lm324内部电路分析与应用.pdf

模电研讨论文姓名： xxxxxxxx 学号： xxxxxxxxx LM324集成芯片内部电路分析与典型应用摘要 ：针对 LM324集成芯片内部电路的分析， 对其工作原理进行综述， 同时对其不同的应用进行仿真和验证工作原理 ：LM 324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垒相同的运算放大器， 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 所示符号来表示，它有五个引出端．其中 “ +”、 “ 一 ” 为两个信号输入端， “ V+” . “V一 ” 为正，负电源端， “ V ” 为输出端 两个信号输入端中，为反相输入端，表示运放输出端的信号与该输入端信号的相位相反 ;为同相输入端，表示运放输出端 V的信号与 该 输 入 端 信 号 的 相 位 相 同 LM 324 的 引 脚 排 列 见 图 3 运算放大器内部的电路图如图 . 图中， 直流偏置电路有 vt5.vt6.vt12.vt17 等三极管组成， 为各级放大电路的放大三极管三极管提供必要的静态电流； 输入极 vt1.vt2.vt3.vt4.vt8.vt9 组成改进型公集 -共射差分放大电路，双端输入，单端输出。

其中 vt8.vt9组成镜像电流源作为差分放大电路的有源负载， vt1.vt4和 vt2.vt3分别构成两个对称的公集 -共射差分放大电路差分放大电路单端输出送到中间放大极 q10管的基极中间放大级是公集 -共射多级级联放大电路 ，其中 vt10.vt11 三极管构成两级射极输出电路，是第二级输入电阻很大，从而提高了输入极的电压增益 Vt15构成一共射电路，进一步提高了放大能力输出级在单电源供电下， vt19.vt20.构成两级公集放大电路放大级 vt15集电极端输出的信号送入 vt19.vt20，同时送入 vt21的发射极， vt17为 vt19.vt20放大，输出经过电阻 r2送入 vt21的发射极， 使 vt21管截止 此时为了获得尽可能大的不是真输出电压，应是静态输出电压为工作电源电压的一半，一半通过在 lm324的输入端加适量的偏执电压来实现应用1. 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=-10此电路输入电阻为 Ri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 Rf Co和 Ci 为耦合电容通过仿真可以看到， 输出信号对输入信号进行了反向放大， 并且放大倍数为 10，验证了 Av=-Rf/Ri ，此放大器实现了反向交流放大2. 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 R3R4的阻值范围为几千欧姆到几十千欧通过仿真可以看出， 该放大器对输入信号进行了同向放大， 并且放大倍数为 11，满足 Av=1+Rf/R4 3. 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1/2V+， 通过输入输出电容的隔直作用， 取出交流信号， 形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 ，在中心频率 fo 处的电压增益 Ao=B3/2B1，品质因数 ， 3dB带宽 B=1/（ п *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/（ 2п foAoC）， R2=Q/（（ 2Q2-Ao） *2п foC）， R3=2Q/（ 2п foC）上式中，当fo=1KHz时， C取 0.01Uf 此电路亦可用于一般的选频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通过仿真，监测一个输出可以得到如图的结果，为了能清晰的看到两个图像，两个通道的量程不同，但是结果却相同，两通道波形大小相等，方向相同，实现了跟随的要求，同理其他两个输出也满足要求4. 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、 R1ˊ组成分压电路，为运放 A1设定比较电平 U1； 电阻 R2、 R2ˊ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 Ui >U1时，运放 A1输出高电平；当 Ui U2， 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 U2 > U1，则当输入电压在 [U2， U1]区间范围时， LED点亮，这是一个 “ 窗口 ” 电压指示器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5. 单稳态触发器见附图 5 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 A1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 U1>U2，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 U2>U1， 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，反之则缩短图 5 图 6 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， U1>U2， 运放 A1输出低电平， 随着电容 C1不断充电， U2不断升高， 当 U2>U1时， A1输出才变为高电平参考图 6参考文献 ：[1].李洪明 . LM 324的应用与测试 1994 [2].李洪明 . LM 324四运放的应用 1991 [3]：百度文库 . [4].刘颖 .任希 .曾涛 .模拟电子技术北京交通大学 .2008.3 。