基于LM324的简易方波三角板正弦波形发生器设计报告

1、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

2、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

3、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

4、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

5、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，uo1±uz±5.4(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

6、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/ r2t4×20×103×12×103×0.1×106/(20×103) t4.80(ms)则振荡频率为：f1/t1/4.8×10

7、3208.33(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：uo32uo22uz±10.8(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/(2

8、×3.14×3.9×103×0.1×106)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，