宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信；第三步：用腐蚀液将其腐蚀，然后将腐蚀好的覆铜板清；焊接使用的方法是手工焊接中的一种：接触焊接，接触；焊接时要对电烙铁的电烙头要保护好，不能够出现黑色；然后将元器件的管脚对应好焊接电路板的焊接位置上，；调试注意事项：按照电路原理图安装后，调试注意电源；11；宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信；5电
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基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计 第三步：用腐蚀液将其腐蚀，然后将腐蚀好的覆铜板清洁干净。 4.3电路装配与调试 焊接使用的方法是手工焊接中的一种：接触焊接，接触焊接是在加热的烙铁嘴或环直接接触焊接点时完成的。烙铁嘴或环安装在焊接工具上，焊接嘴用来加热单个的焊接点，而焊接环用来同时加热多个焊接点。 焊接时要对电烙铁的电烙头要保护好，不能够出现黑色的氧化物，如果有就用锉刀磨掉后马上粘松香补焊锡。焊锡与电路板、电烙铁与电路板的夹角最好成45度，这样焊锡与电烙铁夹角成90度。 然后将元器件的管脚对应好焊接电路板的焊接位置上，接着先将焊丝接触然后电烙头从下至上的较快速的上锡。焊接出来的焊点应该饱满，略有尖头。焊接IC等芯片原件时，可以先在板子上焊上插槽，安装在插槽上有几个好处：坏了之后更换方便；实验完后可以拿下来，而且引脚还是干净的，可重复利用；在调试的时候也能够方便检查出错误。应注意管脚的极性，防止正负极的颠倒，导致电路损坏，不能正常工作。 调试注意事项：按照电路原理图安装后，调试注意电源的供电部分，电源的正负极性，以免导致芯片的损坏。必须使用正负电源，电源要求不能太小，否则四运放芯片不能正常工作。导致电路的故障，不能够正常的显示波形。电源可用+15伏电源来保证工作的正常，同时因注意信号的接入，同时保证连接线路的正确。注意观察记录试验数据，调试可调电阻来改变数据，确保试验数据的正确性。 11
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基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计 5 电路的验证与分析 5.1三角波产生电路测试数据与分析 本次设计的要求自做一个能够产三角波的产生器，众所周知制作发生器的电路有很多种。本次设计采用的电路是基于运放的试验电路。由理论分析知，电压比较器可以产生方波，积分电路可以产生三角波。向电压比较器输入三角波就可以产生方波，于是可以将积分电路的输出作为电压比较器的输入，各种波形频率段的调整可以由外电路的改变来实现。 5.1.1三角波电路设计仿真 -15VU1AR32.5KC10.1uF-15V44213GND11U2A213LM324C20.1uFR41KRc滤波消除干扰输出三角波U1LM324+15VR1 R2Rp50K1N8A20K11GND+15VGNDR210KGND图 5.1 三角波产生器电路图 用Multisim10电路仿真软件进行仿真，从Multisim10仿真元件库中调出所需元件，按三角波产生器电路图接好线路，方波输出端接一个虚拟的示波器，接通电源后，可得如图5.2所示的三角波仿真图。设计要求自制三角波产生电路产生一个，峰峰值为：4V、周期为：0.0005s的一个三角波信号，允许周期有+5%的误差。如图5.2所示，幅值已达到4V，周期接近0.0005s，设计能够达到要求的实验数据，满足条件。 12
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基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计 5.1.2 三角波产生电路的验证与分析
图 5.2 三角波产生电路仿真图 三角波产生电路的设计过程是曲折的：首先，所设计的电路所产生的三角波的幅值太大，不易控制。峰峰值竟然达到了33V，频率也才53 Hz。这是怎么回事呢？经过反复的思考，才发现犯了一个低级的错误。这是由于对示波器的使用不当造成的。通过询问，终于解决了这个问题。可问题又来了：是怎么回事儿呢?所产生的波形不是一个完整的波形，上半部分被削减了，怎么回事呢？经过了一段时间的思索，发现原来是所使用的电源有问题，LM324要正常工作，必须接正负电源，然而所使用的是+5V供电，所以产生的波形不完整。 通过不断的改进，电路也不断的完善了。最后产生的波形是出来了，可为什么上下都有一个小峰尖呢，通过咨询指导老师分析有可能是电源的问题，有会有外界的干扰。通过收集资料分析，电路如下图所示：满足条件：峰峰值为4V、周期为0.0005s的一个三角波信号，允许周期有+5%的误差。通过不断的请教同学咨询老师，最后决定使用Rc滤波将峰尖滤除，终于解决了三角波设计的所有问题，波形终于完整了。 13
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基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计 5.2加法器与滤波器产生电路测试数据与分析 设计利用LM324制作加法器，设计计算出外围电路的参数值，连接好相关电路进行调试，电路仿真图中XFG1是连接信号发生器产生一个频率为500 Hz的正弦信号，图中的XFG2是利用自制的三角波产生频率为2000 Hz的三角波信号，要求经过加法器后，将正弦信号放大10倍并与三角波信号相加，最后设计的是滤波电路，滤出三角波信号，使得到的信号的幅值满足8V的峰峰值，达到设计要求，经过分析试验后得到以下电路图。 5.2.1加法器与滤波器设计仿真 R5GND20K-15VU1A213LM324R34正弦信号U31KR110KR2加法器测试端子U4U1三角波信号10KR410K11+15VGND 图 5.3 加法器电路图 14
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基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计 加法器测试端子U2C10.1uF滤波后测试端子U3R12KGND 图 5.4 滤波器电路图 用Multisim10电路仿真软件进行仿真，从Multisim10仿真元件库中调出所需元件，按加法滤波电路图接好线路，可得如图5.5所示的加法器与滤波器设计仿真图。设计要求设计加法器将正弦信号放大10倍并与三角波信号相加，设计中是将加法器模块与滤波器模块设计合并设计，信号经过加法器后再通过滤波电路，将三角波信号滤出，输出为幅值为8V的正弦信号，设计基本能够达到要求的实验数据，满足条件。 5.2.2 加法器与滤波器产生电路的验证与分析 15
