课程设计《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）： 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 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： 本科生课程设计（论文）II课程设计（论文）任务及评语课程设计（论文）任务及评语本科生课程设计（论文）III院（系）：电子与信息工程学院 教研室：电信教研室学 号 学生姓名 专业班级 课程设计（论文）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课程设计（论文）

2、任务设计任务：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。功能要求：1.设计中应含有信号产生电路。2.电路中应含有测试用毫伏表电路。3.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

3、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1、布置任务，查阅资料，理解掌握系统的控制要求。 （1天）2、设计正弦信号发生电路。 （2天）3、设计运放检测电路。 （2天）4、设计测试用毫伏表电路。 （2天）5、使用EWB对系统进行仿真，分析系统性能。 （2天）6、撰写、打印设计说明书（1天）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）IV摘 要集成运算放大器简易测试仪是一种对集成运算放大器性能好坏评判的设备。对集成运算放大器电压增益倍数有直观的体现，从而判断集成运算放大器

4、的性能优劣。设计采用正弦波信号发生器产生输入信号，中间级由运算放大器放大信号，在检测中，同时使用双踪示波器在输出端观测输出信号幅值，以及使用毫伏表电路分别将输入输出信号的电压值转变成电流值进行比较这两种比较方法，使得检测电路的可靠性增强。电路由 EWB12.0 软件仿真，运算放大器采用 LM741 型号，通用型运算放大器。该运放采用了有源负载，工作点稳定，不易自激，而且设计了完善的保护电路，不易损坏。集成运算放大器（Integrated Operational Amplifier） ，是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路。它的增益高，输入电阻大，输出电阻低，共模抑制比高，失调与飘移

5、小，而且还具有输入电压为零时输出电压亦为零的特点，适用于正，负两种极性信号的输入和输出。因此，对运放性能的检测成为了运放生产的重要内容之一。关键词：集成运算放大器；性能测试；增益；测试可靠性本科生课程设计（论文）V目 录第 1 章 绪论 .1第 2 章 集成运算放大器简易测试仪设计方案论证 .22.1 集成运算放大器简易测试仪应用意义 .22.2 集成运算放大器简易测试仪设计方案论证 .22.3 总体设计方案图及分析 .3第 3 章 单元电路设计 .43.1 正弦波发生信号设计 .43.1.1 目标电路要求.43.1.2 电路设计.43.2 集成运放检测电路设计 .53.2.1 目标电路要求.

6、53.2.2 电路设计.53.3 毫伏表电路设计 .63.3.1 目标电路要求.63.3.2 电路设计.63.4 直流稳压电路 .73.4.1 目标电路要求.73.4.2 电路设计.73.5 设计整体电路图 .83.6 EWB 仿真数据分析 .93.6.1 仿真数据.93.6.2 数据分析.93.6.3 仿真截图.10第 4 章 课程设计总结 .11参考文献 .12附录 I 电路原理图.13附录 设备清单 .14本科生课程设计（论文）0第 1 章 绪论世界上第一个集成运算放大器于 1964 年由美国仙童公司研制，其型号为uA702，自此，集成运算放大器在电子行业得到广泛应用，目前它已成为线性集

7、成电路中品种和数量最多的一类。国标统一命名法规定，集成运算放大器各个品种的型号有字母和阿拉伯数字两大部分组成。字母在首部，统一采用 CF 两个字母，C 表示国标，F 表示线性放大器，其后的数字表示集成运算放大器的类型。按照集成运算放大器的参数分类，可以分为通用型运算放大器、高阳型运算放大器、低温漂型运算放大器、高速型运算放大器、低功耗型运算放大器和高压大功率型运算放大器六类。集成运算放大器有两个电源接线端+Vcc 和-Vee，但有不同的电源供给方式。电源的供电方式分为对称双电源供电方式和单电源供电方式。运放多采用双电源对称供电方式。其接法为：相对于公共端（地）的正电源（+E）与负电源（-E）分

