深度剖析 LM324:音频放大电路的多样应用

出处:网络整理时间:2025-07-18
LM324 是一款经典的四运放集成电路,它采用 14 脚双列直插塑料封装,其外形如图所示。该集成电路内部包含四组形式完全相同的运算放大器,除了电源共用之外,这四组运放相互独立。每一组运算放大器可以用特定符号表示,它具有 5 个引出脚。其中,“+” 和 “-” 是两个信号输入端,“V+” 和 “V-” 分别为正、负电源端,“Vo” 则是输出端。在两个信号输入端中,Vi - (-) 为反相输入端,意味着运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相反;Vi + (+) 为同相输入端,即运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相同。LM324 的引脚排列情况见图 2。
由于 LM324 四运放电路具备电源电压范围宽、静态功耗小、可单电源使用以及价格低廉等显著优点,因此在各种电路中得到了广泛的应用。接下来,我们详细介绍其应用实例。

1. LM324 作反相交流放大器


电路如图所示,此放大器能够代替晶体管进行交流放大,可应用于扩音机前置放大等场景。该电路无需调试,采用单电源供电,由 R1 和 R2 组成 1/2V + 偏置,C1 是消振电容。放大器的电压放大倍数 Av 仅由外接电阻 Ri 和 Rf 决定,公式为 Av = - Rf/Ri,负号表示输出信号与输入信号相位相反。按照图中所给数值,Av = - 10。此电路的输入电阻为 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来选定 Rf。Co 和 Ci 为耦合电容。

2. LM324 作同相交流放大器


同相交流放大器的突出特点是输入阻抗高。其中,R1 和 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 同样仅由外接电阻决定,公式为 Av = 1 + Rf/R4,电路输入电阻为 R3。R4 的阻值范围通常在几千欧姆到几十千欧姆之间。

3. LM324 作交流信号三分配放大器


此电路能够将输入交流信号分成三路输出,这三路信号可分别用于指示、控制、分析等不同用途,并且对信号源的影响极小。由于运放 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,所以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 和 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,形成三路分配输出。

4. LM324 作有源带通滤波器


许多音响装置的频谱分析器都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为 ,在中心频率 fo 处的电压增益 Ao = B3/2B1,品质因数 ,3dB 带宽 B = 1/(π * 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,如 R1 = Q/(2πfoAoC),R2 = Q/((2Q2 - Ao) * 2πfoC),R3 = 2Q/(2πfoC)。上式中,当 fo = 1KHz 时,C 取 0.01Uf。此电路也可用于一般的选频放大,并且该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即可。

5. LM324 应用作测温电路


感温探头采用一只硅三极管 3DG6,将其接成二极管形式。硅晶体管发射结电压的温度系数约为 - 2.5mV/℃,即温度每上升 1 度,发射结电压就会下降 2.5mV。运放 A1 连接成同相直流放大形式,温度越高,晶体管 BG1 压降越小,运放 A1 同相输入端的电压就越低,输出端的电压也越低,这是一个线性放大过程。在 A1 输出端接上测量或处理电路,便可对温度进行指示或进行其它自动控制。

6. LM324 应用作比较器


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,即 10 万倍)。此时运放便形成一个电压比较器,其输出要么是高电平(V +),要么是低电平(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 时,运放 A2 输出高电平。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。

7. LM324 应用作单稳态触发器


此电路可用于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,即 U2 > U1,A1 输出又变为高电平,从而结束了单稳触发。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。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。













综上所述,LM324 凭借其独特的性能和多样化的应用电路,在电子领域发挥着重要的作用,无论是音频放大、信号处理还是温度测量等方面,都展现出了其卓越的优势。
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