2023-年全国大学生电子设计竞赛实验报告

2023年全国大学生电子设计竞赛实验报告一、实验目的1、熟练掌握各种常用实验仪器的使用方法。2、熟悉LM324运放的典型参数及应用。3、掌握PDF资料的查询与阅读方法。4、掌握电子设计与调试的根本流程及方法。二、实验内容设计要求：使用一片通用四运放芯片LM324组成电路框图见图1，实现下述功能：使用低频信号源产生，f0=500Hz的正弦波信号，加至加法器输入端。自制三角波产生器产生T=0.5ms〔±5%〕，Vp-p=4V的类似三角波信号，并加至加法器的另一输入端。自制加法器，使其输出电压Ui2=10Ui1+Uo1。自制选频滤波器，滤除频率分量，得到峰峰值等于9V的正弦信号，用示波器观察无明显失真。5.将和送入自制比拟器，其输出在1KΩ负载上得到峰峰值为2V的输出电压。方案论证与数值计算：由于电源只能选用+12V和+5V两种单电源，由稳压电源供应，而LM324N具有宽的单电源或双电源工作电压范围，单电源：3-30V,双电源：1.5V-15V,经过试验我们选择双电源供电，所以进行电源的搭建三角波发生局部：方案一：三角波发生器电路按照由方波经过积分电路得到，需要两个放大器，不满足实验要求。方案二：利用RC充放电模拟三角波，通过两个电位器分别来调节周期和峰峰值至实验要求的值。到达合理利用现有资源高效到达要求的目的。因此我们采用方案二。题目要求三角波发生器产生的周期为T=0.5ms，Vpp=4V的类似三角波。我们由公式T=2*R14*C1*ln〔1+2*R3/R15〕另外运放1端输出电压设为U,那么Uo1=〔R15/(R15+R1〕〕*U。选取电容为较常见的47nf,计算得R1=2R14；R14=0-5K，所以取R1为0-10k；得到R15=0-10K;加法器局部.加法电路要实现由于是同向加法器，Ui2=(R8/R4)*Uo1+(R8/R5)Ui1其中要满足R7//R8=R4//R5//R6。如设R8=20K,R7=1K那么R4=20K,R5=2K,R6=2K.2阶低通滤波电路:二阶压控电压源低通滤波器如图2所示，它由两节RC滤波器和同相放大电路组成。其中同相放大电路实际上就是所谓的压控电压源，它的电压增益就是低通滤波的通带电压增益，即。1.传递函数可以推导出二阶压控电压源低通滤波器的传递函数为上式为二阶低通滤波器传递函数的典型表达式。其中n为特征角频率，而Q那么称为等效品质因数。上式说明，AO=AVF<3，才能稳定工作。当AO=AVF≥3，A(s)将有极点处于右半s平面或虚轴上，电路将自激振荡。2.幅频响应用s=j代入上式可得幅频响应和相频响应表达式为相频响应表达式说明，当=0时，；当时，。显然，这是低通滤波电路的特性。由幅频响应表达式可画出不同Q值下的幅频响应，如图3所示。图3由图可见，当Q=0.707时，幅频响应较平坦，而当Q>0.707时，将出现峰值，当Q=0.707和=1情况下，；当=10时，。这说明二阶比一阶低通滤波电路的滤波效果好得多，所以采用此方案。设计一个压控电压源型二阶有源低通滤波电路，要求通带截止频率fo=500Hz，试确定电路中有关元件的参数值,根据实验过程中发现仅仅2阶波形会被高频信号干扰，所以在输出再加一个低通滤波。比拟器局部比拟器局部信号Uo1与Uo2进行比拟，当两个信号值相同时输出电压发生跳变，输出的电压通过运放的自身实现限幅，为了在1k负载上得到Vp-p=2V的电压电路图中利用R13进行分压，Uo3=〔RL/〔R13+RL〕〕*U.完整电路仿真图仿真结果图实物图测试结果记录：PCB图PCB板三角波加法器正弦波方波总结与改良方案LM324的综合应用增强了我们的实际动手能力，通过理论联系实际解决具体问题提升了学习电子技术的兴趣。电路调试的时候花去的时间占据了大半的课程设计时间，通过对本次课程设计的实践，我们进一步熟悉了示波器，波形发生器，数字万用表的使用。希望下次能够用更少的时间完成实验，更好的设计出电路。三、实验器材〔一〕实验仪器万用表直流稳压电源示波器低频函数信号发生器电烙铁〔二〕实验元件根本局部：通用电路板一块、LM324一片、电位器4个，电阻，电容，细导线，焊锡丝等假设干。四、实验原理1.类似三角波的产生可利用方波产生电路中的RTCT充放电的波形。2.加法器、滤波器〔低通〕、比拟器电路见模拟电路教材。五、实验考前须知1.电源只能选用+12V和+5V两种单电源，由稳压电源供应。不得使用额外电源和其它型号运算放大器。2.要求预留、、、、和的测试端子，建议在相应节点焊接导线，方便测试。3.实验中根本局部的制作只允许使用电阻、电容和一个LM324芯片。4.LM324芯片及芯片座、电路板、导线、焊锡