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如题，单片机型号为 M34502E4FP ，翻看PDF文档，后面的One Time PROM，请问这是 是什么意思？这个是一次
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用LM324做了最简单的积分产生三角波的电路
大家看图吧！
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输入方波和输出的三角波
23:05 上传
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输入方波频率：100HZ；峰峰值：2伏；
输出三角波频率：100HZ； 峰峰值：6伏左右；
频率一到1000HZ三角波峰峰值就比方波的峰峰值小了。
积分电容值104也就是0.1 微法。
运放输入端电阻10K。
运放用正负10伏电源供电。
（1）三角波形最高处和最低处有很高的毛刺。我把亮度调低了，所以照片看得不明显。
（2）输入方波频率越高，三角波的幅度越小。而上面毛刺越明显。
（3）现在输入方法无论怎么变化，都没有出现三角波形变弯的情况，也就是输入的方波不论频率怎么变，输出的都是还不错的三角波。这是因为什么？
给解答下呗！
我没有用调零电阻，所以三角波有点向上偏，所以三角波到示波器我用的是AC耦合
本帖最后由 qhdszq 于
23:25 编辑
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23:25 上传
怎么能去掉毛刺。
三角波用一个393就能完成，另一路还能做个比较器PWM
我只用324的四分之一，因为手里恰好有个324所以用了。
求393电路图？
输入频率变大，为什么三角波的幅值会明显减小。
三角波峰值是电压与时间的乘积，频率高了，方波电压不变，时间短了，所以峰值就小了。
毛刺是线路杂散参数引起的振荡，你这个是搭焊的，要消除有点难。
谢谢！明白点了。改天用刚买的洞洞板再焊一个试试。
看来成熟的信号发生器在改变频率时还要稳定振幅。
看着这个324像是假的，打磨的字很粗糙。
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图一图二是网上别人仿真的， 图三图四是我自己做的 为什么仿真结果不一样呢
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示波器，直流变成交流试试
仔细对比一下你的图，你会发现你和别人的图不一样。被人的三个放大器都有电源接入，你的只有第一个接入。
然后，电压往下调
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用555和LM324，设计一个有方波，三角波，正弦波的电路
09:53:30　　
用555产生方波，在积分运放得到三角波，通过二阶低通滤波得到正弦，请问这中间过程怎么得到，比如说电阻电容的选值，急求！！！
本帖最后由 Followers_HAM 于
16:43 编辑
确实是为了产生三个波形
555出来方波后积分。所以先使用555做出一定频率的方波，然后差动积分。
09:53:31　　
本帖最后由 Followers_HAM 于
16:43 编辑
确实是为了产生三个波形
555出来方波后积分。所以先使用555做出一定频率的方波，然后差动积分。
09:54:18　　
11:25:59　　
17:22:20　　
基本满足要求，不过这里的积分电路和滤波电路是无源电路，可自行换成有源电路。链接：
21:12:00　　
这个为什么要这么麻烦&&555可以直接生成三角波的http://www.hqew.com/tech/circuit/2163.html
22:02:34　　
这个为什么要这么麻烦&&555可以直接生成三角波的http://www.hqew.com/tech/circuit/2163.html
他是为了生成三个波形，不是只要一个波形 。我是这么想的
05:44:41　　
他是为了生成三个波形，不是只要一个波形 。我是这么想的
这个问题我也不知道了& && && && && && && && && && && &
10:32:43　　
这个问题我也不知道了
主要还是看题主
14:07:05　　
主要还是看题主
确实是为了产生三个波形
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2011年四川省大学生电子设计竞赛
宜宾职业技术学院毕业设计基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计系部：电子信息工程系 电子信息工程技术 电 子 1091 周 班 强专 业 名 称： 班 姓 学 级： 名：号： 2 0 0 9 1 0 5 1 7 李 茂 清指 导 教 师：2012 年 2 月 15 日宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计摘 要本设计采用通用的四运放芯片 LM324，由于 LM324 四运放电路具有电源电 压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各 种电路中。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源 供电的使用运算放大器的场合。设计中利用 LM324 制作三角波产生器p加法器 p比较器p合理设计滤波器，实现四运放芯片的信号运算。此电路充分的将四运 放芯片运用于各种电路，设计灵活，可用于检测芯片的信号运算功能的实现。