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2020年6月总第339期
ISSN1672-1438
CN11-4994/T 基于集成运算放大器的综合实验设计
岳昊嵩 张秀磊 张 静 范昌波
电压跟随器电路图北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院 北京 100191 摘 要：设计了基于集成运算放大器的综合性实验系统。该系统包括正弦波、方波、三角波发生电路，电压跟随器电路，反相比例求和电路以及有源低通滤波电路。实践证明，学生通过动手操作加深了对运算放大器的理解，对信号的叠加与去噪形成了初步认识，锻炼了动手能力。 关键词：运算放大器；波形产生；信号处理；实验设计
作者简介：岳昊嵩，工学博士，实验师；通讯作者：张秀磊，工学硕士，实验师；张静，工学硕士，实
验师；范昌波，工学硕士，高级实验师。
基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(编号：YWF-20-BJ-J-923)；北航双百工程优质课程(A 级)建设项目(编号：4003095)；2019年北京航空航天大学教学改革项目(编号：4003141)。
集成运算放大器(简称集成运放)是一种包含了多级放大电路的集成器件，具有较高的输入阻抗、较低的输出阻抗、较高的电压放大倍数以及较好的动态特性，在计算机、传感器、自动控制等领域具有非常广泛的应用[1-3]。作为电类专业学生必须掌握的集成电路，很多高校都开设了集成运放方面的实验课程[4-6]。为了让学生进一步熟悉和巩固集成运放的使用方法，本文设计实现了基于集成运放的综合性实验系统。该系统包含了正弦波、方波、三角波等波形产生电路，以产生不同频率、不同类型的信号波形。以所产生的信号为基础，设计了信号叠加与去噪电路。该系统还包含了电压跟随器模块，以提高信号的带载能力。通过该实验，学生对集成运放的使用有了更加深刻的理解，对波形产生和基本的信号处理有了进一步的认识。 1 实验系统设计
1.1 系统整体方案设计
系统的整体方案如图1所示。搭接一个方波发生电路，产生一个频率较高的方波信号；将该方波信号输
入一个积分电路中，产生一个与方波同频率的三角波信号，并将其作为噪声信号；搭接一个正弦波发生电路，产生一个频率较低的正弦信号，并将其作为原始信号；将正弦信号和三角波信号输入反相比例加法器电路，模拟信号的叠加过程；最后搭接一个有源低通滤波电路，从混合信号中恢复出频
率较低的原始信号。
图1 系统整体方案图
1.2 各功能模块设计
1.2.1 方波发生电路
图1(a)为由集成运放和阻容元件构成的方波发生电路。电阻R 2，R 3构成了正反馈，因此前级运放将一直处于饱和状态。当u o1为正饱和电压时，将通过电阻
R 1给电容充电。当电容充电到与运放同相输入端电压
相同时，运放将发生翻转，u o1输出负饱和电压，电容将通过电阻R 1放电。这样，电容不断充放电，运放不断翻转，就可以在输出端产生周期性的方波信号，其周期为：
11323
42C R R T R R =
+ 式(1)
由于前级运放的输出是正饱和电压或负饱和电压，所产生方波信号的幅值是固定的。为了调节方波信
号的幅值，可加一个电位器R w 进行分压。为了提高分压信号的带载能力，还需要再加一个电压跟随器，从而在u o2处得到具有较强带载能力
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