LM324應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

1、電網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告基于運(yùn)放 LM324 的波形發(fā)生器指導(dǎo)教師：邵定國學(xué) 生：袁同浩 學(xué) 號(hào)：137212442013-10-13上海大學(xué)上海市延長路 149 號(hào)1目錄摘要.1一 三角波發(fā)生電路 .2二 正弦信號(hào) .4三 正弦波和三角波的疊加。.5四 濾波環(huán)節(jié) .7五 比較環(huán)節(jié) .9小結(jié).11附錄.122摘要摘要本文使用 LM324 芯片的 4 個(gè)集成運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)了三角波發(fā)生電路、同相加法器、二階 RC 網(wǎng)絡(luò)有源濾波器和滯回比較器。每個(gè)子電路分別使用一個(gè)運(yùn)放。首先搭建出三角波發(fā)生電路，發(fā)出頻率為 2K HZ 峰峰值為 4V 的三角波，記為；然后用信號(hào)發(fā)生器發(fā)出頻率為 500HZ、最大值為ui10.

2、1V 的正弦波信號(hào)；隨后將兩個(gè)信號(hào)送到同相加u2= 0.12500法器得到信號(hào)；再將送入濾波器，將三角波信1= 1+ 1021號(hào)濾除，得到正弦信號(hào)記為；最后將和三角波信號(hào)分別送到滯u2u2回比較器的反相端和同相端，進(jìn)行比較同時(shí)輸出方波信號(hào)。uo3一一 三角波發(fā)生電路三角波發(fā)生電路三角波發(fā)生電路如圖 1 所示。電阻 R1 和 R3 構(gòu)成正反饋，C1 和R2 構(gòu)成負(fù)反饋。輸出電壓由 5.1V 的穩(wěn)壓管鉗位。U2ALM324AD321141VEE-15VVCC15VC10.1FR23kR310kR15.5kD11N4733AD21N4733A圖 4 三角波發(fā)生電路記運(yùn)放的同相端和反相端電壓分別為：、

3、。當(dāng)大于時(shí)，放大器輸出端輸出，uuuuu是穩(wěn)壓管電壓，實(shí)際在 5.6V 左右。此時(shí)電容 C1 被充電，電容 C1 上電壓線性增大。反之，u電容 C1 上的電壓線性減小。所以可以從 C1 上取出三角波。三角波的頻率 =1221(1 + 231)三角波幅值4i1=13+ 1其中，是穩(wěn)壓管 V1 和 V2 的穩(wěn)壓值。按照要求，f 為 2kHZ。三角波幅值為 2V。1取，R3=10K,R1=5.5K，C1=0.1uF。則可計(jì)算得到 R2 的值：2=500 10 62 0.1 10 6 （1+231）=4實(shí)際仿真時(shí)，進(jìn)行了微調(diào)，最終 R2 取值 4k。仿真結(jié)果如圖 2 所示。圖 2 三角波波形5二二 正

4、弦信號(hào)正弦信號(hào)正弦信號(hào)由信號(hào)發(fā)生器發(fā)出，其仿真波形如圖 3 所示。圖 3 正弦波波形從圖中可見，該波形頻率為 500HZ，最大值為 100mV。6三三 正弦波和三角波的疊加。正弦波和三角波的疊加。疊加的過程本文采用的是使用運(yùn)放搭建的同相加法電路。同相加法器的電路結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。U4ALM324AD321141R410kR5190kVCC15VVEE-15VR819kR71kR610kXFG1Uo1Ui1Ui2圖 4 同相加法器電路結(jié)構(gòu)該電路的要求是能夠?qū)Σ贿M(jìn)行放大，而對(duì) 放大 10 倍。根據(jù)該電路結(jié)12構(gòu)，容易得到：u1=(64+ 62+65+ 61)7+ 87=1+ 102最終的仿真波形

