简易函数信号发生器的设计报告
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系统电路原理图
2 方波——三角波发生电路 2.1 原理图
2.2 参数选择及计算
方波三角波发生电路由同向输入的滞回比较器和积分运算电路组成。积分运 算电路既作为延迟环节又作为方波变三角波电路，滞回比较器和积分运算电路的 输出互为另一个电路的输入。
方波的输出电压幅度由稳压管 D1、D2 共同决定。在设计中，D1、D2 均选用 5.1V 的稳压二极管，则他们的稳压幅度 Uz 为
LM324 芯片的引脚排列如下图所示：
相关参数及描述
运放类型:低功率； 针脚数:14； 增 益 带 宽 :1.2MHz ； 工作温度最高:70°C； 低 偏 置 电 流 ： 最 大 100nA ； 真差动输入级； 输入端具有静电保护功能；
放 大 器 数 目 :4 ； 工作温度范围:0°C to +70°C；
系统框图
电源
方波
三角波
滞回比较 器
积分器
二阶有源低 通滤波器
正弦波 波
2 方案 2
主要是应用集成运放 LM324，其芯片的内部结构是由 4 个集成运放所组成的, 通过 RC 文氏电桥可产生正弦波，其特点是振幅和频率稳定且方便调节能够产生 频率很低的正弦信号；然后通过过零比较器能调出方波,并再次通过 RC 积分电路 就可以产生三角波，三种信号频率相同。此电路具有良好的正弦波和方波信号， 但经过积分器电路产生的同步三角波信号，存在难度。原因是积分器电路的积分 时间常数是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度同 时改变。
漳州师范学院
《模拟电子技术》课程设计
设计题目：简易函数型号发生器的设计 姓 名： 学号 系 别：物理与电子信息工程系 专 业：电气工程及其自动化 年 级： 指导教师：
2012 年 5 月 9 日
目录
摘要
一 系统设计 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 4
1. 设计任务 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 4
U03＝RW2/( R8+ R9 )U02=20/6.6 U02=9.5(V) 而第三级电路的上限截止频率为：
上述公式中，
fH＝1/(2πRC)
R=6.6kΩ
C＝0.01μF
fH＝1/(2×3.14×6.6×103×0.01×10－6)＝2411(HZ) 这说明，第三级电路将阻止频率高于 2411HZ 的信号通过。
+Uz=5.1+0.7=5.8(V) 其中，0.7V 为二极管 D1 正向导通的管压降。
-Uz=-（5.1+0.7）=-5.8(V) 其中，0.7V 为二极管 D2 正向导通管压降。 所以
Uo1=±UZ＝±5.8(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 U01 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 U02。U02 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。根据设计要求方波：Vpp≤14V；三角波：Vpp≤8V 可设 R1 为 12(kΩ),R5 为 22 (kΩ)。 第二级电路的输出电压幅度为：
二 方案选择与比较
1 方案 1：
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。
四 PCB 布板 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 14 五 实物安装与调试 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 15
1．实物图 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 15
2．测试的波形 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 16
3．实验结果分析及与仿真对比┄┄┄┄┄┄ 19
六 设计总结
┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 20
七 原件清单
工 作 温 度 最 低 :0°C ； 额定电源电压：+15V；
短路保护输出； 具有内部补偿的功能；
电源范围：单电源 3V 至 32V 电源或双电源±1.5V 至±16V；
四 PCB 布板
1 实物图
