lm324波形发生器

1、LM324波形发生器 组员：*基于LM324的简易波形发生器摘要：各种各样的信号是通信领域的重要组成部分，其中锯齿波，正弦波，三角波和方波等是较为常见的信号。在科学研究及教学实验中常常需要这几种信号的发生装置。为了实验研究的方便，研制一种使用方法的信号源是十分必要的。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。目录1 方案设计与论证1.1 方案1 21.2 方案2 31.3 方案3 32 系统设计 32.1 LM324芯片简

2、介 42.2 电路组成和工作原理 42.3 电路设计与计算43 系统测试63.1 测试工具83.2数据测试与结果分析83.3 测试结论94 设计结论101 方案设计与论证1.1 方案1通过芯片IC145152，使用锁相频率合成方法。压控振荡器搭接的锁相环电路输出稳定性极好的正弦波，再利用过零比较器转换成方波，积分电路转换成三角波。缺点：此方案，电路复杂，干扰因素多，不易实现。1.2 方案2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

3、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。1.3 方案3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

4、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。综上论证分析第三种方案最适合，故选用第三种方案，用LM324集成芯片。2 系统设计2.1 电路组成和工作原理根据电路所实现的功能，下图是设计的电路系统框图：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

5、电路系统的不同输出点得到不同的波形信号。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和管脚排列，如图示：Lm324外形图和管脚标号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：Lm324内部运放单元在电路中的的符号；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。2.

6、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系统电路原理图图6 系统电路原理图由图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，UO

7、1±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

8、5;103×0.1×106/(20×103) T4.80(mS)则振荡频率为：f1/T1/4.8×103208.33(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

9、±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/(2×3.14×3.9×103×0.1×106)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 系统测试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

10、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UO110.8010.804.804.50208.30222.20UO210.8010.804.804.50208.30222.20UO321.6021.804.804.50208.30222.20根据以上数据在模拟示波器中得到的仿真波形如下图；以上分别是矩形波，三角波，正弦波仿真。实验时波形；从以上的方针和实验波形对照可以看出实验波形不太标准，而这需要考虑很多外界因素。比如焊接虚焊，线路之间的干扰等。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

11、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.实物图； 测试总结与反思：基本说来，我们这次还算是较好的完成了老师布置的任务，各项指标都基本正常，在做的过程中没出现什么大的问题。有就是团队不细心，在焊板子的时候把芯片的引脚接反了，虚焊，漏焊现象还是有的，或者是把一些重要的地方的线接错了，要么就