簡易函數(shù)信號發(fā)生器的設計報告文獻

1、漳州師范學院模擬電子技術(shù)課程設計設計題目：簡易函數(shù)型號發(fā)生器的設計姓 名：學 號系別：物理與電子信息工程系專 業(yè)：電氣工程及其自動化年 級：指導教師：2012年5月9日目錄摘要 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 一系統(tǒng)設計 4.設計任務 4.設計要求 4 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 二方案選擇與比較 5 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 三電路設計原理 7 HYPERLINK l bookmark20 o Curr

2、ent Document .系統(tǒng)原理 7.方波-三角波發(fā)生電路 8 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document .正弦波發(fā)生電路 9. MUltisim 軟件仿真 11 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 四PCB布板 14五實物安裝與調(diào)試 15.實物圖 15.測試的波形 163.實驗結(jié)果分析及與仿真對比19六設計總結(jié) 20七原件清單 21摘要本方案采用LM324集成運放芯片，外加電阻、電容等元器件調(diào)整、濾波，構(gòu)成簡易函數(shù)信號發(fā)生器。LM324集成運放放大器芯片中四個獨立的運算放大器可分別構(gòu)成滯回比較器、積

3、分器和二階有源低通濾波器電路。 通過滯回比較器產(chǎn)生方波， 再由積分 器將方波變換為三角波然后通過二階有源低通濾波器電路將三 角波轉(zhuǎn)換為正弦波。這樣就可以構(gòu)成一個簡易的函數(shù)信號發(fā)生 奧 TFPTo關(guān)鍵詞：LM324;滯回比較器；積分運算器；二階有源低通濾波 電路系統(tǒng)設計1設計任務利用集成運算放大器LM324設計一個簡易函數(shù)信號發(fā)生器，要求能產(chǎn)生正弦波、方波和三角波三種波形。2設計要求采用雙電源供電形式： 電源Vcc=+12M Vee=-12V;要求在2KW輸出信號滿足：(1)正弦波：Vp10V;方波：WW14V;三角波：MpW 8V ;(2)頻率范圍：200Hz3KHz范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；(3)波形

4、無明顯失真。二方案選擇與比較1方案1:采用LM 324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。而且LM 324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。系統(tǒng)框圖2方案2主要是應用集成運放LM324其芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由4個集成運放所組成的, 通過RC文氏電橋可

5、產(chǎn)生正弦波，其特點是振幅和頻率穩(wěn)定且方便調(diào)節(jié)能夠產(chǎn)生 頻率很低的正弦信號；然后通過過零比較器能調(diào)出方波，并再次通過RC積分電路 就可以產(chǎn)生三角波，三種信號頻率相同。此電路具有良好的正弦波和方波信號， 但經(jīng)過積分器電路產(chǎn)生的同步三角波信號， 存在難度。原因是積分器電路的積分 時間常數(shù)是不變的，而隨著方波信號頻率的改變，積分電路輸出的三角波幅度同 時改變。系統(tǒng)框圖RC正弦波振蕩電路3方案3y 也是利用LM 324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。產(chǎn)生方波和三角波的過程與方案2相同而正弦波則是通過折 現(xiàn)法實現(xiàn)三角波到正弦波的轉(zhuǎn)換。此方案優(yōu)點是不受輸入電壓頻率范圍的

6、限制， 便于集成化，但是反饋網(wǎng)絡中電阻的匹配比較困難。 而且器件多、電路結(jié)構(gòu)復雜 從而造成PCB排版難度加大。由于方案2經(jīng)過積分器電路產(chǎn)生的同步三角波信號，存在難度，方案 3 的器件多、電路結(jié)構(gòu)復雜從而造成 PCB排版難度加大。而方案1的電路具有效 率高、體積小、重量輕，輸出穩(wěn)定等特點。所以最終我選擇方案 1。電路設計原理1系統(tǒng)原理系統(tǒng)采用土 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

7、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)的不同輸出點得到不同的波形信號。系統(tǒng)電路原理圖2方波一一三角波發(fā)生電路2.1原理圖2.2參數(shù)選擇及計算方波三角波發(fā)生電路由同向輸入的滯回比較器和積分運算電路組成。積分運算電路既作為延遲環(huán)節(jié)又作為方波變?nèi)遣娐?，滯回比較器和積分運算電路的輸出互為另一個電路的輸入。方波的輸出電壓幅度由穩(wěn)壓管 D1、D2共同決定。在設計中，D1、D2均選用 5.1V的穩(wěn)壓二極管，則他們的穩(wěn)壓幅度 Uz為+Uz=5.1+0.7=5.8(V)其中，0.7V為二極管D1正向?qū)ǖ墓軌航怠?Uz=- (5.1+0.7) =-5.8(V)其中，0.7V為二極管D2正向

8、導通管壓降。所以U0i = Uz=5.8(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Uoi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U02。U02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。根據(jù)設計要求方波：Vp產(chǎn)14V;三角波：Vp產(chǎn)8V可設R1 為 12(kQ),R5 為 22 ( kQ)。第二級電路的輸出電壓幅度為:+U02=Ri/R5 Uz =6/11+ Uz=3.16 (V)-Uo2 = Ri/R5 Uz =6/11- Uz=-3.16 (V)第一級電路和第二級電路的振蕩周期相同，可以由以下