五 实物安装与调试
2 测试的波形 2.1 测试的方波波形
波形
测试值 频率(Hz)
方波
fmin=223.5 fmax=3.848K
2. 设计要求 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 4
二 方案选择与比较 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 5
三 电路设计原理 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 7
1．系统原理 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 7
2．方波--三角波发生电路 ┄┄┄┄┄┄┄ 8
3．正弦波发生电路 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄
9
4．Multisim 软件仿真 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 11
峰-峰值（V） 12.2 12.2
2.2 测试的三角波波形
波形
测试值 频率（Hz）
三角波
fmin=219.9 fmax=3.838k
峰-峰值（V） 7.04 10.7
2.3 测试的正弦波波形
波形 测试值 频率（Hz） 峰-峰值(V)
fmin=189.9
16.6
正
弦
fmax=3.546k
10.6
关键词：LM324；滞回比较器；积分运算器；二阶有源低通滤波 电路
一 系统设计
1 设计任务 利用集成运算放大器 LM324 设计一个简易函数信号发生
器，要求能产生正弦波、方波和三角波三种波形。 2 设计要求
采用双电源供电形式：电源 Vcc=+12V、VEE=-12V；要求在 2KW 输出信号满足： （1）正弦波：Vpp≥10V；方波：Vpp≤14V；三角波：Vpp≤8V ； （2）频率范围：200Hz～3KHz 范围内连续可调； （3）波形无明显失真。
由于方案 2 经过积分器电路产生的同步三角波信号，存在难度，方案 3 的器件多、电路结构复杂从而造成 PCB 排版难度加大。而方案 1 的电路具有效 率高、体积小、重量轻，输出稳定等特点。所以最终我选择方案 1。
三 电路设计原理
1 系统原理
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。
3 正弦波发生电路
3.1 参数选择及计算
第三级电路是二阶有源低通滤波器，用于对第二级电路送来的信号 U02 进行 滤波。U02 经过第三级电路的滤波之后，变换成正弦波信号后由 U03 输出。U03
输出信号的周期与 U02 输出信号的周期相同。因为 R8=I.5 kΩ,R9=5.1kΩ，RW2=20 kΩ 所以
┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 21
摘要
本方案采用 LM324 集成运放芯片，外加电阻、电容等元器件 调整、滤波，构成简易函数信号发生器。LM324 集成运放放大器 芯片中四个独立的运算放大器可分别构成滞回比较器、积分器和 二阶有源低通滤波器电路。通过滞回比较器产生方波，再由积分 器将方波变换为三角波然后通过二阶有源低通滤波器电路将三 角波转换为正弦波。这样就可以构成一个简易的函数信号发生 器。
波
f=1k
4.28~21.0
3 实验结果分析及与仿真对比
由测试结果可知实际值与理论值、仿真结果近似相等，而实际值相对于仿真 情 况 更 加 符 合 设 计 要 求 。 仿 真 频 率 范 围 为 209Hz~2.9KHz 而 实 际 频 率 在 189HZ~3.4KHz 内更符合要求的频率范围（200Hz～3KHz 范围内连续可调）； 实际方波峰-峰值为 12.2V，实际三角波峰-峰值为 6.8V~10.8V,实际正弦波峰峰值为 10.6V~16.6V 满足设计要求的正弦波：Vpp≥10V；方波：Vpp≤14V； 三角波：Vpp≤8V。
3.2 原理图
4 Multisim 软件仿真 4.1 仿真电路图
4.2 仿真频率范围
4.3 仿真波形
方波——三角波波形
源自文库
正弦波波形
4.4 LM324 芯片简介
LM324 带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相 比，它们有一些显著的优点。该四放大器可以工作在低到 3.0V 或者高到 32V 的 电源下，静态电流较小。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合 中采用外部偏置元件的必要性。
