基于LM324的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器

1、基于LM324的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器湖 南 科 技 大 學(xué)信息與電氣工程工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱：基于LM324的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 學(xué)生姓名：羅永恒 專業(yè)年級(jí)：12級(jí)自動(dòng)化一班 指導(dǎo)教師：韋文祥 實(shí)驗(yàn)日期：2014年7月2日目錄第一章 題目要求31.1 設(shè)計(jì)要求31.2 設(shè)計(jì)目的31.3設(shè)計(jì)環(huán)境3第二章 方案設(shè)計(jì)42.1主要芯片介紹4第三章 結(jié)構(gòu)框圖等設(shè)計(jì)步驟53.1總體設(shè)計(jì)流程圖53.2方波實(shí)現(xiàn)過程53.4三角波實(shí)現(xiàn)過程63.5正弦波實(shí)現(xiàn)過程63.6總電路圖7第四章 測(cè)試結(jié)果及相關(guān)分析74.1 調(diào)試結(jié)果74.2 硬件實(shí)物連線圖84.3 運(yùn)行結(jié)果9第五章 優(yōu)缺點(diǎn)分析及改進(jìn)11第六章 總結(jié)與體會(huì)11第1

2、章 ：題目要求1.1 設(shè)計(jì)要求函數(shù)信號(hào)發(fā)生器：利用集成運(yùn)算放大器LM324制作可輸出正弦波、方波、三角波的信號(hào)發(fā)生器，用示波器可觀察。1.2 設(shè)計(jì)目的 利用所學(xué)模擬電路的知識(shí)，鍛煉學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、提高我們的 綜合應(yīng)用能力。1. 對(duì)網(wǎng)上資源的綜合運(yùn)用，會(huì)上網(wǎng)查找自己所需要的資料。2. 掌握集成運(yùn)算放大器LM324的引腳圖及其使用方法。3. 初步了解電路板焊接技術(shù)，能夠較好較快地焊接簡(jiǎn)易的電路 板。4. 學(xué)會(huì)使用正負(fù)電源并給芯片通電。5. 學(xué)會(huì)使用示波器檢驗(yàn)所得到的波形，從其中得到的幅值，周期， 頻率等6. 學(xué)會(huì)使用仿真軟件Multisim仿真所設(shè)計(jì)的電路圖，并修改從 而得到正確的仿真結(jié)果。1.

3、3設(shè)計(jì)環(huán)境1、計(jì)算機(jī)一臺(tái)2、電阻包，電容包，穩(wěn)壓管，電烙鐵，錫絲，洞洞板， LM324芯片一個(gè)，排針若干，導(dǎo)線若干。3、 示波器一個(gè)。4、 能提供正負(fù)12V的電源一臺(tái)第二章：主要芯片介紹21 LM324芯片介紹LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝（DIP14），外形如圖1所示： 圖1 LM324外型圖片它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖2所示的符號(hào)來(lái)表示： 圖2 LM324內(nèi)部的運(yùn)放單元在電路中的符號(hào)它有5 個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)

4、輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖3： 圖3 LM324引腳排列圖由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。第3章 ：結(jié)構(gòu)框圖等設(shè)計(jì)步驟31 總體設(shè)計(jì)流程圖 根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)計(jì)的電路系統(tǒng)框圖如下圖所示：電 源遲滯比較器積分器二階有源低通濾波器方 波三角波正弦波 波圖4 系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)采用12V雙電源供電，主體部分由LM324集成運(yùn)放芯片構(gòu)成的遲滯比較器、積分器和二階有源低通

