簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)報(bào)告文獻(xiàn)

1、漳州師范學(xué)院模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：簡(jiǎn)易函數(shù)型號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)姓 名：學(xué) 號(hào)系別：物理與電子信息工程系專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化年 級(jí)：指導(dǎo)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(shè)計(jì) 4.設(shè)計(jì)任務(wù) 4.設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shí)物安裝與調(diào)試 15.實(shí)物圖 15.測(cè)試的波形 163.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及與仿真對(duì)比19六設(shè)計(jì)總結(jié) 20七原件清單 21摘要本方案采用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)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。LM324集成運(yùn)放放大器芯片中四個(gè)獨(dú)立的運(yùn)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(gè)簡(jiǎn)易的函數(shù)信號(hào)發(fā)生 奧 TFPTo關(guān)鍵詞：LM324;滯回比較器；積分運(yùn)算器；二階有源低通濾波 電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)任務(wù)利用集成運(yùn)算放大器LM324設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)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(shè)計(jì)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(hào)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(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LM 324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。系統(tǒng)框圖2方案2主要是應(yīng)用集成運(yùn)放LM324其芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由4個(gè)集成運(yùn)放所組成的, 通過RC文氏電橋可

5、產(chǎn)生正弦波，其特點(diǎn)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(hào)；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(hào)頻率相同。此電路具有良好的正弦波和方波信號(hào)， 但經(jīng)過積分器電路產(chǎn)生的同步三角波信號(hào)， 存在難度。原因是積分器電路的積分 時(shí)間常數(shù)是不變的，而隨著方波信號(hào)頻率的改變，積分電路輸出的三角波幅度同 時(shí)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(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。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(shí)現(xiàn)三角波到正弦波的轉(zhuǎn)換。此方案優(yōu)點(diǎn)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(luò)中電阻的匹配比較困難。 而且器件多、電路結(jié)構(gòu)復(fù)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(hào)，存在難度，方案 3 的器件多、電路結(jié)構(gòu)復(fù)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(diǎn)。所以最終我選擇方案 1。電路設(shè)計(jì)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(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

7、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)。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(jì)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(yùn)算電路組成。積分運(yùn)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(yùn)算電路的輸出互為另一個(gè)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(shè)計(jì)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(dǎo)通管壓降。所以U0i = Uz=5.8(V)電路的第二級(jí)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)Uoi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)U02。U02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。根據(jù)設(shè)計(jì)要求方波：Vp產(chǎn)14V;三角波：Vp產(chǎn)8V可設(shè)R1 為 12(kQ),R5 為 22 ( kQ)。第二級(jí)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(jí)電路和第二級(jí)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(shè)定后其頻率范圍理論上近似滿足設(shè)計(jì)要求。3正弦波發(fā)生電路參數(shù)選擇及計(jì)算第三級(jí)電路是二階有源低通濾波器，用于對(duì)第二級(jí)電路

10、送來的信號(hào) U 02進(jìn)行 濾波。U02經(jīng)過第三級(jí)電路的濾波之后，變換成正弦波信號(hào)后由U03輸出。U03輸出信號(hào)的周期與U02輸出信號(hào)的周期相同。因?yàn)樽?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(jí)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(jí)電路將阻止頻率高于2411Hz的信號(hào)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(jiǎn)介L(zhǎng)M324帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。 與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相 比，它們有一些顯著的優(yōu)點(diǎn)。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(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)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(yùn)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(dòng)輸入級(jí)；輸入

12、端具有靜電保護(hù)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(hù)輸出； 具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ?；電源范圍：?jiǎn)坞娫?V至32V電源或雙電源 1.5V至16V;四PCB布板1實(shí)物圖五實(shí)物安裝與調(diào)試2測(cè)試的波形測(cè)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(guó)期波 7、-一測(cè)試值頻率(Hz)峰-峰值(V)方波fmin=223.512.2fmax=3.848K12.2測(cè)試的三角波波形1100 JUS1

13、,甚需運(yùn)行2,00 V3啊也:天閉頻率 2133依 卜下告酶I /舶QmY型羽？1時(shí)口2,00 V“了徽OmV213中6而二口5叱口.（d:（kh-測(cè)試由t頻率（Hz）峰-峰值（V）三角波fmin=219.97.04fmax=3.838k10.7測(cè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及與仿真對(duì)比由測(cè)試結(jié)果可知實(shí)際值與理論值、仿真結(jié)果近似相等，而實(shí)際值相對(duì)于仿真 情況更加符合設(shè)計(jì)要求。仿真頻率范圍為209Hz2.9KHz而實(shí)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(shí)際方波峰-峰值為12.2V,實(shí)際三角波峰-峰值為6.8V10.8V，實(shí)際正弦波峰- 峰值為10.6V16.6V滿足設(shè)計(jì)要求的正弦波：Vpp10V;方波：Vpp014V; 三角波：Vpp08V。六設(shè)計(jì)總結(jié)在這次課程設(shè)計(jì)中，經(jīng)過反反復(fù)復(fù)的設(shè)計(jì)電路圖，在課本上找原理，運(yùn)用仿 真軟件畫圖，仿真，驗(yàn)證電路是否正確，焊接實(shí)物電路，拆了重做，再驗(yàn)證再調(diào) 試。我學(xué)會(huì)了怎樣去根據(jù)課題的要求去設(shè)計(jì)電路和調(diào)試電路。動(dòng)手能力得到很大的提高。在制作電路的過程中更是學(xué)到了許多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，如電路板的布線、元器 件的識(shí)別和整機(jī)的調(diào)試等各方面的經(jīng)驗(yàn)。 從中我發(fā)現(xiàn)自己并不能很好的熟練去使 用我所學(xué)到的模電知識(shí)