基于lm324多用信号发生器.docx

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基于lm324多用信号发生器

电子线路课程设计注意事项

1、本课程设计采用抽签形式选择相应题目，一般为4人一组，简单设计以2人为一组；每组推出一个组长。

2、每组必须完成电路原理图、PCB版图、元器件焊接以及装置通电试验，以及答辩的PPT。

3、每组组内成员为同一成绩。

组内分工要明确，合作要和谐。

具体成绩包括焊接质量（5%）、电路完成情况（60%）、课程设计报告撰写（20%）、答辩（15%）。

指导教师有权力根据综合情况调整分数。

4、指导教师为程志友、鲍文霞，按照大家选课时名单填写。

5、具体课程设计报告见附录。

6、未尽事项等候通知，其它事宜可和我联系。

附录：

《电子线路》课程设计报告

题目

基于lm324的多用信号发生器

学院

专业

组长姓名和学号

学生姓名和学号

指导教师

2016年7月7日

一选题目的及意义4

1.1设计电路的介绍和应用4

二电路工作原理及设计4

2.1实验总体过程4

2.2具体实验步骤5

2.2.1通过原始pcb板画电路原理图5

2.2.2使用模拟仿真电路7

三电路结构分析11

3.1方波和三角波产生电路——弛张振荡器11

3.2第二级滤波电路和负反馈电路12

四、结果分析12

4.1元件参数12

4.2模拟测试结果13

4.3仿真结果13

4.4实际测试电路15

四团队构成17

五实物照片17

六心得及体会18

6.1本节包括知识点的回顾18

6.2技术体会、团队合作体会18

一选题目的及意义

1.1设计电路的介绍和应用

本次课程设计以四运算放大器LM324为核心器件，通过迟滞比较器和积分器产生方波和三角波。

再通过滤波电路和放大电路产生正弦波。

它是信号发生器的基本原理电路，通过波形变换电路，可把它做成多用信号发生器。

可应用于电子技术工程、通信工程、自动控制、仪器仪表及计算机技术等领域内。

几乎所有的电参量在电子测量技术应用中都需要借助信号发生器进行测量。

按其信号波形分为四大类：

①正弦信号发生器。

主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。

按其不同性能和用途还可细分为低频（20赫至10兆赫）信号发生器、高频（100千赫至300兆赫）信号发生器、微波信号发生器、扫频和程控信号发生器、频率合成式信号发生器等。

②函数（波形）信号发生器。

能产生某些特定的周期性时间函数波形（正弦波、方波、三角波、锯齿波和脉冲波等）信号，频率范围可从几个微赫到几十兆赫。

除供通信、仪表和自动控制系统测试用外，还广泛用于其他非电测量领域。

③脉冲信号发生器。

能产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器，可用以测试线性系统的瞬态响应，或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。

④随机信号发生器。

通常又分为噪声信号发生器和伪随机信号发生器两类。

噪声信号发生器主要用途为：

在待测系统中引入一个随机信号，以模拟实际工作条件中的噪声而测定系统性能；外加一个已知噪声信号与系统内部噪声比较以测定噪声系数；用随机信号代替正弦或脉冲信号，以测定系统动态特性等。

当用噪声信号进行相关函数测量时，若平均测量时间不够长，会出现统计性误差，可用伪随机信号来解决。

二电路工作原理及设计

2.1实验总体过程

通过这几天对该电路的学习和讨论，通过观察PCB板，画出电路原理图；学会了使用模拟仿真电路，并通过模拟仿真过程中，改变各种参数观看输出，来确定电路各参数，还上网查找资料与相似电路对照，理解不同电路的优缺点。

最后，我们把电路实际做了出来，用示波器实际量了电路输出，与理论和模拟相比较，分析误差原因。

最后亲自动手画了pcb板图，然后结束了课程设计

2.2具体实验步骤

2.2.1通过原始pcb板画电路原理图

由于平时接触pcb板少，要通过背面的电路转化成平时我们熟识的电路，这项工作十分麻烦，需要分析哪些是等电势点，再把这些点通过原件所形成的电路连接起来。

由于电路之间四通八达，期间我们花费两天经常互相讨论电路，用所学去分析电路改正电路。

图一电路为模仿pcb板的电路图。

把它分解为图二电路图可以对它像平时电路一样去分析，图二R4错误，通过再次分析讨论找到了错误。

图三为正确电路。

图一第一次电路图

图二第二次电路图

图三最后确定的电路图

2.2.2使用模拟仿真电路

由于不知道电路各电路元件参数，而且电路中R6b一端不连接任何元件，和电容电阻形成的环与其他电路不连接，第一个运放电路没有输入和输出，由于这些问题，我们无法直接做出电路。