5、如圖 5 所示。u17圖 5 仿真波形u1從圖中可見，合成波形。1= 1+ 1028四四 濾波環(huán)節(jié)濾波環(huán)節(jié)從圖 5 可以看出，的峰峰值為 4V，而設(shè)計(jì)要求濾波器的輸出信1號(hào)，即的峰峰值為 9V。同時(shí)為了達(dá)到更好德爾濾波效果，本文采u02用二階 RC 有源濾波器。其電路結(jié)構(gòu)如圖 6 所示。C30.1FR93.18kU1ALM324AD321141C20.1FR103.18kVCC15VVEE-15VR1214.8kR1110k圖 6 濾波器電路結(jié)構(gòu)圖其中，R9=R10;C2=C3。該濾波器的截止頻率為：f =12先取電容為 0.1uF,截止頻率定為 500HZ，則可得電阻R=3.18K。濾波器的

6、輸出仿真波形如圖 7 所示。從圖中可以看出，波形頻率為 500HZ，峰峰值為 9V，滿足要求。9圖 7 濾波器輸出波形10五五 比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)根據(jù)要求將濾波器的輸出波形與三角波相比較得出類似于 SPWM 的方波。比較電路采用滯回比較器，電路結(jié)構(gòu)如圖 8 所示。U3ALM324AD321141VCC15VVEE-15VR1310kR1410k圖 8 滯回比較器電路結(jié)構(gòu)。滯回比較器輸出波形如圖 9 所示。圖 9 滯回比較器輸出波形從圖 8 可看出，該波形的占空比并不是固定的，也就是說并不是一個(gè)方波。從圖 9 可以看出原因。11圖 9 三種波形的比較圖 9 中，三角波和正弦波的示波器縱坐標(biāo)設(shè)置相同

7、都為 2V/格，輸出的 SPWM 波形，由于在輸出端沒有穩(wěn)壓管限幅幅值可達(dá) 15V，所以縱坐標(biāo)設(shè)置為 10V/格。從三角波由同相端輸入，正弦波由反相端輸入，所以當(dāng)三角波瞬時(shí)值大于正弦波瞬時(shí)值的時(shí)候滯回比較器的輸出為 15V，反之為-15V。完整的系統(tǒng)圖見附錄12小結(jié)小結(jié)這將近一個(gè)月的時(shí)間里，我利用課下時(shí)間查閱文獻(xiàn)，總結(jié)思考我終于將此次設(shè)計(jì)報(bào)告完成。其中難點(diǎn)主要是三角波發(fā)生器和濾波電路。因?yàn)檫\(yùn)放個(gè)數(shù)的限制，三角波發(fā)生器只能使用一個(gè)運(yùn)放，盡管我看了很多文獻(xiàn)，依然不知道如何實(shí)現(xiàn)，最后在邵老師的提示下，才想出文中的電路。邵老師知識(shí)淵博、謙虛謹(jǐn)慎，而且能夠在百忙之中及時(shí)回復(fù)我的郵件，在這里我要感謝邵老師對(duì)我的指導(dǎo)。濾波器的設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，因?yàn)閺膩頉]有認(rèn)真思考過濾波器的設(shè)計(jì)，所以這次濾波器的設(shè)計(jì)占用了我大部分的時(shí)間。還好最后在和同學(xué)的討論中設(shè)計(jì)出文中使用的濾波器，在此，我要感謝我的同學(xué)們對(duì)于我的幫助。雖然花了較多的時(shí)間，但最終還是將報(bào)告以及仿真完成，并且達(dá)到了理想的結(jié)果。遺憾的是，因?yàn)闀r(shí)間和材料的原因，我不能實(shí)際搭出硬件電路。13附錄附錄U2ALM324AD321141VEE-15VVCC15VU4ALM324AD321141R410kR5190kVCC15VVEE-15VR819kR71kR610kC30.1FR93.18kC10.1FR23kR310kR15kD11N4733AD21N