基于LM324的方波、三角波、正弦波发生器(含原理图)讲解

课程设计(论文)说明书
题目：方波、三角波、正弦波发生器院（系）：
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2012年12 月 5 日
摘要
本文通过介绍一种电路的连接，实现函数发生器的基本功能。

将其接入电源，并通过在显示器上观察波形及数据，得到结果。

电压比较器实现方波的输出，又连接积分器得到三角波，并通过差分放大器电路得到正弦波，得到想要的信号。

NI Multisim 软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能过快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。

凭借NI Multisim ，你可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用0工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。

本设计就是利用Multisim软件进行电路图的绘制并进行仿真。

关键词：电源、波形、比较器、积分器、Multisim
Abstract
This paper introduces a circuit connection, to achieve the basic functions of function generator. Their access to power, and through the display of waveform and data, and get the result.
A voltage comparator to achieve a square wave output, in turn connected integrator triangle wave, and through the triangle wave - sine wave conversion circuit to see the sine wave, the desired signal.
NI Multisim software combines intuitive capture and powerful simulation, an quickly, easily, efficiently for circuit design and verification. With NI Multisim, you can immediately create a complete component library circuitdiagram, and the use of 0 industry standard SPICE simulator to mimic circuit behavior. This design is the use of Multisim software in circuit diagram and carry out simulation
Key words: power, waveform, comparator, an integrator, a converter circuit, Multisim
目录
1 设计任务---------------------------------------1
1.1 电路设计任务------------------------------1
1.2 电路设计要求------------------------------1
2正弦波、方波发生器的组成------------------------1
2.1 原理框图----------------------------------1
2.2 原理分析----------------------------------1
2.3 放大器功能及管脚图------------------------2
3 系统中各模块设计--------------------------------2
3.1方波-三角波-正弦波-------------------------2
3.1.1方波形仿真图-----------------------------4
3.1.2三角波仿真电路图以及仿真图---------------4
3.1.3正弦波仿真图-----------------------------6
3.1.4实验设计电路图---------------------------6
3.1.5实验电路PCB图---------------------------7
3.1.6参数设计---------------------------------7
3.2元器件型号---------------------------------9
4 电路调试---------------------------------------10
4.1 安装正弦波、方波发生器- ------------------13
4.2调试正弦波、方波发生器---------------------13
4.3调试结果展示------------------------------13
4.3.1方波实验波形图--------------------------11
4.3.2三角波实验波形图------------------------11
4.3.3正弦波实验波形图------------------------12
4.3.4实际电路图及实物图展示------------------12
4.4性能指标测量与误差分析--------------------13
5 实验总结--------------------------------------13
谢辞、参考文献-----------------------------------14
一设计任务
1.1 任务
设计制作一个方波-三角波-正弦波发生器。

1.2 要求
①输出波形频率范围为0.02Hz~20kHz且连续可调；
②正弦波幅值为±2V；
③方波幅值为2V；可调。

④三角波峰-峰值为2V，占空比
二方波-三角波-正弦波发生器的组成
2.1原理框图
2.2原理分析
函数发生器一般是指能自动产生方波、三角波、正弦波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。

产生方波、三角波、正波，再通过方波转换为三角波，最后通过差分放大器将三角波转换为正弦波。

弦波的方案有多种，本课题介绍先产生方波-三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法。

由R、C 振荡电路、比较器产生方波，再通过方波转换为三角波，最后通过差分放大器将三角波转换为正弦波。

LM324系列运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的
四运算放大器，可工作在单电源下，电压范围是3.0V-32V或+16V.典型值为+12V，本设计采用典型值。

2.3放大器功能及管脚图
LM324引脚图（管脚图）
三系统中各模块设计
3.1 方波-三角波-正弦波
由模电知识我们知道，将一组矩形波经积分电路会得到良好的三角波，所以本设计采用前置矩形波发生电路，然后对所得到的矩形波进行积分电路积分，最后输出三角波。

矩形波发生电路实际是由一个滞回比较器和一个RC充放电回路组成，如图一所示。

图：电路仿真原理图
其中R1、R10与集成运放组成滞回比较器，电阻R4和电容C组成充放电回路，稳压管D3、D4和电阻R3的作用是钳位，将滞回比较器输出电压稳定在正负Uz。

在方波发生电路中，利用二极管的单项导电性是电容正向和反向充电的通路不同，从而使它们时间常数不同，即可以改变输出电压的占空比，再经过积分就可以得到占空比可调的三角波，如图所示，图中电位器和两个二极管的作用是将电容和放电的回路分开，调节充电和放电两个时间常数的比例。