我们需要运用仿真软件去假设去测试，选取能产生输出的电路。

下图四为根据pcb板化简电路。

其中各电路元件参数为假设。

图四电路存在的难点部分

分析过程如下：

（1）分析元件参数

电阻10k欧有7个；电阻100欧的一个；电阻100k欧的一个；

电阻2.2k欧的一个；电阻220k欧的一个；电阻510欧的一个；

电位器5k欧的2个；电容3个全是104。

对于电容都是0.1uf不需要分析，但是对于电阻要确定几个特殊阻值电阻如100欧电阻，100k电阻，2.2k电阻，220k电阻，510电阻。

图五第一级运放电路

（1）确定100k，100欧电阻

通过分析知道图五是同相输入迟滞比较器，而且基准电压VREF在运放负端且为0。

这个电路可以组成波形整形和波形变换电路。

由于迟滞宽度ΔV=（R1/R2）×（VOH-VOL），而且迟滞宽度越大电路越稳定可知，R1应该选择最大阻值100k欧,R2应该选择100欧。

（2）确定R6a,R6b

当我把多用信号发生电路模拟出来时，知道R6a,R6b比较特殊首先想到一个是2.2k,一个是220k,模拟结果如下

图六R6a为2.2k,R6b为220k的仿真结果

波形输出都太小。

后来想到一个是510欧，一个是10k欧。

通过模拟仿真得到R6a为510欧，R6b为10k欧时，电路输出失真最小，波形输出最好。

图七为R6a为510欧，R6b为10k电路波形。

（3）2.2k和220k的确定

最后一级为负反馈放大电路，要想反馈系数大，放大倍数大，我们需要让R11大，R10尽量小。

R11为220k,R10为2.2k。

（4）电位器确定

电路中有两个Rp系列编号电位器，所以它们俩应该是阻值相同电位器，还有一个是R8应为10k电位器。

至此分析电路元件各种参数已全部分析出。

我们需要解决上文提到的几大问题。

（5）分析解决上文提到的几大问题

首先R6b一端不连接任何元件，由于第一个和第二个运放形成电路已经完整，所以这两个电路输出没有影响，完整电路和输出如下图所示：

图八为第一第二级运放电路的输出结果

图九为第一级和第二级运放电路（后来知为弛张振荡器）

分析结果：

因为要把三角波转化为正弦波，要用到低通滤波器和负反馈放大电路，所以把电阻电容环加到最后一级电路正输入端。

再把三角波信号通过R6b连接最后一级电路正输入端，三角波就变换成了正弦波。

至此电路已经全部分析清楚。

三电路结构分析

第一级为方波---三角波产生电路，下图为原理图，图中参数与电路实际参数不同。

左边为迟滞比较器，右边为积分电路。

图十为弛张震荡器

3.1方波和三角波产生电路——弛张振荡器

图为一个弛张震荡器，它由两部分组成：

一部分是状态记忆电路，

另一部分是定时电路。

如上图所示：

一般选用迟滞比较器作为定时电

路，定时电路是用来控制状态转换的电路。

一般用迟滞比较器作为状

态记忆电路，而用积分器作为定时电路。

双运放弛张振荡器，运算大器U1A是比较器，U2A构成反向积分器。

在U1A的输出端输出方波，在U2A的输出端输出三角波。

峰峰值的计算公式为：

?

U_o1pp=2Ucc?

?

?

U_o2pp=2?

R1/R2?

*?

Ucc

频率的计算公式为：

f0=（αR2）/（4R3?

*C*?

R1?

）

3.2第二级滤波电路和负反馈电路

图十一为滤波电路和负反馈电路

如上图所示，高频信号分量经过C2接地，低频分量一部分经过R5接地损失，另一部分到负反馈放大电路放大。

所以三角波是经过滤波再经过放大产生正弦波。

至此电路原理分析结束。

四、结果分析

4.1元件参数

本节包括元器件清单电阻10k欧有7个；分别是R0，R3，R4，R5,R6b,R7,R9。

电阻100欧的一个为R2；电阻100k欧的一个为R1；

电阻2.2k欧的一个为R10；电阻220k欧的一个为R11；电阻510欧的一个为R6a；

电位器5k欧的2个为Rp1；一个为Rp2,对于电容都是0.1uf；分别为C1，C2，C3。

4.2模拟测试结果

图十二模拟仿真原理图

4.3仿真结果

由于示波器只有两通道，模拟结果无法一次显示三个波形，采用两两比较形式模拟。

下图为方波和正弦波

图十三为方波和正弦波仿真结果

下图为正弦和三角波比较图。

图十四位三角波和正弦波比较图

下图为方波和三角波比较图。

图十五方波和三角波比较图

4.4实际测试电路

图十六为实际电路

测试结果如下图所示：

方波，正弦波，三角波如下

图十七为方波的产生

图十八为三角波的产生

图十九为正弦波的产生

根据实际调试调节滑动变阻器，可以改变波形幅度和频率。

Rp1可以调节频率，其他两个调节幅度。

4.4误差分析

其中方波是波形失真最大，正弦波与理论值和模拟值基本相同，三角波也与理论波形一致。

具体原因是电路电压比较器两个特性决定。

（1）集成运放和专用比较芯片的Aud不为无穷大，ui在ur附近的一个很小范围内存在着一个比较器不灵敏区。

在这个范围内输出状态既非Uoh,也非Uol,故无法对输入电平大小继续鉴别。

（2）比较器输出状态产生转换需要时间，它的转换速度受其压摆率SR控制。

不能瞬间变换，会出现我实验中出现的方波像梯形一样。

四团队构成

组长王博文主要负责pcb板电路转换为原理图，使用模拟软件测试电路参数，用AD软件制作pcb板，组员鲍丙李主要负责电路图分析，焊接电路板和实验测试元件性能。

五实物照片和PCB照片

图二十实物照片

图二十一自己制作的PCB图

六心得及体会

6.1本节包括知识点的回顾

这次我们的实验是多用信号发生器，方波和三角波产生电路用的是弛张振荡器。

正弦波的产生用的是三角波加到低通滤波器和负反馈放大器中，从而产生正弦波。

6.2技术体会、团队合作体会

经过本次课程设计，我们组对于实际pcb板电路，从pcb板图到原理图，再到利用仿真软件对其进行测试，分析各种参数。

几个夜晚，几个白天从早到晚的查阅资料，讨论原理，仿真软件的练习使用，AD的学习使用。

经过课程设计，我们对实际电子电路设计的大致流程有了基本的认识。

尽管，软件方面AD使用还很不熟练，原理分析能力还有待提高，但我们确实通过我们的分析，使我们的电路实现了应有的功能。

对误差也做出了我们认为的最好的解释。

对自己的成果还是比较满足的。