集成运算放大器简易测试仪

1、辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 模拟电子技术基础模拟电子技术基础课程设计（论文）课程设计（论文）题目：题目：集成运算放大器简易测试仪集成运算放大器简易测试仪院（系）：院（系）： 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： （签字）起止时间：起止时间： 2014.6.30-2014.7.112014.6.30-2014.7.11 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 （论文）本科生课程设计（论文）课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室： 电子信息工程学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目

2、集成运算放大器简易测试仪集成运算放大器简易测试仪课程设计（论文）任务设计参数：设计参数：（1）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。（2）设计本测试仪所需的直流稳压电源。（3）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。（4）电路具有判断运放功能好坏的功能。设计要求：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

3、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。进度计划第 1 天：集中学习；第 2 天：收集资料；第 3 天：方案论证；第 4 天：选择器件进行单元电路设计；第 5 天：单元电路设计及仿真；第 6 天：整体电路设计并仿真；第 7 天：电路焊接制板；第 8 天：焊接调试；第 9 天：完善设计；第10 天：答辩。指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日本科生课程设计（论文）注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20%

4、以百分制计算本科生课程设计（论文）摘 要集成运算放大器简易测试仪应用集成运算放大器的放大功能，通过测试被测运放的输出与输入电压，算出增益，并与电路理论增益对比，如果没有太大的差别，就可以证明被测运放的好坏，并且还可以用毫伏表电路，将电压用电流通过万用表电流档表示出来。设计由 RC 振荡电路、直流稳压电源（在实物与仿真中都由 Vcc 和 Vee 代替） 、毫伏表电路与测试电路，共四个单分电路组成。其中信号产生由 RC 正当电路产生，输出 1kHZ 的正弦交流信号，整个电路的电源由直流稳压电源电路提供12V 电压，两个毫伏表电路将电压转化为电流，由万用表电流档表示出来，最后输入信号输入测试电路。经

5、过 Multisim 软件仿真，验证了被测运放的放大功能，证明该运放的好坏，基本满足设计要求。经过焊接调试后，实测数据与仿真结果基本一致，设计基本达到预期要求。关键词：集成运算放大器；焊接；增益；测试运放本科生课程设计（论文）目 录第 1 章 绪论 .11.1 集成运算放大器概况 .11.2 本文研究内容 .1第 2 章 简易测试仪电路设计 .22.1 集成运算放大器简易测试仪总体设计方案.22.2 具体电路设计.32.2.1 RC 正弦波振荡电路设计.32.2.2 直流稳压电源设计.32.2.3 毫伏表电路设计.42.2.4 集成运算放大器测试电路设计.42.3 总设计图及分析.52.4 元

6、器件型号选择.62.5 MULTISIM仿真、数据分析.62.6 焊接调试与实物测试.7第 3 章 课程设计总结 .10参考文献 .11元器件清单 .12本科生课程设计（论文）1第 1 章 绪论1.1 集成运算放大器概况集成运算放大器是具有高放大倍数的集成电路。它的内部是直接耦合的多级放大器，整个电路可分为输入级、中间级、输出级三部分。输入级采用差分放大电路以消除零点漂移和抑制干扰；中间级一般采用共发射极电路，以获得足够高的电压增益；输出级一般采用互补对称功放电路，以输出足够大的电压和电流，其输出电阻小，负载能力强。目前应用最广泛的是电压型集成运算放大器，它是一种高放大倍数的直接耦合放大器。在

7、该集成电路的输入与输出之间接入不同的反馈网络，可实现不同的用途。例如，可方地实现信号放大、信号运算、信号处理（滤波与调制）以及波形的产生和变换。它具有性能稳定可靠性高和耗电量少等优点在精密测量自动控制医疗电子仪器等等中得到广泛应用。但在现场运行中，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 本文研究内容本文研究的是测试集成运算放大器电路，要求具有检测输入输出信号电压的功能，并且能够用电流表示电压。本文工作如下：（1）分析设计要求，明确性能指标。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

