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组号:31号
一、问题重述
题目A:运算放大器的应用
1、任务
基础部分:
利用运算放大器,设计制作一个三角波发生电路。
将上述三角波经波形转换电路后输出正弦波。
扩展部分:
利用集成运算放大器,制作一个功率放大电路,驱动扩音器发声,输入信号为上述正弦波。
使用三极管自搭运算放大器实现3中功能。
2、要求
1、三角波和正弦波频率为6kHz,峰峰值分别为2V和4V,波形无明显失真,测试点分别为Uo1和Uo2。
2、正弦波经功率放大后驱动额定功率0.5W,阻抗8Ω的扩音器,测试扩音器输入端Uo3,波形无明显失真。
二、设计方案概述
由于本次题目的模块性非常强,所以本组采用模块化制作方法,对每一个小题分别进行仿真与实际焊接,各自设计单独模块,在每一个模块正常工作的情况下对电路进行整合调试。本组作品共设计制作了四个模块,如下所示:
三角波发生电路
三角波—正弦波转换电路
集成功率放大电路
三极管功率放大电路
实物焊接图如下:
图1 实物焊接图
三、单元模块详解
1、三角波发生电路
图2 三角波发生电路图
图2为三角波发生电路图,核心元件为一个LM324集成运算放大器。本电路可分为三部分,每部分又以LM324的一块电路为核心搭建而成。
第一部分为方波产生电路,利用施密特的谐波,该方波发生器常称为多谐振荡器
图3 三角波仿真效果图
图4 三角波实际效果图
2、三角波—正弦波转换电路
图5 三角波—正弦波转换电路
图5为三角波—正弦波转换电路,由差分放大器和电压跟随器器组成,核心元件为LM324运算放大器。
第一部分为差分放大器,差分放大器具有工作点稳定,输入阻抗高,抗干扰能力较强等优点。特别是作为直流放大器,可以有效的抑制零点漂移,因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。
电压器输出电压近似输入电压,,因而对前后级电路起到“隔离”作用
图6 正弦波仿真效果图
图7 正弦波实际效果图
3、集成功率放大电路
图8 集成功放电路
图8为集成功率放大电路,核心元件为LM386集成运算放大器。功率放大电路的任务是将输入的电压信号进行功率放大,保证输出尽可能大的不失真功率,从而控制某种执行机构用LM386OTL功放电路如上图所示,信号从3脚同相输入端输入,从5脚经耦合电容μF)输出。1脚与8脚所接电容、电阻是用于调节电路的闭环电压增益,电容取值为10μF,电阻R在0~kΩ范围内取值改变电阻值,可使集成功放的电压放大倍数在20~200之间变化,R 值越小,电压增益越大。输出端510Ω电阻和μF电容组成容性校正网络,以抵消负载中的感抗分量,防止电路自激。
图9 集成功放仿真效果图
图10 集成功放实际效果图
4、三极管功率放大电路
图11 三极管功放电路
图11为自搭三极管功率放大电路,左侧两个三极管为小信号前置放大电路,右侧两个三极管为功率放大电路。由于multisim仿真软件中没有8050、8550三极管,故分别用2N5551和2N1132A三极管代替。
右侧功率放大电路输出波形存在大量的直流分量,通过电容C1滤去直流分量后存留的交流信号过小,不足以带动扩音器发声,因此增加左侧的小信号前置放大电路,放大交流信号。
图12 三极管功放仿真效果图
图13 三极管功放实际效果图
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