LM324集成芯片内部电路分析与典型应用_模电研讨文

1、 Beijing Jiaotong University 模拟集成电路研讨LM324集成芯片内部电路分析与典型应用学 院：电子信息工程学院小组成员：指导教师：时 间：LM324集成芯片内部电路分析与典型应用摘 要LM324集成芯片内部构造由四运放构成，其优点相较于标准运算放大器而言，电源电压工作范围更宽，静态功耗更小，因此在生活中有着极为广泛的应用。LM324的四组运算放大器完全相同，除了共用工作电源外，四组器件完全独立。以其中一组运算放大器为例分析，其内部电路共由两级电路构成，其耦合方式为电容耦合，这使得两级电路的直流工作状态相互独立，互不影响。LM324的典型应用有滤波器的制作。带通滤波器

2、可由一高通滤波器与一低通滤波器级联而成，为了使电压放大倍数达到设计要求，可以改变接入电路电阻阻值来实现。关键词：LM324集成芯片;工作原理;滤波器目录摘 要3一、工作原理5二、典型应用电路设计多波形信号发生器7设计方案71.正弦波部分82. 方波部分93.三角波电路10三、总结12四、参考文献12一、工作原理LM324系列集成芯片为四个完全相同的运算放大器封装在一起的集成电路，该集成电路外部具有十四个管脚，分别包含八个输入端口、四个输出端口以及两个电压端口。如图1 所示，LM324常用的封装方式有两种：双列直插塑料封装（DIP封装方式）以及双列贴片式封装（SOP封装方式）。图2为LM324的

3、管脚连接图。除电源共用外，四组运放相互独立。由图可知：第1、7、8、14号管脚为输出管脚，分别对应四个运算放大器的输出端。第2、6、9、13号管脚为负输入端。第4、11两管脚连接工作电压。使用时，在4、11号管脚处分别接入正负工作电源（一般为或）将输入端高点平输入至正输入端，低电平输入至负输入端，此时在输出端便可得到经过同相放大的电压。若将正负端反接，则可在输出端得到经过反响放大的电压。与标准运算放大器相比，LM324这种差动输入方式的器件具有显著的优点。它的优点在于电源电压范围宽、静态功耗小、可采用单（双）电源方式使用，价格低廉。因此，LM324的应用在各种电路中。运算放大器内部的电路图如图

4、：图中，直流偏置电路有vt5.vt6.vt12.vt17等三极管组成，为各级放大电路的放大三极管三极管提供必要的静态电流；输入极vt1.vt2.vt3.vt4.vt8.vt9组成改进型公集-共射差分放大电路，双端输入，单端输出。其中vt8.vt9组成镜像电流源作为差分放大电路的有源负载，vt1.vt4和vt2.vt3分别构成两个对称的公集-共射差分放大电路。差分放大电路单端输出送到中间放大极q10管的基极。中间放大级是公集-共射多级级联放大电路 ，其中vt10.vt11三极管构成两级射极输出电路，是第二级输入电阻很大，从而提高了输入极的电压增益。Vt15构成一共射电路，进一步提高了放大能力输出

5、级在单电源供电下，vt19.vt20.构成两级公集放大电路。放大级vt15集电极端输出的信号送入vt19.vt20，同时送入vt21的发射极，vt17为vt19.vt20放大，输出经过电阻r2送入vt21的发射极，使vt21管截止。此时为了获得尽可能大的不是真输出电压，应是静态输出电压为工作电源电压的一半，一半通过在lm324的输入端加适量的偏执电压来实现。二、典型应用电路设计多波形信号发生器设计方案根据所学的知识，可以使用文氏桥的正反馈作用利用LM324自激震荡产生正弦波，再通过运算放大器可以构成滞回比较器、积分器，可以分别产生方波、三角波。依靠这些电路的组合，就可以制作成简易波形发生器电路

6、。该电路具有效率高、体积小、重量轻，输出稳定等特点。而且LM324集成运放芯片价格低廉，又很容易买到，可以降低电路的制作成本。根据要实现的功能，设计的电路系统框图如下图所示：电 源文氏桥自激振荡电路迟滞比较器积分器正弦波方波三角波系统采用±12V双电源供电，主体部分由LM324集成运放芯片构成的文氏桥振荡电路、滞回比较器、积分器电路组成。它由文氏桥自激振荡产生正弦波，正弦波经滞回比较器产生方波信号，方波信号经过积分器后产生三角波信号。1.正弦波部分正反馈网络的反馈电压Uf是同相比例运算电路的输入电压，因而要把同相比例运算电路作为整体看成电路放大电路，它的比例系数是电压放大倍数，根据起

7、振条件和幅值平衡条件有 R22R1 且振荡产生正弦波频率正弦波电路参数设计：由于RC桥式振荡的振荡频率是由RC网络决定的，因此选择RC的值时，应把已知的振荡频率作为主要依据。同时，为了使选频网络的特性不受集成放大器输入和输出电阻的影响，选择R时还应考虑R应该远远大于集成远放的输出电阻，并且要远远小于集成远放的输入电阻。根据已知条件，由fo =1/（2RC）可以计算电容的值，实际应用时要选择稳定性好的电阻和电容。R1和Rf的值可以由起振条件来确定，通常取Rf=2.1R1，这样可以保证起振又不会使输出波形严重失真。仿真结果：2. 方波部分正弦波到方波的转换采用的是迟滞比较器（避免扰动），从集成运放

8、输出端的限幅电路可以知道当Ui>0时，Uo=-12V，当Ui<0时，Uo=12V。由幅值是两伏与及市产的情况，选所以选Uz=±9的稳压管，作为迟滞比较器，R13越大，迟滞的阈值电压越大，这里选择100欧姆。 仿真结果：3.三角波电路由积分器原理可知，其中R4C4越小，积分的斜率越大。运放的反相端接基准电压，即U-=0，同相输入端接输入电压Uia，R6称为平衡电阻。比较器的输出Uo1的高电平等于正电源电压+Vcc，低电平等于负电源电压-Vee（|+Vcc|=|-Vee|）, 当比较器的U+=U-=0时，比较器翻转，输出Uo1从高电平跳到低电平-Vee,或者从低电平Vee跳到高电平Vcc。仿真结果：总电路总体仿真结果：由于LM324本身频率响应不好，所以方波的上升沿和下降沿时间都比较长。三、总结本系统LM324集成运放芯片，外加电阻、电容等元器件调整、滤波，构成简易波形发生器。该电路基本达到了竞赛题目中要求的各项任务和功能，并且具有一定的实用性。通过本次设计，加强了自己的理论水平，提高了自己的动手能力。在制作电路的过程