LM324波形发生器.doc

基于LM324的简易波形发生器 在电子系统中，经常要使用到方波、三角波等波形的波形信号产生电路，常用于产生各种电子信号，完成电子系统间的通信以及自动测量和自动控制等系统中。本系统采用LM324集成运放芯片，外加电阻、电容等元器件调整、滤波，构成简易波形发生器。该波形发生器具有效率高、体积小、重量轻，输出稳定，能产生方波、三角波和正弦波等电子信号，可以作为其它电子系统的信号发生模块电路。 目录 1 方案设计与论证 1 1.1 方案1 1 1.2 方案2 1 2 系统设计 1 2.1 LM324芯片简介 1 2.2 电路组成和工作原理 2 2.3 电路设计与计算 3 3 系统测试 5 3.1 测试工具 5 3.2 数据测试与结果分析 5 3.3 测试结论 5 4 设计结论 7 参考文献 7 1 方案设计与论证 1.1 方案1 采用ICL8038集成函数信号发生器芯片外加电阻、电容元件，构成波形发生电路。ICL8038集成函数信号发生器芯片是一种多用途的波形发生器芯片，它可以用来产生正弦波、方波、三角波和锯齿波。它的振荡频率可以通过外加的直流电压进行调节，是一种压控集成函数信号发生器。虽然ICL8038集成函数信号发生器的功能强大，但是它的价格昂贵，而且市面上也较难买到。如果用ICL8038芯片来制作简易波形发生器系统，则会大大增加系统的制作成本。 1.2 方案2 采用LM324集成运放芯片，外加电阻、电容等元器件调整、滤波，构成简易波形发生器。LM324是一种集成运算放大器芯片，它的内部有四个独立的运算放大器。根据所学的知识，运算放大器可以构成滞回比较器、积分器和二阶有源低通滤波器电路，可以分别产生方波、三角波和正弦波。依靠这些电路的组合，就可以制作成简易波形发生器电路。该电路具有效率高、体积小、重量轻，输出稳定等特点。而且LM324集成运放芯片价格低廉，又很容易买到，可以降低电路的制作成本。 基于这种考虑，方案2被选用。 2 系统设计 2.1 LM324芯片简介 LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装（DIP14），外形如图1所示： 图1 LM324外型图片 它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图2所示的符号来表示： 图2 LM324内部的运放单元在电路中的符号 它有5 个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo 的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo 的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图3： 图3 LM324引脚排列图 由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。 2.2 电路组成和工作原理 根据要实现的功能，设计的电路系统框图如下图所示： 图4 系统框图 系统采用±12V双电源供电，主体部分由LM324集成运放芯片构成的滞回比较器、积分器和二阶有源低通滤波器电路组成。它由滞回比较器产生方波信号，方波信号经过积分器后产生三角波信号。三角波信号一路反馈回滞回比较器，作为滞回比较器的VREF ；另一路经二阶有源低通滤波器滤波以后产生正弦波信号。使用时可以在电路系统的不同输出点得到不同的波形信号。 2.3 电路设计与计算 根据系统框图，设计的电路如下图所示： 图5 系统电路原理图（1） 图6 系统电路原理图（2） 由图6可以看出，电路分为三级，即由运算放大器构成的滞回比较器、积分器和二阶有源低通滤波器。UO1、UO2、UO3是电路的三个输出端，分别输出方波、三角波和正弦波。 电路的第一级是一个滞回比较器，用于输出方波。它输出电压的幅度由稳压管ZD1、ZD2共同决定。设计中，ZD1、ZD2均选用4.7V的稳压二极管，则它们的稳压幅度UZ为： +UZ ＝4.7＋0.7＝5.4(V) 其中，0.7V为二极管ZD1正向导通时的管压降。 -UZ ＝-(4.7＋0.7)＝-5.4(V) 其中，0.7V为二极管ZD2正向导通时的管压降。 所以， UO1＝±UZ＝±5.4(V) 电路的第二级是一个积分器，用于输出三角波。当电路的第一级输出的方波信号UO1送入该级电路后，由该级电路对信号进行积分变换以后，产生三角波信号UO2。UO2分成两路，一路输入第三级电路，另一路反馈回滞回比较器，作为滞回比较器的VREF。第二级电路的输出电压幅度为： +UO2＝R1/R2UZ＝+ UZ＝5.4(V) -UO2＝-(R1/R2UZ)＝- UZ＝-5.4(V) 即第二级电路的输出电压幅度和第一级电路