关键词： 关键词：LM324；三角波；加法器；滤波器；比较器I宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计Based on SiYun put chips with filter circuit of the signal operation designAbstractThis design USES the general SiYun put chip LM324, because LM324 SiYun put circuit has a wide range of power supply voltage, static power consumption is small, can a single power use, price is low wait for an advantage, therefore is widely used in all kinds of circuits. Its use range including sensing amplifiers, dc gain module and other all available single power supply to use the occasion of operational amplifier. In the design of LM324 make triangle wave generator, adding machines, comparator, reasonable design filter, realize SiYun put chip signal operations. This circuit is fully will SiYun put chips used in various circuit, designed to be flexible, can be used to test the chip signal the realization of the function of operation.Key words: LM324；Triangle；Wave；Adder；Filter is usedII宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计目 录1 引 言 ......................................................................................................................... 1 2 方案设计与论证 ....................................................................................................... 2 2.1 方案设计 .............................................................................................................. 2 2.1.1 三角波产生器................................................................................................ 2 2.1.2 加法器............................................................................................................ 2 2.1.3 滤波器............................................................................................................ 2 2.1.4 比较器............................................................................................................ 2 2.2 方案论证 .............................................................................................................. 3 3 电路设计 ................................................................................................................... 4 3.1 三角波模块设计 .................................................................................................. 4 3.2 加法器模块设计 .................................................................................................. 6 3.3 滤波器模块设计 .................................................................................................. 7 3.4 比较器模块设计 .................................................................................................. 8 4 PROTEL 制图及电路装配与调试 ........................................................................... 9 4.1 PCB 的设计流程 ................................................................................................. 9 4.2 PCB 的制造 ....................................................................................................... 10 4.2.1 热转印的准备............................................................................................. 10 4.2.2 热转印法制板的步骤................................................................................. 