lm324波形發(fā)生器

1、LM324波形發(fā)生器 組員：*基于LM324的簡易波形發(fā)生器摘要：各種各樣的信號是通信領(lǐng)域的重要組成部分，其中鋸齒波，正弦波，三角波和方波等是較為常見的信號。在科學研究及教學實驗中常常需要這幾種信號的發(fā)生裝置。為了實驗研究的方便，研制一種使用方法的信號源是十分必要的。本系統(tǒng)采用LM324集成運放芯片，外加電阻、電容等元器件調(diào)整、濾波，構(gòu)成簡易波形發(fā)生器。該波形發(fā)生器具有效率高、體積小、重量輕，輸出穩(wěn)定，能產(chǎn)生方波、三角波和正弦波等電子信號，可以作為其它電子系統(tǒng)的信號發(fā)生模塊電路。目錄1 方案設計與論證1.1 方案1 21.2 方案2 31.3 方案3 32 系統(tǒng)設計 32.1 LM324芯片簡

2、介 42.2 電路組成和工作原理 42.3 電路設計與計算43 系統(tǒng)測試63.1 測試工具83.2數(shù)據(jù)測試與結(jié)果分析83.3 測試結(jié)論94 設計結(jié)論101 方案設計與論證1.1 方案1通過芯片IC145152，使用鎖相頻率合成方法。壓控振蕩器搭接的鎖相環(huán)電路輸出穩(wěn)定性極好的正弦波，再利用過零比較器轉(zhuǎn)換成方波，積分電路轉(zhuǎn)換成三角波。缺點：此方案，電路復雜，干擾因素多，不易實現(xiàn)。1.2 方案2采用ICL8038集成函數(shù)信號發(fā)生器芯片外加電阻、電容元件，構(gòu)成波形發(fā)生電路。ICL8038集成函數(shù)信號發(fā)生器芯片是一種多用途的波形發(fā)生器芯片，它可以用來產(chǎn)生正弦波、方波、三角波和鋸齒波。它的振蕩頻率可以通過

3、外加的直流電壓進行調(diào)節(jié)，是一種壓控集成函數(shù)信號發(fā)生器。雖然ICL8038集成函數(shù)信號發(fā)生器的功能強大，但是它的價格昂貴，而且市面上也較難買到。如果用ICL8038芯片來制作簡易波形發(fā)生器系統(tǒng)，則會大大增加系統(tǒng)的制作成本。1.3 方案3采用LM324集成運放芯片，外加電阻、電容等元器件調(diào)整、濾波，構(gòu)成簡易波形發(fā)生器。LM324是一種集成運算放大器芯片，它的內(nèi)部有四個獨立的運算放大器。根據(jù)所學的知識，運算放大器可以構(gòu)成滯回比較器、積分器和二階有源低通濾波器電路，可以分別產(chǎn)生方波、三角波和正弦波。依靠這些電路的組合，就可以制作成簡易波形發(fā)生器電路。該電路具有效率高、體積小、重量輕，輸出穩(wěn)定等特點。而

4、且LM324集成運放芯片價格低廉，又很容易買到，可以降低電路的制作成本。綜上論證分析第三種方案最適合，故選用第三種方案，用LM324集成芯片。2 系統(tǒng)設計2.1 電路組成和工作原理根據(jù)電路所實現(xiàn)的功能，下圖是設計的電路系統(tǒng)框圖：電 源滯回比較器積分器二階有源低通濾波器方 波三角波正弦波 波系統(tǒng)采用±12V雙電源供電，主體部分由LM324集成運放芯片構(gòu)成的滯回比較器、積分器和二階有源低通濾波器電路組成。它由滯回比較器產(chǎn)生方波信號，方波信號經(jīng)過積分器后產(chǎn)生三角波信號。三角波信號一路反饋回滯回比較器，作為滯回比較器的VREF ；另一路經(jīng)二階有源低通濾波器濾波以后產(chǎn)生正弦波信號。使用時可以在

5、電路系統(tǒng)的不同輸出點得到不同的波形信號。2.1 LM324芯片簡介LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝和管腳排列，如圖示：Lm324外形圖和管腳標號它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖2所示的符號來表示：Lm324內(nèi)部運放單元在電路中的的符號；它有5 個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo 的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo 的信號與該輸入端的相位相同。2.

