四运放LM324的实用电路设计及电路原理

1、本文就高性能集成四运放LM324的参数，进行实用电路设计，论述电路原理。LM324是四运放集成电路,它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器,除电源共用外,四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚,其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“V。”为输出端。两个信号输入端中,Vi-(-)为反相输入端，表示运放输出端V。的信号与该输入端的位相反;Vi+(+)为同相输入端，表示运放输出端V。的信号与该输入端的相位相同LM324的引脚排列见图2141312111098由于LM324四运放电路具有

2、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。下面介绍其应用实例。LM324作反相交流放大器电路见附图。此放大器可代替晶体管进行交流放大，可用于扩音机前置放大等。电路无需调试。放大器采用单电源供电，由R1、R2组成1/2V+偏置,C1是消振电容。放大器电压放大倍数Av仅由外接电阻Ri、Rf决定：Av=-Rf/Ri。负号表示输出信号与输入信号相位相反。按图中所给数值，Av=-1O。此电路输入电阻为Ri0一般情况下先取Ri与信号源内阻相等，然后根据要求的放大倍数在选定RfoCo和Ci为耦合电容。LM324作同相交流放大器见附图。同相交流放大器的特点是输入阻抗

3、高。其中的R1、R2组成1/2V+分压电路，通过R3对运放进行偏置。电路的电压放大倍数Av也仅由外接电阻决定：Av=1+Rf/R4,电路输入电阻为R3OR4的阻值范围为几千欧姆到几十千欧姆。LM324作交流信号三分配放大器此电路可将输入交流信号分成三路输出,三路信号可分别用作指示、控制、分析等用途。而对信号源的影响极小。因运放Ai输入电阻高，运放A1-A4均把输出端直接接到负输入端，信号输入至正输入端，相当于同相放大状态时Rf=0的情况，故各放大器电压放大倍数均为1,与分立元件组成的射极跟随器作用相同。R1、R2组成1/2V+偏置,静态时A1输出端电压为1/2V+,故运放A2-A4输出端亦为1

4、/2V+,通过输入输出电容的隔直作用，取出交流信号，形成三路分配输出。LM324作有源带通滤波器许多音响装置的频谱分析器均使用此电路作为带通滤波器，以选出各个不同频段的信号，在显示上利用发光二极管点亮的多少来指示出信号幅度的大小。这种有源带通滤波器的中心频率朋盒浪估+萄，在中心频率fo处的电压增益Ao=B3/2B1,品质因数,3dB带宽B=1/(n*R3*C)也可根据设计确定的Q、fo、Ao值，去求出带通滤波器的各元件参数值。R1=Q/(2nfoAoC),R2=Q/(2Q2-Ao)*2nfoC),R3=2Q/(2nfoC)。上式中，当fo=1KHz时,C取0.01Uf。此电路亦可用于一般的选频

5、放大。此电路亦可使用单电源,只需将运放正输入端偏置在1/2V+并将电阻R2下端接到运放正输入端既可。LM324应用作测温电路见附图。感温探头采用一只硅三极管3DG6，把它接成二极管形式。硅晶体管发射结电压的温度系数约为-2.5mV/C，即温度每上升1度，发射结电压变会下降2.5mV。运放Al连接成同相直流放大形式，温度越高，晶体管BG1压降越小，运放A1同相输入端的电压就越低,输出端的电压也越低。这是一个线性放大过程。在A1输出端接上测量或处理电路，便可对温度进行指示或进行其它自动控制。LM324应用作比较器当去掉运放的反馈电阻时,或者说反馈电阻趋于无穷大时（即开环状态）,理论上认为运放的开环