如果将电位器向下滑动，则充电时间常数减小，放电时间常数增大，于是输出端为高电平的时间缩短，低电平的时间增长。

将上述的矩形波发生电路的输出端与积分电路的输入端连接
即可得到占空比可调的的三角波发生电路。

3.1.1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。

3.1.2三角波仿真电路图以及得出的三角波形仿真图：
3.1.3正弦波波形仿真图
实验设计电路图及实验PCB电路图：
3.1.6参数设计
（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U O1发生跳变，而发生跳变时的U O值是使三角波的最大值U om。

将条件U O1=-U Z,U+=0和U o=U om代入下式可得：
0=
R1
R1+R2(-U z)+
R2
R1+R2U om
可解的三角波的输出幅度为:
U om =R1
R2
U z
(2)占空比
当忽略二极管的导通电阻时经分析可知：
T 1=(R 6+R 10)C ㏑(1+2R1
R2 )
T 2=(R 6+R 9)C ㏑(1+2R1
R2
)
输出波形的震荡周期为：
T=T 1+T 2=(2R 6+R 8)C ㏑(1+2R1
R2 )
占空比为：
D=T1T =R6+R10
2R6+R8
取R1=R2=1K ，限流电阻R3=5K
输出波形的震荡周期为：
T=T 1+T 2=(2R 6+R 8)C ㏑(1+2R1
R2
)
当0.02hz<<F<<20hz 时，取C1=1uf ，R4=0.01K ，R5为100K
3.2元器件型号
采用下图所示电路，其中运算放大器A1和A2用LM324，稳压管用IN4735，因为，输出波形幅度有电位器R7调节，所以可使供电电源VCC=12V,VEE=-12V
四 电路调试
4.1安装方波-三角波-正弦波发生器电路
1. 把一块LM324集成块插入面包板，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R7，使三角波的幅值满足指标要求； 3. 调节R5，微调波形的频率；
4. 观察示波器，使各指标达到；
注意：电路先产生方波，经过积分电路再产生三角波，所以可以先安装方波发生器，再安装积分电路，需要注意的是，安装电位器之前，要先将其调整到设计值，否则可能会不起振。

安装电位器的时候要注意三个管脚的接入。

调节电位器R5可以调节三角波的占空比，虽然频率会同时改变，但改变的不大。

微调R5时输出频率在对应波段内连续可变。

调节R7可以调节输出波的幅值，使三角波的幅度满足设计指标要求。

经面包板调试没有问题后在用DXP2008画好PCB，再把电路板做出来，安装、调试、测试及记录数据等等即可。

4.3调试结果展示
4.3.1图1 为方波结果展示
图1
4.3.2图2 是三角波结果展示
图2
4.3.3图3 是正弦波结果展示
图3
4.3.4实物图展示
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。

实验总结
这次课程设计让我感触颇深。

从选择这个课题后，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。

首先遇到课设要求出现问题时，我进行各种尝试，各种设计方案，最先做的板子不符合课设要求，调试的不理想，最后，在同学的帮助下，最后把电路图改了，最终成功完成了这次课设，在遇到问题的时候不再是放弃，而是积极想办法解决，在这点我觉得我进步了。

其次是在焊接过程，在没有想好走线的时候就盲目动手焊接，结果造成短路，吸取第一次教训，第二块板子在我们的布局下顺利焊接完了，在这个过程中，可以看出我们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。

经过这次课设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。

谢辞
通过认真完成本次课程设计，使得我加强了对相关高频电子电路、模拟电子技术和数字电子电路理论知识的理解和认知。

对于高频电子电路方面，对信号的调制与解调有了实际应用的理解，通过亲自动手调试实际电路，加大了对这方面知识
的掌握度。

对于模拟电子技术方面，尤其是在A/D和D/A的知识方面，又有了进一步的深刻认知。

对于数字电路方面，加强了对基本的门电路的互相转化实际应用能力，深刻了解了lm324n芯片，并根据实际应用于实践中。

在此过程中，我收获的不仅仅是知识，也收获了与人合作和互相讨论之间带来的高效率。

借此，我也特别感谢在此过程中给与予我帮助的晋良念老师，还有周围互相讨论一起进步的同学。

在许多问题上，许多我无法理解的困难，都是在老师和同学的帮助下得以很好解决。

参考文献
【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）。

[2] 夏路易，石宗义．电路原理图与电路板设计教程PROTEL 99SE[M]．北京：北京希望电子出版社2004：56-59．
[10]《DXP电路设计与仿真》.北京：机械工业出版社，2002：100-170。