10 4.3 电路装配与调试 ................................................................................................ 11 5 电路的验证与分析 ................................................................................................. 12 5.1 三角波产生电路测试数据与分析 .................................................................... 12 5.1.1 三角波电路设计仿真.................................................................................. 12 5.1.2 三角波产生电路的验证与分析................................................................. 13 5.2 加法器与滤波器产生电路测试数据与分析 .................................................... 14 5.2.1 加法器与滤波器设计仿真.......................................................................... 14 5.2.2 加法器与滤波器产生电路的验证与分析................................................. 15 5.3 比较器电路测试数据与分析 ............................................................................ 16 5.3.1 比较器电路设计仿真.................................................................................. 17III宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计5.3.2 比较器电路的验证与分析......................................................................... 18 5.4 电路的设计分析总结 ........................................................................................ 18 总 结 ........................................................................................................................... 19 参考文献 ..................................................................................................................... 20 致 谢 ........................................................................................................................... 21 附 录 附录 1 电路原理图 附录 2 电路设计测试图 附录 3 元件清单 附录 4 产品实物图IV宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计1 引 言在电子电路中的运用相当广泛，包括传感放大器、直流增益模块和其他所有 可用单电源供电的使用运算放大器的场合。利用 LM324 产生三角波能够给被测 电路提供所需要的波形。传统的波形发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或 模拟集成电路构成，其电路结构复杂，不能根据实际需要灵活扩展。随着微电子 技术的发展，运用单片机技术，通过巧妙的软件设计和简易的硬件电路，产生数 字式可调的信号。滤波器在电路中的运用也是很广泛的，灵和的将 LM324 运用 于电路的设计，达到设计要求是本次设计的关键所在。本设计围绕四运放芯片开 展，LM324 四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价 格低廉等优点。采用 LM324 芯片制作设计三角波电路、加法器电路、滤波器电 路、加法器电路，通过收集资料与结合所学知识，在指导老师的帮助下完成该设 计。1宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计2 方案设计与论证2.1 方案设计 设计围绕使用一片通用的四运放芯片 LM324 展开， 先后利用 LM324 产生三 角波，满足幅值和频率的设计要求；再设计加法器，将函数信号发生器产生的正 弦信号与三角波信号相加；设计滤波器将三角波信号滤除。四运放芯片使用范围 较广，使用能够合理的运用于各个电路，实现设计要求。图 2.1 是方案设计的基 本原理框图。函数信号 发生器加法器滤波器比较器三角波产 生器图 2.1 方案的基本原理框图2.1.1 三角波产生器 使用一片通用的四运放芯片 LM324 制作产生三角波信号，达到设计要求， 利用函数信号发生产生正弦信号。 2.1.2 加法器 利用 LM324 芯片设计加法器电路，将三角波信号与函数信号发生器产生的 正弦信号相加。 2.1.3 滤波器 设计制作滤波电路，将通过加法器的信号滤除三角波产生的信号，达到设计 要求。 2.1.4 比较器 设计制作比较器电路，通过滤波器的信号与三角波产生的信号做比较，最后2宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计在负载上产生的信号达到设计要求。 2.2 方案论证 根据设计要求明确设计标准与设计方案， 题中要求使用一片通用的四运放芯 片制作产生三角波信号，使幅值与频率都能够达到设计要求。 由于 LM324 四运 放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因 此被广泛应用在各种电路中。 