8、种总体方案后进行方案对比，选择合适方案。（2）根据确定的总体方案设计各单元电路：将总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。（3）组成系统，在 Multisim 上画出设计图，进行仿真，根据仿真结果确定最终电路图。（4）根据确定的电路图焊接实物，之后根据任务要求及仿真结果进行调试，使最终结果与仿真结果达到基本一致，设计基本达到预期要求。本科生课程设计（论文）2第 2 章 简易测试仪电路设计2.1 集成运算放大器简易测试仪总体设计方案方案分析：方案一：通过测量动态范围：如果正负电压都可以输出就是好的运放；测失调电压：通常好的运放失调电压低于 50mv；方案二：若 Av=V2a/V2

9、b1 则运放正常：通过毫伏表电路检测运放的好坏，则是通过万用表 1 测出输入电流，同理用万用表测出输出电流，继而通过比较输入与输出端的电流变化来检测运放是否对输入输电压进行放大，继而检测运放好坏经过分析，决定选择方案二，因为方案二对精度的要求低，不会因为一些微小误差而产生错误的结论，提高了方案成功率。图 2.1 总体设计方案图方案二设计分析：电路由 RC 正弦波振荡电路产生测试信号，加到被测试运放的输入端，分别在输入端和输出端分别用示波器测试信号的幅度，从而判断是否放大信号。此外，毫伏表电路也作为检测电路。因为毫伏表电路可以将电压信号用电流信号表示，故毫伏表电路通过比较电流大小来判断电压大小,

10、而直流稳压电源为整个系统供电。本科生课程设计（论文）32.2 具体电路设计2.2.1 RC 正弦波振荡电路设计该电路应用普通的 a741 运算放大器和 RC 文氏电桥振荡器产生 1kHz 正弦波输出。调节 10k 电位器使电路起振，而电路的振荡频率由 R1，R2 和 C1，C2确定，且一般情况下，这两个电阻和电容都相等，其振荡频率与阻值成反比。图 2.2 RC 正弦波振荡电路本科生课程设计（论文）42.2.2 直流稳压电源设计通过 220V，50Hz 交流电供电，经变压器降压后，通过整流桥整流，滤波电容后最终在输出端产生一个幅值在12V 左右的直流稳压电源。电路图如图2.3。图 2.3 直流稳

11、压电源本电路输出的稳定直流电压为其它电路的运放提供工作电压。2.2.3 毫伏表电路设计毫伏表电路使用运放 741，万能表电流档将 Vi 端输入的电压信号（被检测运放放大后的输出信号）转换成电流表的电流数据。运放 741 采用双电源供电，同相端加输入电流，6 口输出。其电路如图 2.4。 图 2.4 毫伏表电路根据虚短、虚断：本科生课程设计（论文）5Vi=Vn=Vp In=Ip=0 I=Vi/R2根据上面的式子即可将电压用电流表示。2.2.4 集成运算放大器测试电路设计运放由双电源供电，反相端接正弦信号发生电路，同相端接一个限流电阻，保护运放，输出端与双踪示波器相连，其电路图如图 2.5。2.5

12、 集成运算放大器测试电路检测电路是该设计的核心部分，思路为：使用运放 LM324AD 作为被测试运放，分别将双踪示波器的 CH1 和 CH2 与运放 LM324AD 的输入端和输出端相连，即可在示波器上同时得到输入输出信号的波形，从而判断该被测试运放的增益性能好坏。2.3 总设计图及分析本科生课程设计（论文）6图 2.6 总电路设计图图 2.6 为总电路设计图，考虑线路简洁等客观原因，故，将直流稳压电源输出的12V 电源在总线路图中分别用 VCC、VEE 代替。示波器 1 用以检查产生的正弦信号的稳定性，示波器 2 的 A 端接输出端，B端接输入端，通过对比 1A 和 2B 可知是否稳定输入

13、RC 振荡电路产生的信号，若1A=2B，则信号稳定加到运放输入端。同时，若 Av=V2a/V2b1 则运放正常：通过毫伏表电路检测运放的好坏，则是通过万用表 1 测出 Ia，同理用万用表 2 测出Ib，继而通过比较输入与输出端的电流变化来检测。2.4 元器件型号选择（1）RC 振荡电路中，根据 RC 振荡条件将选频网络电阻定为 10k，之后由于需要输出频率为 1kHZ，所以根据 RC 桥式振荡电路频率公式可知电容=1.06*10-8，但考虑实际电容参数，所以电容定为 10nf。（2）直流稳压电源电路中，通过查资料知：LM7812CT 与 LM7912CT 分别输出35v-15v 的电压之后就会

