LM324波形發(fā)生器(共9頁(yè))

1、大連海事大學(xué)電子線路課程設(shè)計(jì)題目：函數(shù)波形發(fā)生器專業(yè)班級(jí)：電子信息工程四班姓名：褚明笛學(xué)號(hào)：2220132198指導(dǎo)老師：張雅楠時(shí)間：基于LM324的簡(jiǎn)易波形發(fā)生器在電子系統(tǒng)中，經(jīng)常要使用到方波、三角波等波形的波形信號(hào)產(chǎn)生電路，常用于產(chǎn)生各種電子信號(hào)，完成電子系統(tǒng)間的通信以及自動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)控制等系統(tǒng)中。本系統(tǒng)采用LM324集成運(yùn)放芯片，外加電阻、電容等元器件調(diào)整、濾波，構(gòu)成簡(jiǎn)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(hào)，可以作為其它電子系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生模塊電路。目錄1 方案設(shè)計(jì)與論證11.1 方案111.2 方案212 系統(tǒng)設(shè)計(jì)12.1 L

2、M324芯片簡(jiǎn)介12.2 電路組成和工作原理22.3 電路設(shè)計(jì)與計(jì)算33 系統(tǒng)測(cè)試53.1 測(cè)試工具53.2數(shù)據(jù)測(cè)試與結(jié)果分析53.3 測(cè)試結(jié)論54 設(shè)計(jì)結(jié)論7參考文獻(xiàn)7II1 方案設(shè)計(jì)與論證1.1 方案1采用ICL8038集成函數(shù)信號(hào)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(hào)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(lái)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(guò)外加的直流電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，是一種壓控集成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。雖然ICL8038集成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的功能強(qiáng)大，但是它的價(jià)格昂貴，而且市面上也較難買到。如果用ICL8038芯片來(lái)制作簡(jiǎn)易波形發(fā)生器

3、系統(tǒng)，則會(huì)大大增加系統(tǒng)的制作成本。1.2 方案2采用LM324集成運(yùn)放芯片，外加電阻、電容等元器件調(diào)整、濾波，構(gòu)成簡(jiǎn)易波形發(fā)生器。LM324是一種集成運(yùn)算放大器芯片，它的內(nèi)部有四個(gè)獨(dú)立的運(yùn)算放大器。根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，運(yùn)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(jiǎn)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(diǎn)。而且LM324集成運(yùn)放芯片價(jià)格低廉，又很容易買到，可以降低電路的制作成本?；谶@種考慮，方案2被選用。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 LM324芯片簡(jiǎn)介L(zhǎng)M324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插

4、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)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(jiàn)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

5、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。2.2 電路組成和工作原理根據(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(hào)，方波信號(hào)經(jīng)過(guò)積分器后產(chǎn)生三角波信號(hào)。三角波信號(hào)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(hào)。使用時(shí)可以在電路系統(tǒng)的不同輸出點(diǎn)得到不同的波形信號(hào)。2.3 電路設(shè)計(jì)與計(jì)算根據(jù)系統(tǒng)框圖，設(shè)計(jì)的電路如

6、下圖所示：圖5 系統(tǒng)電路原理圖（1）圖6 系統(tǒng)電路原理圖（2）由圖6可以看出，電路分為三級(jí)，即由運(yùn)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(gè)輸出端，分別輸出方波、三角波和正弦波。電路的第一級(jí)是一個(gè)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(shè)計(jì)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(shí)的管壓降。-UZ -(4.70.7)-5.4(V)其中，0.7V為二極管ZD2正向?qū)〞r(shí)的管壓降。所以，UO1UZ5.4(V)電路的第二級(jí)

7、是一個(gè)積分器，用于輸出三角波。當(dāng)電路的第一級(jí)輸出的方波信號(hào)UO1送入該級(jí)電路后，由該級(jí)電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行積分變換以后，產(chǎn)生三角波信號(hào)UO2。UO2分成兩路，一路輸入第三級(jí)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(jí)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(jí)電路的輸出電壓幅度和第一級(jí)電路的輸出電壓幅度相同。第一級(jí)電路和第二級(jí)電路的振蕩周期相同，可以由以下的公式求得：T4R1R4C1/ R2T420103121030.1106/(20103) T4.80(mS)則振蕩頻率為：f1/T1/4.8103208

8、.33(Hz)第三級(jí)電路是二階有源低通濾波器，用于對(duì)第二級(jí)電路送來(lái)的信號(hào)UO2進(jìn)行濾波。UO2經(jīng)過(guò)第三級(jí)電路的濾波之后，變換成正弦波信號(hào)后由UO3輸出。UO3輸出信號(hào)的周期與UO2輸出信號(hào)的周期相同。根據(jù)集成運(yùn)算放大器的工作原理，集成運(yùn)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(jí)電路中，運(yùn)放的第9引腳和第10引腳的電位相等。又因?yàn)镽8、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：UO32UO22UZ10.8(V)而第三級(jí)電路的上限截止頻率為：fH1/(2RC)上述公式中，RR6R73.9(k)CC2C30.1(F)fH1/(23.143.9103

9、0.1106)408.30(HZ)這說(shuō)明，第三級(jí)電路將阻止頻率高于408.30HZ的信號(hào)通過(guò)。3 系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)測(cè)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(fù)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(cè)試電路的UO1、UO2、UO3處，觀察電路的輸出波形。測(cè)得的數(shù)據(jù)如下表所示：表2 測(cè)試數(shù)據(jù)1被測(cè)項(xiàng)目峰-峰值VP-P（V）周期T（mS）頻率f（Hz）被測(cè)端口理論值實(shí)際值理論值實(shí)際值理論值實(shí)際值UO110.8010.804.804.50208.30222.20UO210.8010.804.804.50

10、208.30222.20UO321.6021.804.804.50208.30222.20根據(jù)示波器的測(cè)試波形如下圖所示：圖7 輸出波形在電路中斷開(kāi)LM324第七腳與R6的接線，觀測(cè)二階有源低通濾波器的輸出UO3，從而觀測(cè)電路的上限截止頻率fH。測(cè)得的數(shù)據(jù)如下表所示：表3 測(cè)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(cè)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(jì)算值408.3HZ相差較大。由上述的測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，在未斷開(kāi)LM324第七腳與R6的接線時(shí)，輸出電壓和頻率的理論計(jì)算值與實(shí)際測(cè)量值的誤差不是很大。這證明前兩級(jí)電路的設(shè)計(jì)和制作基本上是成功的。但在單獨(dú)測(cè)量第三級(jí)二階有源低通濾波電路時(shí)，測(cè)試得到的結(jié)果就與理論計(jì)算值相差較大。分析其結(jié)果，可能是由這幾個(gè)原因造成的：電路中的電容使用的是瓷片電容，它的標(biāo)稱值與實(shí)際值誤差較大；電路中的電阻等