8、别接于运放的+VCC 和-VEE 管脚上。在这种方式下,可把信号源直接接到运放的输入脚上,而输出电压的振幅可达正负对称电源电压。单电源供电是将运放的-VEE 管脚连接到地上。此外，运放在使用之前需要调零。由于集成运放的输入失调电压和输入失调电流的影响，当运算放大器组成的线性电路输入信号为零时，输出往往不等于零。为了提高电路的运算精度，要求对失调电压和失调电流造成的误差进行补偿，这就是运算放大器的调零。常用的调零方法有内部调零和外部调零，而对于没有内部调零端子的集成运放，要采用外部调零方法。以上内容即集成运算放大器的发展历史及特性分类，在本文中，将作为设计集成运算放大器简易测试仪的基础知识。本科

9、生课程设计（论文）1本科生课程设计（论文）2第 2 章 集成运算放大器简易测试仪设计方案论证2.1 集成运算放大器简易测试仪应用意义本次设计主要是综合应用所学知识，设计集成运算放大器简易测试仪，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。能够较全面地巩固和应用模拟电子电路课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握简单模拟电路设计的基本方法。应用场合: 集成运算放大器简易测试仪主要适用于运算放大器制造厂商对所生产运算放大器性能的检测。系统功能介绍:集成运算放大器简易测试仪可以直观的、方便的看出运算放大器的电压增益情况，从而判断运算放大器性能的好坏。2.2 集成运算放大器简易测试仪设计方案论证设计测

10、试集成运放的好坏，本实验的思路是将该被测的集成运放接成电压跟随器，在输入端接入标准的正弦信号，将双踪示波器的 CH1 端口接在输入端，CH2 口接在输出端，观察两端口所产生的波形幅值大小变化，若 CH2 口波形幅值明显大于 CH1 口波形幅值，则表示运放正常，否则，损坏。利用这一直观的方法，可方便地判断运放的好坏。为实现这一目的，设计电路中还应含有正弦信号产生电路，而且还需要设计毫伏表电路用以对被测运放输出信号的电压值进行测量。故该实验包括四部分：正弦波振荡电路，集成运放检测电路（即电压跟随器） ，毫伏表电路，直流稳压电源。本科生课程设计（论文）32.3 总体设计方案图及分析正弦波震荡电路集成

11、运放检测电路毫伏表电路直流稳压电源图 2.1 总体设计方案图设计分析：电路由正弦波震荡电路产生测试信号，加到被测试运放的输入端，在出输出端用示波器测试输入输出信号的幅度，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。直流稳压电源为整个系统供电。本科生课程设计（论文）4第 3 章 单元电路设计3.1 正弦波发生信号设计3.1.1 目标电路要求正弦信号发生电路要求产生频率为 1000Hz 的正弦交流电，其幅值为 1V，该信号将作为被检测运放的输入信号。3.1.2 电路设计该电路应用普通的 A741 运算

12、放大器和 RC 文氏电桥振荡器产生 1000Hz 正弦波输出。调节 100k 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。振荡频率为： （3.1）HzRCf100021电路图如图 3.1 正弦信号发生电路所示。图 3.1 正弦信号发生电路R110k0R210kC110nFC210nFR310k3R410kKey=A80%R515kR62.2kD11N4148D21N414847XSC1ABExt Trig+_+_00U1OPAMP_3T_BASIC621本科生课程设计（论文）5参数计算：根据公式（3.1）

13、，电阻 R1、R2 阻值选为 10K，则电容为应为：考虑实际电容参数，故 C1、C2 选择 10nF 的电容。FRfc810*98. 11000*10000*14. 3*2121本科生课程设计（论文）63.2 集成运放检测电路设计3.2.1 目标电路要求检测电路是该设计的核心部分，思路为：使用运放 741 作为被测试运放，分别将双踪示波器的 CH1 口和 CH2 口与运放 741 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。3.2.2 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