系统框图
正弦波
方波
RC 正弦波振荡电路
过零比较器
积分电路
三角波
3 方案 3
也是利用 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。产生方波和三角波的过程与方案 2 相同而正弦波则是通过折 现法实现三角波到正弦波的转换。此方案优点是不受输入电压频率范围的限制， 便于集成化，但是反馈网络中电阻的匹配比较困难。而且器件多、电路结构复杂 从而造成 PCB 排版难度加大。
六 设计总结
在这次课程设计中，经过反反复复的设计电路图，在课本上找原理，运用仿 真软件画图，仿真，验证电路是否正确，焊接实物电路，拆了重做，再验证再调 试。我学会了怎样去根据课题的要求去设计电路和调试电路。动手能力得到很大 的提高。在制作电路的过程中更是学到了许多实践经验，如电路板的布线、元器 件的识别和整机的调试等各方面的经验。从中我发现自己并不能很好的熟练去使 用我所学到的模电知识。在以后学习中我要加强对使用电路的设计和选用能力。 通过这种综合训练，我可以掌握电路设计的基本方法，提高动手组织实验的基本 技能，培养分析解决电路问题的实际本领，为以后毕业设计和从事电子实验实际 工作打下基础。
Tmin＝0.218(ms) Tmax＝4×12×103×(1000+20000)×0.1×10－6/(22×103)
Tmax=4.58(ms) 则振荡频率为：
fmax＝1/ Tmin＝1/0.218×10-3=4.5(KHz) fmin＝1/ Tmax＝1/4.58×10-3=218(Hz) 调节 RW1 可使电路的频率在 200Hz～3KHz 范围内连续可调，电路参数按 此设定后其频率范围理论上近似满足设计要求。
器件类型
电阻
电位器 瓷片电容 稳压二极管 集成芯片
插槽
七 原件清单
型号、参数
数量
100Ω
1
470Ω
1
1 k
1
2KΩ
1
1.5KΩ
1
5.1KΩ
1
10 k
1
12KΩ
2
22KΩ
1
20KΩ
2
103
2
104
1
5.1V
2
LM324
1
14 脚
1
备注
+U02＝R1/R5 UZ =6/11+ UZ=3.16（V） -U02＝R1/R5 UZ =6/11- UZ=-3.16（V） 第一级电路和第二级电路的振荡周期相同，可以由以下的公式求得：
T＝4R1(R 10+RW1)C1/ R5 Tmin＝4×12×103×1000×0.1×10－6/(22×103)
2 方波——三角波发生电路 2.1 原理图
2.2 参数选择及计算
方波三角波发生电路由同向输入的滞回比较器和积分运算电路组成。积分运 算电路既作为延迟环节又作为方波变三角波电路，滞回比较器和积分运算电路的 输出互为另一个电路的输入。
方波的输出电压幅度由稳压管 D1、D2 共同决定。在设计中，D1、D2 均选用 5.1V 的稳压二极管，则他们的稳压幅度 Uz 为
LM324 芯片的引脚排列如下图所示：
相关参数及描述
运放类型:低功率； 针脚数:14； 增 益 带 宽 :1.2MHz ； 工作温度最高:70°C； 低 偏 置 电 流 ： 最 大 100nA ； 真差动输入级； 输入端具有静电保护功能；
放 大 器 数 目 :4 ； 工作温度范围:0°C to +70°C；
系统框图
电源
方波
三角波
滞回比较 器
积分器
二阶有源低 通滤波器
正弦波 波
2 方案 2
主要是应用集成运放 LM324，其芯片的内部结构是由 4 个集成运放所组成的, 通过 RC 文氏电桥可产生正弦波，其特点是振幅和频率稳定且方便调节能够产生 频率很低的正弦信号；然后通过过零比较器能调出方波,并再次通过 RC 积分电路 就可以产生三角波，三种信号频率相同。此电路具有良好的正弦波和方波信号， 但经过积分器电路产生的同步三角波信号，存在难度。原因是积分器电路的积分 时间常数是不变的，而随着方波信号频率的改变，积分电路输出的三角波幅度同 时改变。
漳州师范学院
《模拟电子技术》课程设计
设计题目：简易函数型号发生器的设计 姓 名： 学号 系 别：物理与电子信息工程系 专 业：电气工程及其自动化 年 级： 指导教师：
2012 年 5 月 9 日
目录
摘要
一 系统设计 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 4
1. 设计任务 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 4
U03＝RW2/( R8+ R9 )U02=20/6.6 U02=9.5(V) 而第三级电路的上限截止频率为：
上述公式中，
fH＝1/(2πRC)
R=6.6kΩ
C＝0.01μF