通过收集查阅资料发现四运放芯片与外围电路的设 计能够产生三角波，故使用 LM324 芯片制作，使用次方案能够大大节约成本， 并且使用简单，外围电路的控制方便。 使用 LM324 芯片能够运用于三角波、加法器、比较器的制作设计，并且简 单实用。因此使用四运放芯片能够完成设计，达到设计要求。3宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计3 电路设计3.1 三角波模块设计 产生方波、三角波的方案有多种，本次实验主要采用用电压比较器和积分器 同时产生方波和三角波。其中电压比较器产生方波，对其输出波形进行一次积分 产生三角波。 根据模拟电路理论，方波―三角波发生电路主要参数为： 方波的幅度：u o1m = ± u z三角波的幅度：(式 3.1)uo2m =方波、三角波的频率：r2 uz r3 + rw 1(式 3.2)f =r3 + rw 1 4 r2 ( r4 + r w 2 ) c(式 3.3)从式 3.2 和式 3.3 可以看出，调节电位器 Rw1 可改变三角波的幅度，但会影 响方波、三角波的频率。调节电位器 Rw2 可改变方波、三角波的频率，但不会影 响方波、 三角波的幅度。 由以上公式可以计算出： 取值为 3.3V 的稳压二极管， Uz R2 取值为 20K 的电阻，R1 取值为 10K 的电阻，R 取值为 2.5K 的电阻，C 取值 为 0.1uF 的电容可达到设计要求。 本设计在实现上述基本电路的基础上，还提出了新的要求。有下列4个量： 三角波和方波共有的频率、共有的占空比、三角波的幅度、方波的幅度，其中每 个量都由一个独立的电位器控制，当调节某个量时，其它3个量不能发生变化。 这就是独立可调的要求。 如图 3.1 所示，由于积分器可将方波变为三角波，而比较器的输入又正好为 三角波，因此可定性判断出，电路的输出电压 uo1 为方波，uo2 为三角波。4宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计C+ +R1 R2R3R+uo1uo2+UZ图 3.1 方波――三角波发生器原理图如图 3.2 所示，下面分析其振荡周期，积分器输出电压从-Uth 增加到+Uth 所需的时间为振荡周期 T 的一半。 由积分器关系式：U th = ?U th ?或：1 t0 + 2 (?U Z )dt RC ∫t0T(式 3.4)2U th =则振荡频率为：1 T UZ RC 2(式 3.5)f =R2 1 = T 4 RCR1(式 3.6)UZ Uthuo1uo2 t0-Uth -UZ图 3.2 方波――三角波发生器的输出波形图5宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计3.2加法器模块设计 3.2加法器模块设计 如图3.3所示为同相加法器运算电路，它是利用同相比例运算电路实现的。 图中输入信号u1、u2均加至同相输入端，为使直流电阻平衡， 要求： R1//R3//R4=R1//Rf (式3.7)Rf GND R R1 u1 u2 u3 I1 R2 I2 R3 I3 R4 LM324 U1 uoGND图 3.3 同相输入加法运算原理图利用迭加原理求出 U + 及 U ?U+ = = R2 // R3 R1 // R3 U i1 + Ui2 R1 + R2 // R3 R2 + R1 // R3 R1 ? R2 // R3 U i R ? R // R3 U i 2 ? + 2 1 ? R1 + R2 // R3 R1 R2 + ( R1 // R3 ) R2 (式 3.8)(式 3.9)?U U ? U = R+ ? i1 + i 2 ? = U ? = R ? o Rf ? R1 R2 ?因为：U_=U+ 所以：(式 3.10)∴U o =Rf ?U R R U ? ? R f ? i1 + i 2 ? = f U i1 + f U i 2 R? R1 R2 ? R1 R2 ?(式 3.11)当两输入端外电路平衡时， R+ = R? 当 R1 = R2 = R 3 时。U o = U i1 +U i 2 实现两 有6宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计信号相加，且运算同相，相比较而言，从反相输入端输入加量的运算简单的多。 根据以上公式可以计算出 R1，R2，R3 的取值为 10K，R 的取值为 1K，反馈电 阻 Rf 的取值为 20K，可达到设计要求。 3.3 滤波器模块设计 电容器是一个储存电能的仓库，在电路中当有电压加到电容器两端的时候， 便对电容器充电，把电能储存在电容器中；当外加电压失去（或降低）之后，电 容器将把储存的电能再放出来。充电的时候，电容器两端的电压逐渐升高，直到 接近充电电压；放电的时候，电容器两端的电压逐渐降低，直到完全消失。电容 器的容量越大，负载电阻值越大，充电和放电所需要的时间越长。这种电容带两 端电压不能突变的特性，正好可以用来承担滤波的任务。在模拟电路，由 Rc 组 成的无源滤波电路中，如图 3.4 滤波电路原理图。C1 Ui R1 Uo图 3.4 滤波电路原理图在图 3.4 滤波电路原理图中， 跟积分电路有些相似 （电容 C 都是并在输出端） ， 但他们是应用在不同的电路功能上。积分电路主要是利用电容 C 充电时的积分 作用，在输入方波情形下，来产生周期性的锯齿波（三角波）。因此电容 C 及 电阻 R 是根据方波的 Tw 来选取，设计中利用 Rc 滤波来滤除三角波信号，和按 照设计要求滤除高频信号。 根据公式： f=1/2πRc (式 3.12)确定 Rc 的参数值，达到设计要求。计算出电容 C1 的取值为 0.1uF，电阻 R1 的取值约为 2K，电容的参数值是参照低频点的数值来确定，对于电源的滤波 电路，理论上 C 值愈大愈好。7宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计3.4 比较器模块设计 比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。 由于比较器电路应用较 为广泛，所以开发出了专门的比较器集成电路。电压比较器是对两个模拟电压比 较其大小，并判断出其中哪一个电压高。另外有电源 V+及地(这是个单电源比较 器)，同相端输入电压 Va，反相端输入 Vb。Va&Vb 时，Vout 输出高电平(饱和输 出)；Vb&Va 时，Vout 输出低电平。输出电平变化与 Va、Vb 的输入端有关。