研究专题二LM324集成芯片内部电路分析与典型应用

专题研讨二LM324集成芯片内部电路分析与典型应用摘要：LM324集成芯片内部构造由四运放构成，其优点相较于标准运算放大器而言，电源电压工作范围更宽，静态功耗更小，因此在生活中有着极为广泛的应用。LM324的四组运算放大器完全相同，除了共用工作电源外，四组器件完全独立。以其中一组运算放大器为例分析，其内部电路共由两级电路构成，其耦合方式为电容耦合，这使得两级电路的直流工作状态相互独立，互不影响。LM324的典型应用有滤波器的制作。带通滤波器可由一高通滤波器与一低通滤波器级联而成，为了使电压放大倍数达到设计要求，可以改变接入电路电阻阻值来实现。关键词：LM324集成芯片;工作原理;滤波器InnerCircuitAnalysisofLM324andItsTypicalApplicationZhangXiaozhouAbstract:LM324isconstructedbyfouroperationalamplifier.Comparedtonormaloperationalamplifier,LM324hasmoreadvantages,suchas,widerworkingrangeofvoltage,lessstaticpowerloss,whichmakesitwaswildlyusedinourdailylife.Fouroftheoperationalamplifiersareipentity,andexpectofthecommonelectricalsource,alloftheoperationalamplifiersareindependent.Takeoneoftheoperationalamplifiersasexample,theinnercircuitofitwasconstructedbytwoparts,andtheyarelinkedbyonecapacitancesointhestaticstate,thistwopartsarenotinfluencedbyeachother.BandpassfilterisoneoftypicalapplicationsofLM324.Bandpassfiltermakesbyhighpassandlowpassfilter.Tomeetthedesigncriteria,operatorscanchangetheresistivityoftheresistorsinthecircuit.Keywords:LM324;operatingprinciple;filter1、工作原理LM324系列集成芯片为四个完全相同的运算放大器封装在一起的集成电路，该集成电路外部具有十四个管脚，分别包含八个输入端口、四个输出端口以及两个电压端口。如图1所示，LM324常用的封装方式有两种：双列直插所料封装（DIP封装方式）以及双列贴片式封装（SOP封装方式）。图2为LM324的管脚连接图。除电源共用外，四组运放相互独立。由图可知：第1、7、8、14号管脚为输出管脚，分别对应四个运算放大器的输出端。第2、6、9、13号管脚为负输入端。第4、11两管脚连接工作电压。使用时，在4、11号管脚处分别接入正负工作电源（一般为12V或15V）将输入端高点平输入至正输入端，低电平输入至负输入端，此时在输出端便可得到经过同相放大的电压。若将正负端反接，则可在输出端得到经过反响放大的电压。与标准运算放大器相比，LM324这种差动输入方式的器件具有显著的优点。它的优点在于电源电压范围宽、静态功耗小、可采用单（双）电源方式使用，价格低廉。因此，LM324的应用在各种电路中。2、单元电路分析LM324的1、2、3；5、6、7；8、9、10；12、13、14管脚分别组成四个运算放大器单元。下面就一个单元作简要分析。电路图如图3所示。电路总共分为两级。首先前级输入端输入的电路为双端输入单端输出的差分放大电路。差分电路上方偏置电阻为电流源形成的有源负载。差分电路的共模输入以及下方的恒流源电路都起到稳定工作点以及输出电压的作用。另外，镜像电流源也可为电路提供直流工作电流使得电路有合适的静态工作点，确保电路在直流状态下能够正常工作，同时保证信号放大过程中不会出现饱和失真或截止失真。差分电路的输出端经过共射、共集放大器，这两个器件的作用是对输出信号进行放大。电路由一电容耦合至第二级电路。第二级电路的核心部分是由一个PNP型管构成的共基组态电路。共基组态放大器的特点是信号工作带宽范围大、适合用于高频电路中。下面来判断电路经过三极管放大后输入端以及输出端信号的极性。由顺势极性法我们可以得知，在经过差分放大电路后，第一级电路输出为正点位。由于共基组态放大电路输出电压与输入电压的方向相同，因此输出端输出为正电位，这与实际云端放大器要求相符合。3、典型应用电路设计——带通滤波器LM324的应用电路有许多种，例如高阻抗差动放大器、滤波器、函数发生器、维思电桥振荡器、迟滞比较器等等，在此以带通滤波器的典型应用设计应用电路。3.1设计要求通带增益：Au1通频带：HLBWff3KHz300Hz3.2问题分析由题意可知，带通滤波器可以由一低通滤波器级联一高通滤波器而近似代替，其中上限频率fH3kHz为当低通滤波器的电压增益下降到0.707Au时对应的频率；下限频率fL300Hz为当高通滤波器的电压增益下降到0.707Au对应的频率。利用运算放大器虚短、虚断、虚地特性分别可以算出电压增益与各电阻、电容值的关系，带入实验要求数据即可确定电路各参数值。0.707AufLfHAu/dBf/Hz3.3设计电路图3.4参数确定对于第一级电路：因为4131RAuR121212HfRRCC221211211RCRCQRCRC为了满足11Au，43RR应尽可能小。这里取3100Rk41Rk为了简化计算，取12RR；12Q。则：13002HfkHzRC12CC0.1uFC+12V-12VC1C2C3C4R1R2R3R4R5R6R7R8--++UiUo12RRR5.3对于第二级电路：因为8271RAuR563412LfRRCC535464631RCRCQRCRC为了满足21Au，65RR应尽可能小。这里取5100Rk61Rk为了简化计算，取56RR；12Q。则：132LfkHzRC34CC0.1uFC12RRR530综上可知：121AuAuAu12RR5.312RR5301234CCCC0.1uF