9、的公式求得：T = 4R1(R 10+RW1)C1/ R5Tmin=4X12X103M000X0.1 X0 6/(22 103)Tmin=0.218(ms)Tmax = 4X12X103 0.1 X0 6/(22 103)Tmax =4.58(ms)則振蕩頻率為：fmax= 1/ Tmin= 1/0.218 10-3=4.5(KHz)fmin = 1/ Tmax = 1/4.58 10-3=218(Hz)調(diào)節(jié)RW1可使電路的頻率在200Hz3KHz范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，電路參數(shù)按 此設定后其頻率范圍理論上近似滿足設計要求。3正弦波發(fā)生電路參數(shù)選擇及計算第三級電路是二階有源低通濾波器，用于對第二級電路

10、送來的信號 U 02進行 濾波。U02經(jīng)過第三級電路的濾波之后，變換成正弦波信號后由U03輸出。U03輸出信號的周期與U02輸出信號的周期相同。因為自=I.5 kQ,R9=5.1kQ, RW2=20 kQ所以U03=RW2/( R8+ R9 ) U02=20/6.6 U02=9.5(V)而第三級電路的上限截止頻率為：fH = 1/(2 tRC上述公式中，R=6.6kQC= 0.01 FfH= 1/(2 X3.14 X6.6 X 103X 0.01 X 10 6) =2411(Hz)這說明，第三級電路將阻止頻率高于2411Hz的信號通過原理圖4 Multisim軟件仿真仿真電路圖仿真頻率范圍4.

11、3仿真波形方波一一三角波波形正弦波波形4.4 LM324芯片簡介LM324帶有真差動輸入的四運算放大器。 與單電源應用場合的標準運算放大器相 比，它們有一些顯著的優(yōu)點。該四放大器可以工作在低到3.0V或者高到32V的電源下，靜態(tài)電流較小。共模輸入范圍包括負電源，因而消除了在許多應用場合 中采用外部偏置元件的必要性。LM324芯片的引腳排列如下圖所示:輸入1管腳連接圖叫輸出4輸出1i輸入4Vcc l可 Vej Gnd怕輸入2g輸出27可輸出3司J（俯視圖）相關(guān)參數(shù)及描述運放類型：低功率；針腳數(shù)：14 ;增益帶寬：1.2MHz;工作溫度最高：70 C;低偏置電流：最大100nA;真差動輸入級；輸入

12、端具有靜電保護功能；放大器數(shù)目：4 ;工作溫度范圍:0 C to +70 0 C;工作溫度最低：0 C ;額定電源電壓：+15V;短路保護輸出； 具有內(nèi)部補償?shù)墓δ?；電源范圍：單電?V至32V電源或雙電源 1.5V至16V;四PCB布板1實物圖五實物安裝與調(diào)試2測試的波形測試的方波波形已被觸發(fā)1100 jusZSUOmVI將瞳2,00 V+1EOPrz (MOOCH /徽QmV建MZIHz：Q 200 V11峨-噱 122 HQ頻率 2235也 十小國期波 7、-一測試值頻率(Hz)峰-峰值(V)方波fmin=223.512.2fmax=3.848K12.2測試的三角波波形1100 JUS1

13、,甚需運行2,00 V3啊也:天閉頻率 2133依 卜下告酶I /舶QmY型羽？1時口2,00 V“了徽OmV213中6而二口5叱口.（d:（kh-測試由t頻率（Hz）峰-峰值（V）三角波fmin=219.97.04fmax=3.838k10.7測試的正弦波波形波形試值 1頻率（Hz）峰-峰值（V）正弦波fmin=189.916.6fmax=3.546k10.6f=1k4.2821.03實驗結(jié)果分析及與仿真對比由測試結(jié)果可知實際值與理論值、仿真結(jié)果近似相等，而實際值相對于仿真 情況更加符合設計要求。仿真頻率范圍為209Hz2.9KHz而實際頻率在189Hz3.4KHz內(nèi)更符合要求的頻率范圍（2

14、00Hz3KHz范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)）； 實際方波峰-峰值為12.2V,實際三角波峰-峰值為6.8V10.8V，實際正弦波峰- 峰值為10.6V16.6V滿足設計要求的正弦波：Vpp10V;方波：Vpp014V; 三角波：Vpp08V。六設計總結(jié)在這次課程設計中，經(jīng)過反反復復的設計電路圖，在課本上找原理，運用仿 真軟件畫圖，仿真，驗證電路是否正確，焊接實物電路，拆了重做，再驗證再調(diào) 試。我學會了怎樣去根據(jù)課題的要求去設計電路和調(diào)試電路。動手能力得到很大的提高。在制作電路的過程中更是學到了許多實踐經(jīng)驗，如電路板的布線、元器 件的識別和整機的調(diào)試等各方面的經(jīng)驗。 從中我發(fā)現(xiàn)自己并不能很好的熟練去使 用我所學到的模電知識