流Iio：3)开环电压放大倍数Au的测量开环电压放大倍数是指运算放大器没有反馈时的差模电压放大倍数。测试电路为图4-1将开关K打到B时的电路。R13为反馈电阻，通过隔至电容和电阻R15构成闭环工作状态，同时与R14、R16构成直流负反馈，减少了输出端电压漂移。由图可知4）共模抑制比KcmrD的测量 运算放大器的Kcmr等于放大器的差模电压放大倍数Ad与共模放大倍数Ac之比，计算公式为测试电路为图4-1开关K接A时的电路，运算放大器工作在闭环状态，对差模信号的电压放大倍数Aud=,对共模信号的电压放大倍数Auc=,所以可得Kcmr=20lg（）。为保证以上各项参数的测试有效的误差，应注意：1测试电路中所用电阻的阻值误差比较小，一般要求不超过0.1%，对于在电路中需要互配的电阻，必须精密匹配，其相对精度优于0.01%。2被测运算放大器在测试时先接上规定的补偿元件，如消振电容，平衡元件等，否则将会产生振荡或不平衡，造成测量误差。第4章 设计总结这是我第一次做课程设计，多少有一些不知所措，也感觉有一些难度。在搜集资料的过程中发现自己在学习过程中有很多的不足，并不断的完善自我，培养了自己独立自主的学习能力与创造能力，使我了解了很多关于模拟电路的知识，开阔了视野，第一次把所学的知识运用到了实际，对所学课本上的知识进一步的加深和巩固，也让我对课程的学习更加感兴趣，在以后的学习生活中我会以积极的心态去迎接每一次新的挑战！参考文献康华光，电子技术基础，第五版，高等教育出版社。孟贵华，电子元器件选