6、放大倍数也为无穷大（实际上是很大，如LM324运放开环放大倍数为100dB，既10万倍）。此时运放便形成一个电压比较器，其输出如不是高电平（V+），就是低电平（V-或接地）。当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出低电平。附图中使用两个运放组成一个电压上下限比较器，电阻R1、R1?组成分压电路，为运放A1设定比较电平U1；电阻R2、R2?组成分压电路，为运放A2设定比较电平U2。输入电压U1同时加到A1的正输入端和A2的负输入端之间，当UiU1时，运放A1输出高电平；当UiVU2,则当输入电压Ui越出U2,U1区间范围时，LED点亮，这便是一个电压双限指示器。若选择U2U1，贝I当输入电压在

7、U2,U1区间范围时，LED点亮，这是一个“窗口”电此电路与各类传感器配合使用，稍加变通，便可用于各种物理量的双限检测、短路、断路报警等。LM324应用作单稳态触发器见附图1。此电路可用在一些自动控制系统中。电阻R1、R2组成分压电路，为运放Al负输入端提供偏置电压U1，作为比较电压基准。静态时，电容C1充电完毕，运放A1正输入端电压U2等于电源电压V+,故A1输出高电平。当输入电压Ui变为低电平时，二极管D1导通,电容C1通过D1迅速放电，使U2突然降至地电平，此时因为U1U2,故运放A1输出低电平。当输入电压变高时，二极管D1截止，电源电压R3给电容C1充电，当C1上充电电压大于U1时，既

8、U2U1,A1输出又变为高电平，从而结束了一次单稳触发。显然，提高U1或增大R2、C1的数值，都会使单稳延时时间增长，反之则缩短。如果将二极管D1去掉，则此电路具有加电延时功能。刚加电时，U1U2,运放A1输出低电平，随着电容C1不断充电，U2不断升高，当U2U1时，A1输出才变为高电平。参考图2。下面是其中的一例：传感器输出信号一般比较微弱，需要经过前置电路对其进行放大、滤波、电平调整，满足单片机对输入信号的要求。本系统采用的半导体气体传感器属于电阻型，因此只需串联一个参考电阻，再经过一个放大电路即可发送给ADC采集。由于系统采用的是单极性供电，所以采用同相比例放大电路，可以减少硬件开销;反

9、之，如果采用反相放大，则一般需要利用双极性供电，这就需要系统额外的利用变压芯片产生一个负压，这显然会造成浪费。常见的运算放大器中，LM324价格低廉、使用简单等优点比较突出，所以本设计中的前置放大电路采用LM324作为电路的运算放大器。LM324是单片高增益四运算放大器，可在较宽电压范围内的单电源或双电源下工作,其电源电流很小且与电源电压无关，四个运放一致性好;其输入偏流电阻是温度补偿的，也不需外接频率补偿，可做到输出电平与数字电路兼容。下面详细介绍运算放大电路:如图3.2所示，从传感器的上端出来的信号V;经过运算放大器的同相输入端，但是为保证引入的是负反馈，输出电压V。通过电阻凡接到反相输入

10、端，同时，反相输入端通过电阻R3接到参考电压同相比例运算电路中反馈的组态为电压串联负反馈，同样可以利用理想运放工作在线性区时的两个特点来分析其电压放大倍数。在图3.2中，根据运放的“虚短”和“虚断”的特点可知，所以本放大电路的放大倍数”,此放大电路为同相比例放大电路，它的放大倍数总是大于或等于1。同相比例运算电路有以下几个特占.同相比例运算放大电路是一个深度的电压串联负反馈电路。因为不存在“虚地”现象，所以其输入端有较高的共模输入电压。1+仝电压放大倍数”，即输出电压与输人电压阴幅值成正比，且相位相同,所以此电路实现了同相比例放大。如果不接R3和R4,则此电路就成了“电压跟随器”，它可以减少电路模块间由十阻抗引起的干扰。由于引入了深度电压串联负反馈，因此电路的输入阻抗很高，输出阻抗很低。高输入阻抗就可以减少放大电路对前端电路的影响，同时低输出阻抗也可以提高自身的抗干扰性，这显然有利于电路中其他模块的设训一。此放大电路还加