基于LM324的函数发生器报告.docx
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基于LM324的函数发生器报告
函数发生器设计报告
题目：
方波、三角波、正弦波发生器
院（系）：
专业：
学生姓名：
学号：
指导教师：
2015年12月31日
一．设计要求
函数信号发生器：
利用集成运算放大器LM324制作可输出正弦波、方波、三角波的信号发生器，用示波器可观察。
二．主要芯片介绍
2．1LM324芯片介绍
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1LM324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2LM324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3LM324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。
三．结构框图等设计步骤
3．1总体设计流程图
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迟滞比较器、积分器和二阶有源低通滤波器电路组成。
3.2方波实现过程
利用同向输入迟滞比较器，如图：
其门线电压为：
解得：
所以：
当
3.3三角波实现过程
利用电容的充放电电压随时间的关系可以得到通道二的输出波形，且：
设当t=0时，VZ=-5.4V，当电容充电使得Vi>5.4V时，方波输出翻转为5.4V，则此时，VZ通过R3和C1反向充电，由于充放电的时间常数相同，所以通道二输出的波形为三角波，其周期为：
=4.8ms则振荡频率为：
f＝1/T＝1/4.8×103＝208.33（Hz）
3.4正弦波实现过程
利用二阶有源低通滤波电路加上同相比例放大电路来实现，因为
对此运算放大器运用虚短和虚断可知：
UO3＝2UO2＝2UZ＝±10.8（V）fH＝1/（2πRC）=1/（2×3.14×3.9×103×0.1×10－6）＝408.30（HZ）即：
第三级电路将阻止频率高于408.30HZ的信号通过。
3.5.1总电路图（Multisim）
下图为方波仿真图：
将方波发生电路和积分电路连接起来就可以将方波转换为占空比可调的三角波。
3.5.2三角波仿真电路图以及得出的三角波形仿真图：
3.5.3正弦波波形仿真图
3.6参数设计
（1）输出幅度
由图可知，稳压管两端电压为UZ，积分电路的输出电压Uo往正方向线性增长，此时U+也随着增长，当增长至U+=U-=0时，滞回比较器的输出电压UO1发生跳变，而发生跳变时的UO值是使三角波的最大值Uom。
将条件UO1=-UZ,U+=0和Uo=Uom代入下式可得：
0=
（-Uz）+
Uom
可解的三角波的输出幅度为:
Uom=
Uz
（2）占空比
当忽略二极管的导通电阻时经分析可知：
T1=（R6+R10）C㏑（1+
）
T2=（R6+R9）C㏑（1+
）
输出波形的震荡周期为：
T=T1+T2=（2R6+R8）C㏑（1+
）
占空比为：
D=
=
取R1=R2=1K，限流电阻R3=5K
输出波形的震荡周期为：
T=T1+T2=（2R6+R8）C㏑（1+
）
当0.02hz<3.7电路原理图，PCB的设计
四.安装调试流程
4.1安装方波-三角波-正弦波发生器电路
1.把一块LM324集成块插入电路板，注意布局；
2.分别把各电阻放入适当位置，还要注意阻值的大小；
3.按图接线，注意直流源的正负及接地端。
4.2调试方波-三角波-正弦波发生器电路
1.接入电源后，用示波器进行双踪观察；
2.调节电位器，使三角波的幅值满足指标要求；
3.调节电位器，微调波形的频率；
4.观察示波器，使各指标达到；
4.3调试结果展示
4.3.1方波
图1
4.3.2三角波
图2
4.3.3正弦波
图3
4.4性能指标测量与误差分析
①波形不稳定时，可能是电路在安装的时候接触不良，可加固焊点。
如果电源不稳定，纹波过大，则可加旁路电容使波形稳定
②方波的上升时间主要受放大器转换速率的限制，如果输出频率太高，可介入加速电容，一般加速电容取几十皮法。
五．元器件清单
1、电阻：
1.4K（2个）1K（1个）2.2K（2个）3K（2个）10K（2个）22K（2个）
2、开关（3脚）：
SW（3个）
3、二极管：
D4.3v（4个）4148（2个）
4、运放及插座：
8脚TL082芯片（2个）8脚集成块插座（2个）
5、电容：
222（3个），223（3个）
6、短接线：
一根
7、电位器（3脚直插式）：
47K（4个）22K（1个）20K（一个）
六.实验总结
这次设计让我感触颇深。
我在设计、焊接、调试等过程中就遇到各种各样的问题，为解决这些问题，我们利用各种途径查找资料。
在焊接过程，在没有想好走线的时候就盲目动手焊接，结果造成电容接反，在测试时，发生了爆炸，差点伤到帮忙测试的同学，吸取第一次教训，第二块板子在我的布局下顺利焊接完了，在这个过程中，可以看出我做事情还是毛毛躁躁的，没有缜密的计划就动手，不过我们还是很有耐心的把第二块板子焊完了。
结果令我很兴奋，调试出了较好的波形。
经过这次实验让我对低频电子线路有了进一步的认识，在设计方面掌握了以前书上没有的知识，在电路焊接方面也有了提升，懂得怎样走线，怎样焊接，以及学会了处理焊接过程中遇到的一些问题。
总之，这次课设让我从理论上，动手能力上都有了一定的提高。
七.参考资料
【1】模拟电子电路实验教材（电子科技大学出版社，主编：
李淑明）。
【2】模拟电子电路技术基础（电子工业出版社，主编：
王卫东）。
【3】XX百科
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