R f V+ 4 R1 Va R2 Vb U1A 2 1 3 LM3 24 R3 11 VVout GND图 3.5 比较器电路原理图图 3.5 是由运算放大器组成的比较器电路，如果输入电压 Va 经分压器 R2、 R3 分压后接在同相端，那么 Vb 通过输入电阻 R1 接在反相端，Rf 为反馈电阻， 若不考虑输入失调电压，则其输出电压 Vout 与 Va、Vb 及 4 个电阻的关系式为： Vout=(1+Rf/R1)?R3/(R2+R3)Va-(Rf/R1)Vb。如当 R1=R2=0(相当于 R1、R2 短路)， R3=Rf=∞(相当于 R3、Rf 开路)时，Vout=∞。增益将成为无穷大，差分放大器处 于开环状态， 它就是比较器电路。 根据公式可以计算出 R1， 的取值都为 20K， R2 反馈电阻 Rf 为 5.1K，R3 取 1K，由于元件的误差实际的取值有较小的变动。实 际上运放是处于开环状态时，其增益并非无穷大，而 Vout 输出是饱和电压，它 小于正负电源电压，也不可能是无穷大。8宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计4 protel 制图及电路装配与调试4.1 PCB 的设计流程 印制电路板简称 PCB（Printed Ciruit Board）是电子产品的重要部件之一， 也不例外制作 PCB 设计制作的关键所在，该步骤在电路原理图完成以后进行制 作的。 印制电路板图设计流程如图 4.1 所示：绘制电路原理图规划电路板设置参数载入网络表及元件封装元件的布局布线文件保存及输出图 4.1 印制电路板的设计流程用 EDA 软件（Protel）布线，在布线时要注意，用热转印的方法可以做出 10mil 的线，但断线的可能性比较大，所以我们尽量用 15mil 以上的线宽规则。 因此需要完成如下工程： ⑴ 具备电路原理图。 ⑵ 已知印制电路板所需要的各元件的型号、封装、参数、名称及规格。 ⑶ 明确各种元器件和导线在印制板上的各种特殊要求。 ⑷ 确定印制板在总体上的位置与连接方式，以及对印制电路板面的尺寸限 制或要求等。9宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计⑸ 合理布局，排列均匀，画图清晰，有利于阅读与理解每一个单元的功能。 ⑹ 生成 3D 图。 当电路图绘制完成并封装正确后，就可以用主工具栏里 Design/Update PCB 命令，直接将电路图上的元件转移到 PCB 上，然后进行设计流程中后面的步骤。 规划电路板，在绘制电路板之前，要对电路板有一个初步的规划。然后是设置参 数，主要是设置元件的布置参数、层参数，之后是布局，在完成布局之后就可以 对电路布线，布线完成，电路接地，PCB 处理完成。 4.2 PCB 的制造 4.2.1 热转印的准备 在本次设计中我将采用的是“热转印”法来制作印制电路板。因此在用“热转 印”法前的准备如下： ⑴一台复印机（复印机需要有复印原稿，原稿可以用喷墨打印机打印出来） 。 ⑵一台热转印机。 ⑶ 一张热转印纸。 ⑷ 油性记号笔一只。 ⑸ 三氯化铁。 ⑹ 覆铜板一块（单面） 。 ⑺ 小电转一把，配 0.5mm 的钻头。 ⑻ 钢据条一片，木工细砂纸一张，美工刀一把，透明胶。 4.2.2 热转印法制板的步骤 第一步：将 PCB 图打印到热转印纸上。注意：刚刚的布线，单层板需要布 到底层，这样在打印时就不用镜像。如果是双层布，那么顶层一点要镜像，不然 我们转印出来就反了。操作步骤：Setup Printer――HP LaserJet Final（这个选项 是单层打印）――Layers（选择要打印的层）――BottomLayer（这里只要底层， 我们选择它） 如果是双层， ， 我们在打印 TopLayer 时点 Mirroring 在 Signal Layers 栏选中 TopLayers 表示镜像顶层。选好后确定，在刚刚那个菜单，点击 Options 在 Show Hol 前面打勾， 这个是显示钻孔的， 这个打开在我们钻孔时将方便很多， 点 OK，然后点击 Print 打印出图。 第二步：用热转印机将其电路图转印到覆铜板上。10宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计第三步：用腐蚀液将其腐蚀，然后将腐蚀好的覆铜板清洁干净。 4.3 电路装配与调试 焊接使用的方法是手工焊接中的一种：接触焊接，接触焊接是在加热的烙 铁嘴或环直接接触焊接点时完成的。烙铁嘴或环安装在焊接工具上，焊接 嘴用来加热单个的焊接点，而焊接环用来同时加热多个焊接点。 焊接时要对电烙铁的电烙头要保护好，不能够出现黑色的氧化物，如果有就 用锉刀磨掉后马上粘松香补焊锡。焊锡与电路板、电烙铁与电路板的夹角最好成 45 度，这样焊锡与电烙铁夹角成 90 度。 然后将元器件的管脚对应好焊接电路板的焊接位置上， 接着先将焊丝接触然 后电烙头从下至上的较快速的上锡。焊接出来的焊点应该饱满，略有尖头。焊接 IC 等芯片原件时，可以先在板子上焊上插槽，安装在插槽上有几个好处：坏了 之后更换方便；实验完后可以拿下来，而且引脚还是干净的，可重复利用；在调 试的时候也能够方便检查出错误。应注意管脚的极性，防止正负极的颠倒，导致 电路损坏，不能正常工作。 调试注意事项：按照电路原理图安装后，调试注意电源的供电部分，电源的 正负极性，以免导致芯片的损坏。必须使用正负电源，电源要求不能太小，否则 四运放芯片不能正常工作。导致电路的故障，不能够正常的显示波形。电源可用 +15 伏电源来保证工作的正常，同时因注意信号的接入，同时保证连接线路的正 确。 注意观察记录试验数据， 调试可调电阻来改变数据， 确保试验数据的正确性。11宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计5 电路的验证与分析5.1 三角波产生电路测试数据与分析 本次设计的要求自做一个能够产三角波的产生器， 众所周知制作发生器的电 路有很多种。本次设计采用的电路是基于运放的试验电路。由理论分析知，电压 比较器可以产生方波，积分电路可以产生三角波。向电压比较器输入三角波就可 以产生方波，于是可以将积分电路的输出作为电压比较器的输入，各种波形频率 段的调整可以由外电路的改变来实现。 5.1.1 三角波电路设计仿真-15V U1A 1 R3 2.5K 2C1 0.1uF -15V U2A正输三三三42 3 GND 11 LM324 +15V41 3 LM324 11 GND +15V C2 0.1uFU1R1R2 20KRp 50K 1N8AR4 Rc滤三滤滤滤滤 1KGND R2 10K GND图 5.1 三角波产生器电路图用 Multisim10 电路仿真软件进行仿真，从 Multisim10 仿真元件库中调出所 需元件，按三角波产生器电路图接好线路，方波输出端接一个虚拟的示波器，接 通电源后，可得如图 5.2 所示的三角波仿真图。