基于LM324的简易波形发生器word文档良心出品.docx

1、基于LM324的简易波形发生器word文档良心出品设计报告作品名称：基于LM324的简易波形发生器作 者： 何 其 洪 洪 文 娟 吴 丽 萍 基于LM324的简易波形发生器摘 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，构成简易波形发生器。该波形发生器具有效率高、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。 关键词 LM324 简易波形发生器1 方案设计与论证1.1 方

2、案1采用ICL8038集成函数信号发生器芯片外加电阻、电容元件，构成波形发生电路。ICL8038集成函数信号发生器芯片是一种多用途的波形发生器芯片，它可以用来产生正弦波、方波、三角波和锯齿波。它的振荡频率可以通过外加的直流电压进行调节，是一种压控集成函数信号发生器。虽然ICL8038集成函数信号发生器的功能强大，但是它的价格昂贵，而且市面上也较难买到。如果用ICL8038芯片来制作简易波形发生器系统，则会大大增加系统的制作成本。1.2 方案2采用LM324集成运放芯片，外加电阻、电容等元器件调整、滤波，构成简易波形发生器。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

3、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，就可以制作成简易波形发生器电路。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。基于这种考虑，方案2被选用。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

4、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：图4 系统框图系统采用12V双电源供电，主体部分由LM324集成

5、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

6、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/

7、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

8、”，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 系统测试3.1 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 50

9、22S14函数信号发生器/计数器SP1641B13.2 数据测试与结果分析 将做好的电路系统的地线端接到电源的地电位端，正、负电源端分别接到电源的12V接线端上。注意电源的极性不要接反。将示波器调于2V/1mS和5V/1mS处，用示波器的探头分别测试电路的UO1、UO2、UO3处，观察电路的输出波形。测得的数据如下表所示：表2 测试数据1被测项目峰-峰值VP-P（V）周期T（mS）频率f（Hz）被测端口理论值实际值理论值实际值理论值实际值UO110.8010.804.804.50208.30222.20UO210.8010.804.804.50208.30222.20UO321.6021.80

10、4.804.50208.30222.20根据示波器的测试波形如下图所示：图7 输出波形在电路中断开LM324第七脚与R6的接线，观测二阶有源低通滤波器的输出UO3，从而观测电路的上限截止频率fH。测得的数据如下表所示：表3 测试数据2输入电压幅度VIP-P（V）输入电压频率f（Hz）输出电压幅度VOP-P（V）4.00100.678.20150.488.60200.019.20300.4610.40350.8411.00459.9910.40574.367.80600.806.20800.903.401000.002.20从测试的结果可以得出电路的截止频率fH为574.36Hz，这与理论计算值

11、408.3HZ相差较大。由上述的测试数据可以看出，在未断开LM324第七脚与R6的接线时，输出电压和频率的理论计算值与实际测量值的误差不是很大。这证明前两级电路的设计和制作基本上是成功的。但在单独测量第三级二阶有源低通滤波电路时，测试得到的结果就与理论计算值相差较大。分析其结果，可能是由这几个原因造成的：电路中的电容使用的是瓷片电容，它的标称值与实际值误差较大；电路中的电阻等其它器件可能也存在着一定的误差；外界环境中存在着电磁干扰，也可能对测试结果产生一定的影响。3.3 测试结论 经测试，电路的前两级的设计基本上符合设计的要求，但电路的第三级的误差较大。误差可能是由元器件的误差和外界的干扰引起

12、的。为了减少误差，可以在电路的设计时选用精度更高的器件，并对电路做电磁屏蔽处理，以进一步改善电路的性能，减小电路的误差。 4 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，构成简易波形发生器。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.