14、连，其电路图如图 3.2图 3.2 集成运算放大器测试电路参数计算：R1 为保护运放的限流电阻，运放 741 允许功耗为 500mW，可选择在15k，在此选择 3.3k。V11 Vrms 1kHz 0 R13.3kU174132476511VEE-15VVEEVCC15VVCCXSC1ABExt Trig+_+_034本科生课程设计（论文）73.3 毫伏表电路设计3.3.1 目标电路要求毫伏表电路可将输入电压用电流值等比表示，因此，在毫伏表输出端的电流值可以等效代替输入电压值。3.3.2 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）

15、转换成电流表的电流数据。运放 741 采用双电源供电，同相端加输入电塔，6 口输出。其电路如图 3.3 毫伏表电路所示。图 3.3 毫伏表电路Vi=Vn=VpIn=Ip=0I=Vi/R2即将输入电压用输出电流表示。参数计算：R1、R2 为限流电阻，由 3.1 参数计算得，1k 即可。iR11k0R21kR31k2VCC5VVEE-5VVCCVEE1VoXMM13010003IViVoR本科生课程设计（论文）83.4 直流稳压电路3.4.1 目标电路要求直流稳压电源分为电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四个部分。是将交流信号转化成直流信号的一种电路，从而为运放供电

16、。3.4.2 电路设计通过 220V，50Hz 交流电供电，经变压器降压后，镇流桥镇流，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 3.4 直流稳压电源电路所示。图 3.4 直流稳压电源电路T1NLT_PQ_4_10V1220 Vpk 50 Hz 0 12D11N1202CD21N1202CD31N1202CD41N1202C56C12mFD502BZ2.2R11kQ12N1132A7R21k8Q22N2219Q32N221939U13288RT1254310R3510D602BZ2.212R4300R5300R6300Key=A50%131415C21mFR7150X

17、MM1114本科生课程设计（论文）93.5 设计整体电路图如图 3.5 整体电路图所示。图 3.5 整体电路图R110kR210kC110nFC210nFR310kR410kKey=A50%R515kR62.2kD11N4148D21N4148XSC1ABExt Trig+_+_U1OPAMP_3T_BASIC36054010R73.3kU27413247651VEE-15VVCC15VXSC2ABExt Trig+_+_VCCVEE700U37413247651ViR81kR91kR101kVCC5VVEE-5VVoXMM1011VEEVCC80U47413247651ViR111kR121

18、kR131kVCC5VVEE-5VVoXMM2014VEEVCC12092本科生课程设计（论文）103.6 EWB 仿真数据分析3.6.1 仿真数据首先将要列出各设备所测得的参数如表 3.1 仿真数据表 3.1 仿真数据CHA3.172V示波器 1CHB电流表 125.02mACHA14.097V示波器 2CHB3.172V电流表 228.77uA3.6.2 数据分析示波器 1 用以检测产生正弦信号的稳定性，示波器 2 的 A 口接运放输出端，B 口接输入端，数据显示，示波器 2B 口与示波器 1 口数据相同，即正弦信号稳定加到运放输入端。Av=Vcha/Vchb=14.097/3.172=4

19、.44。故该运放成功放大了信号，运放正常。毫伏表电路也可用于检测信号是否放大。电流表 1 测得运放输出输出信号Vo 在毫伏表电路中产生的电流 Ia=25.02mA，同理 Ib=28.77uA。由 3.3 可知，电压越大，对应电流越大，故该运放正常放大。本科生课程设计（论文）113.6.3 仿真截图示波器 1 信号：示波器 2 信号：本科生课程设计（论文）12第 4 章 课程设计总结本次课程设计题目为“集成运算放大器简易测试仪” 。在设计初期，将整体电路模块化、单元化，分割成各个组成单元，如此设计能使设计更具条理，思路更加清晰。此外，除了理论的分析与规划之外，在课程设计过程中，还采用了 EWB 软件仿真，模拟整体电路的运行，将理论与实践相结合。所设计的电路基本满足简单测试集成运算放大器的要求。但在设计过程中，仍然存在一些问题，诸如如何使设计电路更加简洁，如何更省材，如何简化设计思路，依然是日后课程设计，实际操作过程中所要改进的地方。本科