6、3 電路設計與計算根據(jù)系統(tǒng)框圖，設計的電路如下圖所示：圖5系統(tǒng)電路原理圖圖6 系統(tǒng)電路原理圖由圖6可以看出，電路分為三級，即由運算放大器構(gòu)成的滯回比較器、積分器和二階有源低通濾波器。UO1、UO2、UO3是電路的三個輸出端，分別輸出方波、三角波和正弦波。電路的第一級是一個滯回比較器，用于輸出方波。它輸出電壓的幅度由穩(wěn)壓管ZD1、ZD2共同決定。設計中，ZD1、ZD2均選用4.7V的穩(wěn)壓二極管，則它們的穩(wěn)壓幅度UZ為： +UZ 4.70.75.4(V)其中，0.7V為二極管ZD1正向?qū)〞r的管壓降。-UZ -(4.70.7)-5.4(V)其中，0.7V為二極管ZD2正向?qū)〞r的管壓降。所以，UO

7、1±UZ±5.4(V)電路的第二級是一個積分器，用于輸出三角波。當電路的第一級輸出的方波信號UO1送入該級電路后，由該級電路對信號進行積分變換以后，產(chǎn)生三角波信號UO2。UO2分成兩路，一路輸入第三級電路，另一路反饋回滯回比較器，作為滯回比較器的VREF。第二級電路的輸出電壓幅度為：+UO2R1/R2UZ+ UZ5.4(V)-UO2-(R1/R2UZ)- UZ-5.4(V)即第二級電路的輸出電壓幅度和第一級電路的輸出電壓幅度相同。第一級電路和第二級電路的振蕩周期相同，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)則振蕩頻率為：f1/T1/4.8×103208.33(Hz)第三級電路是二階有源低通濾波器，用于對第二級電路送來的信號UO2進行濾波。UO2經(jīng)過第三級電路的濾波之后，變換成正弦波信號后由UO3輸出。UO3輸出信號的周期與UO2輸出信號的周期相同。根據(jù)集成運算放大器的工作原理，集成運算放大器的兩反向輸入端“虛短”，即兩反向輸入端的電壓相等。所以在第三級電路中，運放的第9引腳和第10引腳的電位相等。又因為R8、R9電阻的阻值相等，所以UO3的輸出電壓的幅度是UO2的兩倍。即：UO32UO22UZ

9、±10.8(V)而第三級電路的上限截止頻率為：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)這說明，第三級電路將阻止頻率高于408.30HZ的信號通過。3 系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)測試與結(jié)果分析 將做好的電路系統(tǒng)的地線端接到電源的地電位端，正、負電源端分別接到電源的±12V接線端上。注意電源的極性不要接反。將示波器調(diào)于2V/1mS和5V/1mS處，用示波器的探頭分別測試電路的UO1、UO2、UO3處，觀察電路的輸出波形。測得的數(shù)據(jù)如下

10、表所示：表2 測試數(shù)據(jù)1被測項目峰-峰值VP-P（V）周期T（mS）頻率f（Hz）被測端口理論值實際值理論值實際值理論值實際值UO110.8010.804.804.50208.30222.20UO210.8010.804.804.50208.30222.20UO321.6021.804.804.50208.30222.20根據(jù)以上數(shù)據(jù)在模擬示波器中得到的仿真波形如下圖；以上分別是矩形波，三角波，正弦波仿真。實驗時波形；從以上的方針和實驗波形對照可以看出實驗波形不太標準，而這需要考慮很多外界因素。比如焊接虛焊，線路之間的干擾等。在電路中斷開LM324第七腳與R6的接線，觀測二階有源低通濾波器的輸

11、出UO3，從而觀測電路的上限截止頻率fH。測得的數(shù)據(jù)如下表所示：表3 測試數(shù)據(jù)2輸入電壓幅度VIP-P（V）輸入電壓頻率f（Hz）輸出電壓幅度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從測試的結(jié)果可以得出電路的截止頻率fH為574.36Hz，這與理論計算值408.3HZ相差較大。由上述的測試數(shù)據(jù)可以看出，在未斷開LM324第七腳與R6的接線時，輸出電壓和頻率的理論計算值與實際測量值的誤差不是很大。這證明前兩級電路的設計和制作基本上是成功的。但在單獨測量第三級二階有源低通濾波電路時，測試得到的結(jié)果就與理論計算值相差較大。分析其結(jié)果，可能是由這幾個原因造成的：電路中的電容使用的是瓷片電容，它的標稱值與實際值誤差較大；電路中的電阻等其它器件可能也存在著一定的誤差；外界環(huán)境中存在著電磁干擾，也可能對測試結(jié)果產(chǎn)生一定的影響.實物圖； 測試總結(jié)與反思：基本說來，我們這次還算是較好的完成了老師布置的任務，各項指標都基本正常，在做的過程中沒出現(xiàn)什么大的問題。有就是團隊不細心，在焊板子的時候把芯片的引腳接反了，虛焊，漏焊現(xiàn)象還是有的，或者是把一些重要的地方的線接錯了，要么就