基于LM324的简易方波三角板正弦波形发生器设计报告.doc

设计报告作品名称： 简易信号发生器作 者： 赵子龙 120402022 张鹏 120402079 唐雪薇 120402030 联系电话：15566530167 简易信号发生器摘 要在电子系统中，经常要使用到方波、三角波等波形的波形信号产生电路，常用于产生各种电子信号，完成电子系统间的通信以及自动测量和自动控制等系统中。本系统采用LM324集成运放芯片，外加电阻、电容等元器件调整、滤波，构成简易信号发生器。该信号发生器具有效率高、体积小、重量轻，输出稳定，能产生方波、三角波和正弦波等电子信号，可以作为其它电子系统的信号发生模块电路。 1 方案设计 采用LM324集成运放芯片，外加电阻、电容等元器件调整、滤波，构成简易信号发生器。LM324是一种集成运算放大器芯片，它的内部有四个独立的运算放大器。根据所学的知识，运算放大器可以构成滞回比较器、积分器和二阶有源低通滤波器电路，可以分别产生方波、三角波和正弦波。依靠这些电路的组合，就可以制作成简易信号发生器电路。该电路具有效率高、体积小、重量轻，输出稳定等特点。而且LM324集成运放芯片价格低廉，又很容易买到，可以降低电路的制作成本。2 系统设计2.1 LM324芯片简介LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装（DIP14），外形如图1所示：图1 LM324外型图片它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，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2所示的符号来表示：图2 LM324内部的运放单元在电路中的符号它有5 个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo 的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo 的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图3：图3 LM324引脚排列图由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。2.2 电路组成和工作原理根据要实现的功能，设计的电路系统框图如下图所示：电 源滞回比较器积分器二阶有源低通滤波器方 波三角波正弦波 波图4 系统框图系统采用12V双电源供电，主体部分由LM324集成运放芯片构成的滞回比较器、积分器和二阶有源低通滤波器电路组成。它由滞回比较器产生方波信号，方波信号经过积分器后产生三角波信号。三角波信号一路反馈回滞回比较器，作为滞回比较器的VREF ；另一路经二阶有源低通滤波器滤波以后产生正弦波信号。使用时可以在电路系统的不同输出点得到不同的波形信号。2.3 电路设计与计算根据系统框图，设计的电路如下图所示：图5 系统电路原理图（1）图6 系统电路原理图（2）由图6可以看出，电路分为三级，即由运算放大器构成的滞回比较器、积分器和二阶有源低通滤波器。UO1、UO2、UO3是电路的三个输出端，分别输出方波、三角波和正弦波。电路的第一级是一个滞回比较器，用于输出方波。它输出电压的幅度由稳压管ZD1、ZD2共同决定。设计中，ZD1、ZD2均选用4.7V的稳压二极管，则它们的稳压幅度UZ为： +UZ 4.70.75.4(V)其中，0.7V为二极管ZD1正向导通时的管压降。-UZ -(4.70.7)-5.4(V)其中，0.7V为二极管ZD2正向导通时的管压降。所以，UO1UZ5.4(V)电路的第二级是一个积分器，用于输出三角波。当电路的第一级输出的方波信号UO1送入该级电路后，由该级电路对信号进行积分变换以后，产生三角波信号UO2。UO2分成两路，一路输入第三级电路，另一路反馈回滞回比较器，作为滞回比较器的VREF。第二级电路的输出电压幅度为：+UO2R1/R2UZ+ UZ5.4(V)-UO2-(R1/R2UZ)- UZ-5.4(V)即第二级电路的输出电压幅度和第一级电路的输出电压幅度相同。第一级电路和第二级电路的振荡周期相同，可以由以下的公式求得：T4R1R4C1/ R2T420103121030.1106/(20103) T4.80(mS)则振荡频率为：f1/T1/4.8103208.33(Hz)第三级电路是二阶有源低通滤波器，用于对第二级电路送来的信号UO2进行滤波。UO2经过第三级电路的滤波之后，变换成正弦波信号后由UO3输出。UO3输出信号的周期与UO2输出信号的周期相同。根据集成运算放大器的工作原理，集成运算放大器的两反向输入端“虚短”，即两反向输入端的电压相等。所以在第三级电路中，运放的第9引脚和第10引脚的电位相等。又因为R8、R9电阻的阻值相等，所以UO3的输出电压的幅度是UO2的两倍。即：UO32UO22UZ10.8(V)而第三级电路的上限截止频率为：fH1/(2RC)上述公式中，RR6R73.9(k)CC2C30.1(F)fH1/(23.143.91030.1106)408.30(HZ)这说明，第三级电路将阻止频率高于408.30HZ的信号通过。3 测试工具测试时所用到的工具如下表所示： 表1 测试工具序号名称型号数量1万用表GDM-813512直流稳压电源QJ3003S13数字示波器EDU 5022S14函数信号发生器/计数器SP1641B14 设计结论本系统LM324集成运放芯片，外加电阻、电容等元器件调整、滤波，构成简易信号发生器。该电路基本达到了竞赛题目中要求的各项任务和功能，并且具有一定的实用性。通过本次设计，加强了自己的理论水平，提高了自己的动手能力。在制作电路的过程中更是学到了许多实践经验，如电路板的布线、元器件的识别和整机的调试等各方面的经验。学到了许多课本上没有的知识，得到了很大的锻炼。 参考文献1 . 康华光.电子技术基础（模拟部分）.高等教育出版社，2003.03.2 . 胡宴如.模拟电子技术. 高等教育出版社，2000.08.VI