设计要求自制三角波产生电路产 生一个，峰峰值为：4V、周期为：0.0005s 的一个三角波信号，允许周期有+5% 的误差。如图 5.2 所示，幅值已达到 4V，周期接近 0.0005s，设计能够达到要求 的实验数据，满足条件。12宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计5.1.2 三角波产生电路的验证与分析图 5.2 三角波产生电路仿真图三角波产生电路的设计过程是曲折的：首先，所设计的电路所产生的三角波 的幅值太大，不易控制。峰峰值竟然达到了33V，频率也才53 Hz。这是怎么回事 呢？经过反复的思考，才发现犯了一个低级的错误。这是由于对示波器的使用不 当造成的。通过询问，终于解决了这个问题。可问题又来了：是怎么回事儿呢? 所产生的波形不是一个完整的波形，上半部分被削减了，怎么回事呢？经过了一 段时间的思索，发现原来是所使用的电源有问题，LM324要正常工作，必须接正 负电源，然而所使用的是+5V供电，所以产生的波形不完整。 通过不断的改进，电路也不断的完善了。最后产生的波形是出来了，可为什 么上下都有一个小峰尖呢，通过咨询指导老师分析有可能是电源的问题，有会有 外界的干扰。通过收集资料分析，电路如下图所示：满足条件：峰峰值为 4V、 周期为 0.0005s 的一个三角波信号，允许周期有+5%的误差。通过不断的请教同 学咨询老师，最后决定使用 Rc 滤波将峰尖滤除，终于解决了三角波设计的所有 问题，波形终于完整了。13宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计5.2 加法器与滤波器产生电路测试数据与分析 设计利用 LM324 制作加法器，设计计算出外围电路的参数值，连接好相关 电路进行调试，电路仿真图中 XFG1 是连接信号发生器产生一个频率为 500 Hz 的正弦信号， 图中的 XFG2 是利用自制的三角波产生频率为 2000 Hz 的三角波信 号，要求经过加法器后，将正弦信号放大 10 倍并与三角波信号相加，最后设计 的是滤波电路，滤出三角波信号，使得到的信号的幅值满足 8V 的峰峰值，达到 设计要求，经过分析试验后得到以下电路图。 5.2.1 加法器与滤波器设计仿真R 5 20 K GND 4 R3正正正正-15V U1A加加加三三三三1K R1 10 K R22 1 3 LM3 24 11 +1 5VU4U3 U1 10 K三三三正正R4 10 KGND图 5.3 加法器电路图14宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计加加加三三三三U 2C1 0. 1uF滤三滤三三三三U 3 R1 2KG ND图 5.4 滤波器电路图用 Multisim10 电路仿真软件进行仿真，从 Multisim10 仿真元件库中调出所 需元件，按加法滤波电路图接好线路，可得如图 5.5 所示的加法器与滤波器设计 仿真图。设计要求设计加法器将正弦信号放大 10 倍并与三角波信号相加，设计 中是将加法器模块与滤波器模块设计合并设计， 信号经过加法器后再通过滤波电 路，将三角波信号滤出，输出为幅值为 8V 的正弦信号，设计基本能够达到要求 的实验数据，满足条件。 5.2.2 加法器与滤波器产生电路的验证与分析15宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计图 5.5 加法滤波器电路仿真图根据以上所介绍的设计原理，计算出各个外围原件的取值，通过调试实验， 尽量减小实验误差，最终得到相应的数据。通过实验数据与分析，所设计的电路 能够达到题目要求。实验过程的数据，设计要求是经过滤波器后的峰峰值要达到 8V，从数据中我们可以看到已达到了要求。 5.3 比较器电路测试数据与分析 比较器是由运算放大器发展而来的， 比较器电路可以看作是运算放大器的一 种应用电路。由于比较器电路应用较为广泛，所以开发出了专门的比较器集成电 路。使用电压比较器 LM324 组成的测试电路，其特点是便于检测阈值电平的调 整，可测试 DTL、TTL、CMOS 等多种逻辑电平。它可用作模拟电路和数字电 路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。16宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计5.3.1 比较器电路设计仿真R4 4 R1 20K R2 U1 20K三三三正正 滤三滤滤U35.1K -15V U1A 1 R5 1K比比加三三三三U32 3 LM324 R3 1K 11 +15VU4GND图 5.6 比较器电路图用 Multisim10 电路仿真软件进行仿真，按电路图接好线路，可得如图 5.7 所 示的加法器与滤波器设计仿真图。 设计要求设计比较器将滤波后的正弦波信号与 自制的三角波信号比较， 再在 1K 欧的负载上产生一个为 2V 的峰值的正弦信号。 如图 5.7 所示，设计仿真图能够达到要求的实验数据，满足条件。图 5.7 比较器电路仿真图17宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计5.3.2 比较器电路的验证与分析 设计中围绕四运放芯片展开设计，电路较为简单，通过仿真数据后连接电路 后进行实验分析，并优化电路使误差减到最小。设计要求是使经过比较器后的电 路产生的峰峰值为 2V 的弦波信号，实验中分析由于元件的误差等客观因数导致 一定的误差存在。其设计达到的实际数据，峰峰值基本能够达到设计要求，已达 到了 1.96V 的峰峰值，能够满足设计要求。说明了实验数据正确，设计电路能够 达到要求。 5.4 电路的设计分析总结 设计始终围绕通用的四运放芯片展开，电路中多采用借鉴相关的功能的电 路，根据原理公式计算出需要的参数值并运用于电路。将各个设计的模块组合实 现总的功能。设计过程中遇到了很多的问题，这才知道自己学到的知识很少，通 过不断的查阅资料，在老师的帮助下终于解决了相关问题。这次设计很好的检验 了我大学期间所学的相关知识，同时也提高了我的动手能力，遇到问题后便要不 断的收集资料，不断的分析，尝试怎样去解决问题。采取那种方法更好，能够更 有效的解决出现的问题。自从我拿到毕业设计的题目到完成设计已将近两个月 了，我首先采取的是仿真电路，但结果并不是满意，实际电路中的数据和仿真过 程有很大的差别，这当中也少不了老师的帮助，老师的细心帮助与讲解给设计的 完成起到了非常重要的作用。18宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计总 结经过长时间的实验与分析，设计已基本完成。毕业设计完成之后，还要写一 份毕业设计报告，这对我来说，是一个总结，也是一个提醒。因为毕业设计报告 的完成，既为大学三年划上了一个完美的句号，也为将来的人生之路做好了一个 很好的铺垫。在设计制作过程中，有时感觉很辛苦，有时还会产生放弃的念头， 但是最终坚持了下来，完成设计。 设计的是一个长期的过程，需要不断的进行分析与总结，不断地去研究各方 面的文献，认真总结。历经了这么久的努力，终于完成了毕业设计。在这次设计 过程中，我有很多的收获，我知道自己了解的知识太少，需要学习的知识点还很 多。当设计选题定下来之后，我便立刻着手资料的收集，当时面对众多网络资料 库的文章真是有些不知所措，不知如何下手。我将这一困难告诉了指导老师，在 老师的细心的指导下，通过收集资料，认真的阅读，总结笔记，为设计打好了基 础。在搜集资料后，针对自己不同的知识点进行归纳和总结。然后及时拿给老师 进行沟通，听取老师的意见后再进行相关的设计方案的修改。 毕业设计是我们每个大学生必须经历的一段过程， 也是我们毕业前的一段宝 贵的回忆。当我们看到自己的努力有收获的时候，总是会有那么一点点自豪和激 动。任何事情都是这样子，需要我们脚踏实地的去做，一步一个脚印的完成，认 真严谨，有了好的态度才能做好一件事情，一开始都觉得毕业设计是一个很困难 的任务，大家都难免会有一点畏惧之情，但是经过长时间的努力和积累，经过不 断地查找资料后总结，我们都很好的按老师的要求完成了毕业设计任务，这种收 获的喜悦相信每个人都能够体会到。这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一 次提升，相信对我未来的学习和工作有很大的帮助。 设计的顺利完成， 首先我要感谢我的指导老师李茂清老师以及周围同学的帮 助，更要感谢我的专业老师。是你们的细心指导和关怀，使我能够顺利的完成毕 业论文编写。感谢他们提出宝贵的意见和建议，指导帮助我顺利的完成毕业设计 任务。19宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计参考文献[1] 李雅轩.模拟电子技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2000. [2] 姚福安.电子电路设计与实践[M].济南：山东科学技术出版社，2001. [3] 吉雷.Protel99 从入门到精通.西安:电子科技大学出版社，2004. [4] 张永瑞.电子测量技术基础.西安:电子科技大学出版社，2006. [5] 谢自美.电子线路设计.实验.测试.武汉:华中科技大学出版社，2006. [6] 沈任元.数字电子技术基础.北京:机械工业出版设，2000. [7] 艾西.家用电器计时集成电路 XM109 的特性及应用[M].北京：机械工业出版社，2001. [8] 彭介华.电子技术课程设计指导[M].西安：电子工业出版社，1996. [9] 张延琪.常用电子电路 280 例简析[M].北京：中国电力出版社，2004. [10] 于润伟.数字系统设计[M].北京：机械工业出版社，2006.20宜宾职业技术学院电子信息工程系基于四运放芯片的信号运算与滤波电路的设计致 谢时光匆匆如流水，转眼间即将大学毕业。人最宝贵的年华有几个三年，在这 里我度过了让我真正成长成熟的三年，记得刚进学校是我是多么的无助与陌生， 三年的异地大学生活使我变的成熟、坚强和独立。 感谢我的所有任课老师，是他们的细心指导和关怀，感谢他们提出宝贵的意 见和建议，指导帮助我顺利的完成毕业设计任务。他们严谨细致、认真讲解，他 们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。三年的大学生活中，它 们不管在生活还是学习上都给我很大的帮助。 首先向跟随我们三年的班主任陈挺老师致以最诚挚的感谢， 他不仅是我的老 师，更是我的益友，在我的三年大学生活中他不仅给予我们学习上的帮助还给我 生活上很多帮助，锻炼我的各方面能力，使我步入社会时能很快很好的融入。还 要感谢的是在我平时学习中给我很大帮助的老师们，他们渊博的知识，严谨的治 学，让我不仅学到了扎实的专业知识，还教会了我如何做人，面对问题养成了沉 着冷静，努力解决。在上班之后，面对自己不熟悉的环境，我应该要去适应，在 这里我要感谢李茂清老师， 在百忙之中抽出时间辅导我， 帮助我做毕业设计辅导， 使我节省和很多时间，顺利完成毕业设计。 最后要感谢的是我的父母， 因他们的给予我才能在这校园里完成我的大学梦 想，使我的人生阅历提高，增长见识，提高了自己个方面的素质和涵养。也要感 谢我的同学，因为我们团结我们才能高效的完成毕业设计。在未来的日子里，我 会更加努力的学习和工作，不辜负父母对我的殷殷期望！我一定会好好孝敬和报 答他们！ 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完 成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的 谢意！21附 录附录 1 电路原理图GND正正正正正正U5R12 2K R 14 R 13 R 6 1K 20 K 10 K R 7 10 K R15 5.1K比比加三三三三R9 1KR 16 U4 1KR8 10 KR 10 10 K加加加三三三三U2 R11滤三加三三三三VEEU3 1.5KC3 0.1u F1 3 5 7 9 11 132 4 6 8 10 12 14 LM3 24N三三三三三三三U1 VCC GND R1 20 K 1N47 28A 1N47 28A GND R2 50 K R3 2.5K C1 0.1u F R5 1K R4 10 K C2 0.1u F电路原理图附录 2 电路设计测试图三角波产生器波形测试图加法器波形测试图比较器波形测试图附录 3 元件清单 名称 示波器 函数信号发生器 万用表 稳压二极管 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电容 可调电阻 供电电源供电电源 杜邦线 四运放芯片 型号 通用 通用 数字式 1NK 1K 2.5K 5.1K 0.1uF 50K +15V 电源 通用 LM324N 数量 1 1 1 2 2 5 5 2 1 2 1 1 5 1 备注附录 4 产品实物图产品实物图一产品实物图二
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