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文档简介
1、电网络实验报告基于运放 LM324 的波形发生器指导教师:邵定国学 生:袁同浩 学 号:137212442013-10-13上海大学上海市延长路 149 号1目录摘要.1一 三角波发生电路 .2二 正弦信号 .4三 正弦波和三角波的叠加。.5四 滤波环节 .7五 比较环节 .9小结.11附录.122摘要摘要本文使用 LM324 芯片的 4 个集成运算放大器实现了三角波发生电路、同相加法器、二阶 RC 网络有源滤波器和滞回比较器。每个子电路分别使用一个运放。首先搭建出三角波发生电路,发出频率为 2K HZ 峰峰值为 4V 的三角波,记为;然后用信号发生器发出频率为 500HZ、最大值为ui10.
2、1V 的正弦波信号;随后将两个信号送到同相加u2= 0.12500法器得到信号;再将送入滤波器,将三角波信1= 1+ 1021号滤除,得到正弦信号记为;最后将和三角波信号分别送到滞u2u2回比较器的反相端和同相端,进行比较同时输出方波信号。uo3一一 三角波发生电路三角波发生电路三角波发生电路如图 1 所示。电阻 R1 和 R3 构成正反馈,C1 和R2 构成负反馈。输出电压由 5.1V 的稳压管钳位。U2ALM324AD321141VEE-15VVCC15VC10.1FR23kR310kR15.5kD11N4733AD21N4733A图 4 三角波发生电路记运放的同相端和反相端电压分别为:、
3、。当大于时,放大器输出端输出,uuuuu是稳压管电压,实际在 5.6V 左右。此时电容 C1 被充电,电容 C1 上电压线性增大。反之,u电容 C1 上的电压线性减小。所以可以从 C1 上取出三角波。三角波的频率 =1221(1 + 231)三角波幅值4i1=13+ 1其中,是稳压管 V1 和 V2 的稳压值。按照要求,f 为 2kHZ。三角波幅值为 2V。1取,R3=10K,R1=5.5K,C1=0.1uF。则可计算得到 R2 的值:2=500 10 62 0.1 10 6 (1+231)=4实际仿真时,进行了微调,最终 R2 取值 4k。仿真结果如图 2 所示。图 2 三角波波形5二二 正
4、弦信号正弦信号正弦信号由信号发生器发出,其仿真波形如图 3 所示。图 3 正弦波波形从图中可见,该波形频率为 500HZ,最大值为 100mV。6三三 正弦波和三角波的叠加。正弦波和三角波的叠加。叠加的过程本文采用的是使用运放搭建的同相加法电路。同相加法器的电路结构如图 4 所示。U4ALM324AD321141R410kR5190kVCC15VVEE-15VR819kR71kR610kXFG1Uo1Ui1Ui2图 4 同相加法器电路结构该电路的要求是能够对不进行放大,而对 放大 10 倍。根据该电路结12构,容易得到:u1=(64+ 62+65+ 61)7+ 87=1+ 102最终的仿真波形
5、如图 5 所示。u17图 5 仿真波形u1从图中可见,合成波形。1= 1+ 1028四四 滤波环节滤波环节从图 5 可以看出,的峰峰值为 4V,而设计要求滤波器的输出信1号,即的峰峰值为 9V。同时为了达到更好德尔滤波效果,本文采u02用二阶 RC 有源滤波器。其电路结构如图 6 所示。C30.1FR93.18kU1ALM324AD321141C20.1FR103.18kVCC15VVEE-15VR1214.8kR1110k图 6 滤波器电路结构图其中,R9=R10;C2=C3。该滤波器的截止频率为:f =12先取电容为 0.1uF,截止频率定为 500HZ,则可得电阻R=3.18K。滤波器的
6、输出仿真波形如图 7 所示。从图中可以看出,波形频率为 500HZ,峰峰值为 9V,满足要求。9图 7 滤波器输出波形10五五 比较环节比较环节根据要求将滤波器的输出波形与三角波相比较得出类似于 SPWM 的方波。比较电路采用滞回比较器,电路结构如图 8 所示。U3ALM324AD321141VCC15VVEE-15VR1310kR1410k图 8 滞回比较器电路结构。滞回比较器输出波形如图 9 所示。图 9 滞回比较器输出波形从图 8 可看出,该波形的占空比并不是固定的,也就是说并不是一个方波。从图 9 可以看出原因。11图 9 三种波形的比较图 9 中,三角波和正弦波的示波器纵坐标设置相同
7、都为 2V/格,输出的 SPWM 波形,由于在输出端没有稳压管限幅幅值可达 15V,所以纵坐标设置为 10V/格。从三角波由同相端输入,正弦波由反相端输入,所以当三角波瞬时值大于正弦波瞬时值的时候滞回比较器的输出为 15V,反之为-15V。完整的系统图见附录12小结小结这将近一个月的时间里,我利用课下时间查阅文献,总结思考我终于将此次设计报告完成。其中难点主要是三角波发生器和滤波电路。因为运放个数的限制,三角波发生器只能使用一个运放,尽管我看了很多文献,依然不知道如何实现,最后在邵老师的提示下,才想出文中的电路。邵老师知识渊博、谦虚谨慎,而且能够在百忙之中及时回复我的邮件,在这里我要感谢邵老师对我的指导。滤波器的设计十分复杂,因为从来没有认真思考过滤波器的设计,所以这次滤波器的设计占用了我大部分的时间。还好最后在和同学的讨论中设计出文中使用的滤波器,在此,我要感谢我的同学们对于我的帮助。虽然花了较多的时间,但最终还是将报告以及仿真完成,并且达到了理想的结果。遗憾的是,因为时间和材料的原因,我不能实际搭出硬件电路。13附录附录U2ALM324AD321141VEE-15VVCC15VU4ALM324AD321141R410kR5190kVCC15VVEE-15VR819kR71kR610kC30.1FR93.18kC10.1FR23kR310kR15kD11N4733AD21N
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