LM324应用电路设计..

电网络实验报告——基于运放LM324的波形发生器

指导教师：***

学生：袁同浩

学号：********

2013-10-13

上海大学

目录

摘要 (2)

一三角波发生电路 (3)

二正弦信号 (5)

三正弦波和三角波的叠加。 (6)

四滤波环节 (8)

五比较环节 (10)

小结 (12)

附录 (13)

摘要

本文使用LM324芯片的4个集成运算放大器实现了三角波发生电路、同相加法器、二阶RC网络有源滤波器和滞回比较器。每个子电路分别使用一个运放。

首先搭建出三角波发生电路，发出频率为2K HZ峰峰值为4V的三角波，记为；然后用信号发生器发出频率为500HZ、最大值为0.1V的正弦波信号；随后将两个信号送到同相加法器得到信号；再将送入滤波器，将三角波信号滤除，得到正弦信号记为；最后将和三角波信号分别送到滞回比较器的反相端和同相端，进行比较同时输出方波信号。

一 三角波发生电路

三角波发生电路如图1所示。电阻R1和R3构成正反馈，C1和R2构成负反馈。输出电压由5.1V 的稳压管钳位。

U2A

LM324AD

3

2

11

4

1

VEE

-15V

VCC 15V C1

0.1µF

R23kΩR310kΩR1

5.5kΩ

D1

1N4733A D2

1N4733A

图4 三角波发生电路

记运放的同相端和反相端电压分别为：、

。当

大于

时，放大器输出端输出

，

是稳压管电压，实际在5.6V 左右。此时电容C1被充电，电容C1上电压线性增大。反之，电容C1上的电压线性减小。所以可以从C1上取出三角波。

三角波的频率

三角波幅值

其中，是稳压管V1和V2的稳压值。按照要求，f为2kHZ。三角波幅值为2V。

取，R3=10K,R1=5.5K，C1=0.1uF。则可计算得到R2的值：

实际仿真时，进行了微调，最终R2取值4k。仿真结果如图2所示。

图 2 三角波波形

二正弦信号正弦信号由信号发生器发出，其仿真波形如图3所示。

图3 正弦波波形

从图中可见，该波形频率为500HZ，最大值为100mV。

三 正弦波和三角波的叠加。

叠加的过程本文采用的是使用运放搭建的同相加法电路。同相加法器的电路结构如图4所示。

U4A

LM324AD

3

2

11

4

1

R410kΩR5

190kΩ

VCC 15V

VEE

-15V

R8

19kΩ

R71kΩ

R6

10kΩ

XFG1

Uo1

Ui1

Ui2

图4 同相加法器电路结构

该电路的要求是能够对不进行放大，而对

放大10倍。根据该电路结

构，容易得到：

最终

的仿真波形如图5所示。

图5 仿真波形从图中可见，合成波形。

四滤波环节

从图5可以看出，的峰峰值为4V，而设计要求滤波器的输出信号，即的峰峰值为9V。同时为了达到更好德尔滤波效果，本文采用二阶RC有源滤波器。其电路结构如图6所示。

C3

0.1µF

R9 3.18kΩ

U1A

LM324AD

3

2

11

4

1

C2

0.1µF

R10

3.18kΩ

VCC15V

VEE

-15V

R12

14.8kΩ

R11

10kΩ

图 6 滤波器电路结构图

其中，R9=R10;C2=C3。该滤波器的截止频率为：

先取电容为0.1uF,截止频率定为500HZ，则可得电阻

R=3.18K。

滤波器的输出仿真波形如图7所示。从图中可以看出，波形频率为500HZ，峰峰值为9V，满足要求。

图7 滤波器输出波形

五 比较环节

根据要求将滤波器的输出波形与三角波相比较得出类似于SPWM 的方波。比较电路采用滞回比较器，电路结构如图8所示。

U3A

LM324AD

3

2

11

4

1

VCC 15V

VEE

-15V R1310kΩ

R1410kΩ

图 8 滞回比较器电路结构。

滞回比较器输出波形如图9所示。

图9 滞回比较器输出波形

从图8可看出，该波形的占空比并不是固定的，也就是说并不是一个方波。从图9可以看出原因。

图9 三种波形的比较

图9中，三角波和正弦波的示波器纵坐标设置相同都为2V/格，输出的SPWM波形，由于在输出端没有稳压管限幅幅值可达15V，所以纵坐标设置为10V/格。

从三角波由同相端输入，正弦波由反相端输入，所以当三角波瞬时值大于正弦波瞬时值的时候滞回比较器的输出为15V，反之为-15V。

完整的系统图见附录

小结

这将近一个月的时间里，我利用课下时间查阅文献，总结思考我终于将此次设计报告完成。其中难点主要是三角波发生器和滤波电路。

因为运放个数的限制，三角波发生器只能使用一个运放，尽管我看了很多文献，依然不知道如何实现，最后在邵老师的提示下，才想出文中的电路。邵老师知识渊博、谦虚谨慎，而且能够在百忙之中及时回复我的邮件，在这里我要感谢邵老师对我的指导。滤波器的设计十分复杂，因为从来没有认真思考过滤波器的设计，所以这次滤波器的设计占用了我大部分的时间。还好最后在和同学的讨论中设计出文中使用的滤波器，在此，我要感谢我的同学们对于我的帮助。

虽然花了较多的时间，但最终还是将报告以及仿真完成，并且达到了理想的结果。遗憾的是，因为时间和材料的原因，我不能实际搭出硬件电路。