fH＝1/(2×3.14×6.6×103×0.01×10－6)＝2411(HZ) 这说明，第三级电路将阻止频率高于 2411HZ 的信号通过。
+Uz=5.1+0.7=5.8(V) 其中，0.7V 为二极管 D1 正向导通的管压降。
-Uz=-（5.1+0.7）=-5.8(V) 其中，0.7V 为二极管 D2 正向导通管压降。 所以
Uo1=±UZ＝±5.8(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 U01 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 U02。U02 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。根据设计要求方波：Vpp≤14V；三角波：Vpp≤8V 可设 R1 为 12(kΩ),R5 为 22 (kΩ)。 第二级电路的输出电压幅度为：
二 方案选择与比较
1 方案 1：
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。
四 PCB 布板 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 14 五 实物安装与调试 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 15
1．实物图 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 15
2．测试的波形 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 16
3．实验结果分析及与仿真对比┄┄┄┄┄┄ 19
六 设计总结
┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 20
七 原件清单
工 作 温 度 最 低 :0°C ； 额定电源电压：+15V；
短路保护输出； 具有内部补偿的功能；
电源范围：单电源 3V 至 32V 电源或双电源±1.5V 至±16V；
四 PCB 布板
1 实物图
五 实物安装与调试
2 测试的波形 2.1 测试的方波波形
波形
测试值 频率(Hz)
方波
fmin=223.5 fmax=3.848K
2. 设计要求 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 4
二 方案选择与比较 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 5
三 电路设计原理 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 7
1．系统原理 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 7
2．方波--三角波发生电路 ┄┄┄┄┄┄┄ 8
3．正弦波发生电路 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄
9
4．Multisim 软件仿真 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 11
峰-峰值（V） 12.2 12.2
2.2 测试的三角波波形
波形
测试值 频率（Hz）
三角波
fmin=219.9 fmax=3.838k
峰-峰值（V） 7.04 10.7
2.3 测试的正弦波波形
波形 测试值 频率（Hz） 峰-峰值(V)
fmin=189.9
16.6
正
弦
fmax=3.546k
10.6
关键词：LM324；滞回比较器；积分运算器；二阶有源低通滤波 电路
一 系统设计
1 设计任务 利用集成运算放大器 LM324 设计一个简易函数信号发生
器，要求能产生正弦波、方波和三角波三种波形。 2 设计要求
采用双电源供电形式：电源 Vcc=+12V、VEE=-12V；要求在 2KW 输出信号满足： （1）正弦波：Vpp≥10V；方波：Vpp≤14V；三角波：Vpp≤8V ； （2）频率范围：200Hz～3KHz 范围内连续可调； （3）波形无明显失真。
由于方案 2 经过积分器电路产生的同步三角波信号，存在难度，方案 3 的器件多、电路结构复杂从而造成 PCB 排版难度加大。而方案 1 的电路具有效 率高、体积小、重量轻，输出稳定等特点。所以最终我选择方案 1。
三 电路设计原理
1 系统原理
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。