14、输出12v 左右的稳压直流电，所以通过和书上的电路图结合，产生现在的设计图。（3）毫伏表电路接地电阻为限流电阻，又通过 R=（Vo-Vi）/I 计算，知R=1000，又因为不需要放大，所以毫伏表电路电阻都为 1k。（4）测试电路中选择被测运放 LM324AD 的功耗为 570mw，所以选择限流电阻为3.3k。本科生课程设计（论文）72.5 Multisim 仿真、数据分析（1）如图 2.7 为双踪示波器 2 的仿真图像，其中绿色波行为被测运放的输出波形，红色波形为被测运放的输入波形。图 2.7 双踪示波器 2 仿真图通过比较二者波形及幅度可以知道被测运放的增益大约为 100，符合之前查到的资料

15、，故此运放为良好运放。（2）图 2.8 为毫伏表电路两块万用表示数，其中左边为输入端电流，右边为输出端电流本科生课程设计（论文）8图 2.8 毫伏表电路中万用表示数又因为，毫伏表电路的作用是用电流表示电压，故当电流越大时，代表电压越大，故由两块万用表数据可知，输入信号通过被测运放后产生了放大，故可知此运放为良好运放。2.6 焊接调试与实物测试图 2.9 实物图背面图 2.10 实物图正面图 2.9、图 2.10 为我所焊实物的的正背面，器件摆放为电路图的摆放顺序，不过 a741 运放和 LM324AD 集成运放都为集成式，分别是 8 引脚和 14 引脚，连接方式需要通过查询。本科生课程设计（论

16、文）9图 2.11 双踪示波器示数图 2.11 为总电路图中双踪示波器 2 的显示，可以通过屏幕右侧示数知道，结果被测运放后，输入信号被放大了大约 100 倍，与线路理论值相同。本科生课程设计（论文）10第 3 章 课程设计总结集成运算放大器简易测试仪应用集成运算放大器的放大功能，通过测试被测运放的输出与输入电压，算出增益，并与电路理论增益对比，如果没有太大的差别，就可以证明被测运放的好坏，并且还可以用毫伏表电路，将电压用电流通过万用表电流档表示出来。设计由 RC 振荡电路、直流稳压电源（在实物与仿真中都由 Vcc 和 Vee 代替） 、毫伏表电路与测试电路，共四个单分电路组成。其中信号产生由

17、 RC 正当电路产生，输出 1kHZ 的正弦交流信号，整个电路的电源由直流稳压电源电路提供12V 电压，两个毫伏表电路将电压转化为电流，由万用表电流档表示出来，最后输入信号输入测试电路。经过 Multisim 软件仿真，验证了被测运放的放大功能，证明该运放的好坏，基本满足设计要求。经过焊接调试后，实测数据与仿真结果基本一致，设计基本达到预期要求。但是在实物焊接的时候，同时遇到许多问题，比如元器件的不全，初学焊接而使自己受伤；并且无法将元器件焊道面板上；输入电压过大导致经过被测运放放大后将运放烧坏等等许多问题，甚至曾经将运放烧出液体并将自己的手指弄伤。虽然遇到了这么多的问题，但我都经过查资料、多

18、练习和问老师等途径将这些问题都一一的克服。虽然有些问题解决了，但是其实在焊接过程中的这些问题也让我知道一些问题，就是仿真和实物焊接是完全不同的两种东西，不能太过相信仿真，因为它是不会烧的。 本科生课程设计（论文）11参考文献1 康华光主编.电子技术基础（模拟部分）.第五版.北京：高等教育出版社,2005.2 华成英主编.模拟电子技术基本教程. 北京：清华大学出版社，2009.8.3 李杰等编著.电子技术基础.北京：清华大学出版社，2008.4 郑家龙主编.集成电子技术基础教程. 北京：高等教育出版社,2002.5 Altera 可编程逻辑器件及其应用.刘宝琴，译，北京：清华大学出版社，2004.6