集成運(yùn)放運(yùn)算電路設(shè)計(jì)

1.集成運(yùn)放運(yùn)算電路設(shè)計(jì)

2.設(shè)計(jì)一個(gè)積分運(yùn)算電路，用于將方波變換為正弦波，已知輸入方波的幅值為2V，周期為1ms。

本課設(shè)為將方波變換為正弦波，題目要求利用積分電路來設(shè)計(jì)電路，而積分電路只能將方波轉(zhuǎn)換為三角波，并不能直接將方波變換為正弦波。因此，還需要有其他電路將三角波轉(zhuǎn)換為正弦波。根據(jù)對(duì)題目的分析我們得到以下幾個(gè)方案：

方案一：方波——>（積分電路）三角波——>（有源低通濾波電路）正弦波；

方案二：方波——>（積分電路）三角波——>（差分放大器）正弦波

方案三：方波——>(積分電路)三角波——>（折線逼近法）正弦波

上述方案的優(yōu)缺點(diǎn):

優(yōu)點(diǎn):對(duì)于方案一所需元器件少，節(jié)約了成本，更重要的是利于焊接和調(diào)試;對(duì)于方案二可通過調(diào)零電位器使差分電路對(duì)稱；方案三不受輸入電壓頻率范圍的限制,便于集成化。

缺點(diǎn):方案一只適合固定頻率或者頻率變化很小的場合;方案二中所需元件較多,焊接與調(diào)試有一定難度；方案三的反饋網(wǎng)絡(luò)中電阻的匹配比較困難

此次設(shè)計(jì)我采用方案二，利用積分電路、差分放大電路的單端輸入和單端輸出和鏡像電流源來實(shí)現(xiàn)。

本系統(tǒng)主要分為3個(gè)單元模塊，它們分別是：積分電路、差分放大器電路和鏡像恒流源電路。各單元模塊功能及相關(guān)電路的具體說明如下。

該模塊主要是將方波通過積分電路轉(zhuǎn)換為三角波輸出。如圖1所示：集成運(yùn)放同相輸入端接電阻后接地，反相輸入端輸入方波，經(jīng)反饋電路中的電容積分，變?yōu)槿�角波后輸出。由積分運(yùn)算電路輸出函數(shù)：，將輸入信號(hào)進(jìn)行積分運(yùn)算得到一個(gè)三角波信號(hào)

該模塊由、和集成運(yùn)放構(gòu)成積分電路，方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為三角波輸出。積分電路可將矩形脈沖波轉(zhuǎn)換為鋸齒波或三角波,還可將鋸齒波轉(zhuǎn)換為拋物波。電路原理是基于電容的充放電原理，其中重要的是電路的時(shí)間常數(shù)RC，構(gòu)成積分電路的條件是電路的時(shí)間常數(shù)必須大于或等于10倍輸入波形的寬度。

圖1  積分電路模塊電路圖

由虛短知，反向輸入端的電壓與同向端相等，

由虛斷知，通過的電流與通過的電流相等。

通過的電流，

通過的電流；

所以，，即輸出電壓與輸入電壓對(duì)時(shí)間的積分成正比。

該模塊主要是將三角波轉(zhuǎn)換為正弦波。

該模塊由、、和以及、構(gòu)成單端輸入-單端輸出的差分式放大電路。根據(jù)差分式放大電路抑制共模信號(hào)，放大差模信號(hào)的特性，將一端接輸入三角波輸入，一端接地，輸出一個(gè)三角波。再利用差分放大器的非線性傳輸特性，使三角波波峰處于非線性區(qū)，可將波峰失真成圓頂，并通過差分放大器的對(duì)稱性，使信號(hào)上下都獲得相同的失真，最終得到一個(gè)正弦波。

圖2 差分放大器電路圖

、采用三極管2N222（），它與電阻、、及電位器共同組成差分放大器的基本電路。其中電容、分別為隔直電容和濾波電容，以消除諧波分量，改善輸出波形。

該模塊主要是用來調(diào)節(jié)差分放大器的Q點(diǎn)。

該模塊由、、構(gòu)成鏡像恒流源電路。通過調(diào)節(jié)電位器，使此電路產(chǎn)生的電流變化流入放大器，使其靜態(tài)工作點(diǎn)發(fā)生變化，從而使信號(hào)發(fā)生失真。