5、濾波器電路組成。3.2 方波實(shí)現(xiàn)過程利用同向輸入遲滯比較器，如圖： 其門線電壓為： 解得：所以：當(dāng)3.3三角波實(shí)現(xiàn)過程 利用電容的充放電電壓隨時(shí)間的關(guān)系可以得到通道二的輸出波形，且：設(shè)當(dāng)t=0時(shí)，VZ=-5.4V，當(dāng)電容充電使得Vi5.4V時(shí)，方波輸出翻轉(zhuǎn)為5.4V，則此時(shí)，VZ通過R3和C1反向充電，由于充放電的時(shí)間常數(shù)相同，所以通道二輸出的波形為三角波，其周期為： =4.8ms則振蕩頻率為：f1/T1/4.8103208.33(Hz)3.4 正弦波實(shí)現(xiàn)過程 利用二階有源低通濾波電路加上同相比例放大電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)閷?duì)此運(yùn)算放大器運(yùn)用虛短和虛斷可知：UO32UO22UZ10.8(V)fH1/(

6、2RC)=1/(23.143.91030.1106)408.30(HZ)即：第三級(jí)電路將阻止頻率高于408.30HZ的信號(hào)通過。3.4 總電路圖 第四章 測(cè)試結(jié)果及相關(guān)分析4.1 調(diào)試結(jié)果 4.1.1方波 4.1.2 三角波 4.1.3 正弦波 4.2硬件實(shí)物連接圖 4.3運(yùn)行結(jié)果4.3.1實(shí)物連線 4.3.2方波 4.3.3三角波 4.3.4正弦波第5章 ：優(yōu)缺點(diǎn)分析及改進(jìn)5.1優(yōu)點(diǎn)分析： 1.元器件簡(jiǎn)單，便宜，操作方便，易焊接。 2.效率高、體積小、重量輕，輸出穩(wěn)定波形。 3.能產(chǎn)生方波、三角波和正弦波等電子信號(hào)。 4.利用原理簡(jiǎn)單，電能耗費(fèi)小，節(jié)能。5.1缺點(diǎn)分析及改進(jìn)： 1.只能產(chǎn)生特

7、定幅值，特定頻率的信號(hào)，無(wú)調(diào)節(jié)功能。 改進(jìn)：可以把R4，R6，R3，R1，R8等改成適當(dāng)阻值范圍的電位器， 以調(diào)節(jié)得到所需要的波形，但需注意各電阻，對(duì)波形的影響。 2.只能產(chǎn)生三角波，不能產(chǎn)生鋸齒波。 改進(jìn)：在R3上并聯(lián)一個(gè)相串聯(lián)的R10和4.7V的二極管，運(yùn)用電容 的充放電時(shí)間常數(shù)不等來(lái)實(shí)現(xiàn)鋸齒波的產(chǎn)生。 3.焊接較密，且線與線之間有少許交叉，易導(dǎo)致信號(hào)干擾。 改進(jìn)：對(duì)線路布局時(shí)要提前考慮清楚，如果實(shí)在要交叉，可以采 用飛線的方式第6章 ：總結(jié)與體會(huì) 本次實(shí)驗(yàn)采用集成運(yùn)算放大器LM324來(lái)產(chǎn)生方波，三角波，正弦波，綜合運(yùn)用了遲滯比較器，積分器，二階有源低通濾波電路，既讓理論聯(lián)系上了實(shí)際，又鍛煉了我們的動(dòng)手能力。 實(shí)驗(yàn)過程中不免遇到許多問題，首先是焊接技術(shù)差，多次把兩條獨(dú)立線路焊到一起，造成短路；通過多次焊接，熟能生巧，逐漸能夠較好較快地焊接電路板；其次，對(duì)仿真軟件Multisim的了解不夠，導(dǎo)致很多次連線正確的電路板由于電源接錯(cuò)而導(dǎo)致功敗垂成。后來(lái)經(jīng)同學(xué)指導(dǎo)，才知道該軟件默認(rèn)正負(fù)12V電源，所以無(wú)論電源加上與否，電源連接正確與否，仿真結(jié)果都是正確的，而實(shí)驗(yàn)卻出不了半點(diǎn)差錯(cuò)；在此次試驗(yàn)中，我們鍛煉了耐心，懂得了，一個(gè)成功的實(shí)驗(yàn)是