基于LM324的簡易波形發(fā)生器文檔良心出品

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告作品名稱：基于LM324的簡易波形發(fā)生器作者：~~r何其洪洪文娟吳麗萍基于LM324的簡易波形發(fā)生器摘要在電子系統(tǒng)中，經(jīng)常要使用到方波、三角波等波形的波形信號產(chǎn)生電路，常用于產(chǎn)生各種電子信號，完成電子系統(tǒng)間的通信以及自動測量和自動控制等系統(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TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"方案設(shè)計與論證 1\o"CurrentDocument"方案1 1\o"CurrentDocument"方案2 1\o"CurrentDocument"系統(tǒng)設(shè)計 1\o"CurrentDocument"LM324芯片簡介 1\o"CurrentDocument"電路組成和工作原理 2\o"CurrentDocument"電路設(shè)計與計算 3\o"CurrentDocument"系統(tǒng)測試 5\o"CurrentDocument"測試工具 5\o"CurrentDocument"數(shù)據(jù)測試與結(jié)果分析 5\o"CurrentDocument"測試結(jié)論 5\o"CurrentDocument"設(shè)計結(jié)論 7\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 71方案設(shè)計與論證方案1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)信號發(fā)生器。雖然 ICL8038集成函數(shù)信號發(fā)生器的功能強(qiáng)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。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)部有四個獨(dú)立的運(yùn)算放大器。根據(jù)所學(xué)的知識，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LM324芯片簡介LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝（DIP14），夕卜形如圖1所示：圖1LM324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所示的符號來表示：

同相麗入端圖2 LM324內(nèi)部的運(yùn)放單元在電路中的符號IEtha/\INIIN1(+)(-,XVcc(4IN2(+)(5}__]4.IN2H '、2/■N'-OUT4flayin4(-)X'12'-INd(+)xOUT27；LIEtha/\INIIN1(+)(-,XVcc(4IN2(+)(5}__]4.IN2H '、2/■N'-OUT4flayin4(-)X'12'-INd(+)xOUT27；L:JI]GND3 I—：9:IN3(-)\J x1 f8;OUT3 y圖3LM324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,價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。電路組成和工作原理根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)計的電路系統(tǒng)框圖如下圖所示：圖4系統(tǒng)框圖系統(tǒng)采用土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，

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。使用時可以在電路系統(tǒng)的不同輸出點(diǎn)得到不同的波形信號。電路設(shè)計與計算根據(jù)系統(tǒng)框圖，設(shè)計的電路如下圖所示：LM324OUT4IN4-OM+

GNDMLM324OUT4IN4-OM+

GNDMR9

12kO^12V由圖6可以看出，電路分為三級，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。Uoi、U02、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(shè)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=4.7+0.7=5.4（V）其中，0.7V為二極管ZD1正向?qū)〞r的管壓降。-Uz=-(4.7+0.7)=-5.4(V)其中，0.7V為二極管ZD2正向?qū)〞r的管壓降。所以，Uoi=±Uz=±5.4(V)電路的第二級是一個積分器，用于輸出三角波。當(dāng)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(jìn)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：+UO2=Ri/R2Uz=+Uz=5.4(V)-Uo2=-(Ri/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：T=4RiR4C1/R2T=4X20X103X12X103X0.1X10_6/(20X103)T=4.80(mS)則振蕩頻率為：3f=1/T=1/4.8X10=208.33(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(jìn)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(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：UO3=2UO2=2Uz=±10.8(V)而第三級電路的上限截止頻率為：fH=1/(2nRC上述公式中，R=Rs=R7=3.9(kQ)C=C2=C3=0.1(pF)fH=1/(2X3.14X3.9X103X0.1X10_6)=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)測試測試工具測試時所用到的工具如下表所示：表1測試工具序號名稱型號數(shù)量1萬用表GDM-813512直流穩(wěn)壓電源QJ3003S13數(shù)字示波器EDU5022S14函數(shù)信號發(fā)生器/計數(shù)器SP1641B1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(fù)電源端分別接到電源的土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、U02、U03處，觀察電路的輸出波形。測得的數(shù)據(jù)如下表所示：表2測試數(shù)據(jù)1被測項(xiàng)目峰-峰值Vp-p(V)周期T(mS)頻率f(Hz)被測端口理論值實(shí)際值理論值實(shí)際值理論值實(shí)際值Uo110.8010.804.804.50208.30222.20Uo210.8010.804.804.50208.30222.20Uo321.6021.804.804.50208.30222.20根據(jù)示波器的測試波形如下圖所示:

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(shí)際測量值的誤差不是很大。這證明前兩級電路的設(shè)計和制作基本上是成功的。但在單獨(dú)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(biāo)稱值與實(shí)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。測試結(jié)論經(jīng)測試，電路的前兩級的設(shè)計基本上符合設(shè)計的要求，但電路的第三級的誤差較大。誤差可能是由元器件的誤差和外界的干擾引起的。為了減少誤差，可以在電路的設(shè)計時選用精度更高的器件，并對電路做電磁屏蔽處理，以進(jìn)一步改善電路的性能，減小電路的誤差。4設(shè)計結(jié)論本系統(tǒng)LM324集成運(yùn)放芯片，外加電阻、電容等元器件調(diào)整、濾波，