3 正弦波发生电路
3.1 参数选择及计算
第三级电路是二阶有源低通滤波器，用于对第二级电路送来的信号 U02 进行 滤波。U02 经过第三级电路的滤波之后，变换成正弦波信号后由 U03 输出。U03
输出信号的周期与 U02 输出信号的周期相同。因为 R8=I.5 kΩ,R9=5.1kΩ，RW2=20 kΩ 所以
┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 21
摘要
本方案采用 LM324 集成运放芯片，外加电阻、电容等元器件 调整、滤波，构成简易函数信号发生器。LM324 集成运放放大器 芯片中四个独立的运算放大器可分别构成滞回比较器、积分器和 二阶有源低通滤波器电路。通过滞回比较器产生方波，再由积分 器将方波变换为三角波然后通过二阶有源低通滤波器电路将三 角波转换为正弦波。这样就可以构成一个简易的函数信号发生 器。
波
f=1k
4.28~21.0
3 实验结果分析及与仿真对比
由测试结果可知实际值与理论值、仿真结果近似相等，而实际值相对于仿真 情 况 更 加 符 合 设 计 要 求 。 仿 真 频 率 范 围 为 209Hz~2.9KHz 而 实 际 频 率 在 189HZ~3.4KHz 内更符合要求的频率范围（200Hz～3KHz 范围内连续可调）； 实际方波峰-峰值为 12.2V，实际三角波峰-峰值为 6.8V~10.8V,实际正弦波峰峰值为 10.6V~16.6V 满足设计要求的正弦波：Vpp≥10V；方波：Vpp≤14V； 三角波：Vpp≤8V。
3.2 原理图
4 Multisim 软件仿真 4.1 仿真电路图
4.2 仿真频率范围
4.3 仿真波形
方波——三角波波形
源自文库
正弦波波形
4.4 LM324 芯片简介
LM324 带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相 比，它们有一些显著的优点。该四放大器可以工作在低到 3.0V 或者高到 32V 的 电源下，静态电流较小。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合 中采用外部偏置元件的必要性。
系统框图
正弦波
方波
RC 正弦波振荡电路
过零比较器
积分电路
三角波
3 方案 3
也是利用 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。产生方波和三角波的过程与方案 2 相同而正弦波则是通过折 现法实现三角波到正弦波的转换。此方案优点是不受输入电压频率范围的限制， 便于集成化，但是反馈网络中电阻的匹配比较困难。而且器件多、电路结构复杂 从而造成 PCB 排版难度加大。
六 设计总结
在这次课程设计中，经过反反复复的设计电路图，在课本上找原理，运用仿 真软件画图，仿真，验证电路是否正确，焊接实物电路，拆了重做，再验证再调 试。我学会了怎样去根据课题的要求去设计电路和调试电路。动手能力得到很大 的提高。在制作电路的过程中更是学到了许多实践经验，如电路板的布线、元器 件的识别和整机的调试等各方面的经验。从中我发现自己并不能很好的熟练去使 用我所学到的模电知识。在以后学习中我要加强对使用电路的设计和选用能力。 通过这种综合训练，我可以掌握电路设计的基本方法，提高动手组织实验的基本 技能，培养分析解决电路问题的实际本领，为以后毕业设计和从事电子实验实际 工作打下基础。
Tmin＝0.218(ms) Tmax＝4×12×103×(1000+20000)×0.1×10－6/(22×103)
Tmax=4.58(ms) 则振荡频率为：
fmax＝1/ Tmin＝1/0.218×10-3=4.5(KHz) fmin＝1/ Tmax＝1/4.58×10-3=218(Hz) 调节 RW1 可使电路的频率在 200Hz～3KHz 范围内连续可调，电路参数按 此设定后其频率范围理论上近似满足设计要求。
器件类型
电阻
电位器 瓷片电容 稳压二极管 集成芯片
插槽
七 原件清单
型号、参数
数量
100Ω
1
470Ω
1
1 k
1
2KΩ
1
1.5KΩ
1
5.1KΩ
1
10 k
1
12KΩ
2
22KΩ
1
20KΩ
2
103
2
104
1
5.1V
2
LM324
1
14 脚
1
备注
+U02＝R1/R5 UZ =6/11+ UZ=3.16（V） -U02＝R1/R5 UZ =6/11- UZ=-3.16（V） 第一级电路和第二级电路的振荡周期相同，可以由以下的公式求得：
T＝4R1(R 10+RW1)C1/ R5 Tmin＝4×12×103×1000×0.1×10－6/(22×103)