3.3.3模塊的具體電路如圖3所示

圖3 鏡像恒流源電路圖

、與電阻、共同組成恒流源電路，為差分對(duì)管的射極提供恒定電流。由于差分式放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)由恒流源決定，故鏡像恒流源電路是為了獲得 ，一般為一毫安或者幾毫安，這里設(shè)定的值為。

4.1.總原理圖

                                                                                                  圖4 總原理圖

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2019-6-10 03:37 上傳

5.1.1 和的確定

首先要確定三角波斜率，使之不會(huì)過大或過小，難以形成三角波。

根據(jù)進(jìn)行計(jì)算：

在內(nèi)，；

因?yàn)檩斎氲姆讲ǚ�值�?V，周期為1ms，利用圖像分析可得：

三角波斜率的絕對(duì)值在之間，令，可得。

5.1.2. 的確定

為濾波電容，濾掉不需要的諧波，使波形更加接近正弦波。此值根據(jù)輸入信號(hào)的頻率確定，該電路取4.7μF。

5.2.1. 、和、的確定

差分放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)主要由恒流源決定.因?yàn)?img id="aimg_sP5J5" onclick="zoom(this, this.src, 0, 0, 0)" class="zoom" width="13" height="20" src="http://c.51hei.com/a/huq/a/a/d/21/21.023.jpg" border="0" alt="" />越小，恒流源越恒定，溫漂越小，放大器的輸入阻抗越大。但是也不能太小，這里取，則。從而可求得：

；

令輸入阻抗不小于兩千歐，根據(jù)可得：==1；

令放大電路的放大倍數(shù)，根據(jù)可求得，故取==500。

5.2.2. 、的確定

為濾波電容，濾掉不需要的諧波，使波形更加接近正弦波。此值根據(jù)輸入信號(hào)的頻率確定，此電路取4.7μF；的作用是濾除高次諧波，一般取幾十到一百皮法，此電路取50pF。

5.3.1、、的確定

對(duì)恒流源電路進(jìn)行靜態(tài)分析可得：

則                                                                                                               

射極電阻一般取幾千歐姆，這里取==2.5.,則.為方便調(diào)整, 用電位器來代替。

由示波器可見，經(jīng)過積分電路后，輸入的方波轉(zhuǎn)換為了三角波。

由示波器結(jié)果可見，幅值為2V，周期為1ms的方波在經(jīng)過設(shè)計(jì)電路后變?yōu)榱苏�弦波�?/font>

經(jīng)過了一個(gè)多星期的不停的檢測和修改，終于把最終的電路圖和成品完成了。經(jīng)過了這次課程設(shè)計(jì)，大大地提高了我的動(dòng)手能力以及分析問題的能力，并且鞏固了書本上的知識(shí)。通過上網(wǎng)查詢資料的過程中我也學(xué)到了很多書面上沒有搞懂的問題。這次課程設(shè)計(jì)，讓我學(xué)到了很多有用的知識(shí)和能力，我相信對(duì)以后的學(xué)習(xí)和工作都將是非常有益的。

在整個(gè)過程中，用Multisim軟件仿真是這次設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，雖然以前在課外學(xué)習(xí)中接觸過一些電子電路，但在初期還是感到無從下手。這是我第一次接觸Multisim軟件，感覺它比Protel更靈活易用，熟練以后十分順手。在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過程中，花費(fèi)時(shí)間最多的是各個(gè)單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，但有時(shí)接線，因?yàn)椴粔蚣?xì)心，造成整個(gè)電路無法運(yùn)行，最后還是在通過多次對(duì)電路仿真，使整個(gè)電路可穩(wěn)定工作。設(shè)計(jì)過程中，我深刻的體會(huì)到在設(shè)計(jì)過程中，需要反復(fù)實(shí)踐，其過程很可能相當(dāng)煩瑣，有時(shí)花很長時(shí)間設(shè)計(jì)出來的電路還是需要重做，那時(shí)心中未免有點(diǎn)灰心，有時(shí)還特別想放棄，此時(shí)更加需要靜下心，查找原因。設(shè)計(jì)思路是最重要的，只要你的設(shè)計(jì)思路是成功的，那你的設(shè)計(jì)已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計(jì)前做好充分的準(zhǔn)備，像查找詳細(xì)的資料，為我們?cè)O(shè)計(jì)的成功打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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