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 上海市延长路 149 号 1 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 2 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。 3 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 VCC15V C1 0.1µF R2 3kΩ R3 10kΩ R1 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 4 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 5 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。 6 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 R4 10kΩ R5 190kΩ VCC 15V VEE-15V R8 19kΩ R7 1kΩ 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。 7 图 5 仿真波形 从图中可见，合成波形 。 8 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 VCC 15V 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。 9 图 7 滤波器输出波形 10 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 R13 10kΩ R14 10kΩ 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。 11 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 12 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。 13 附录 U2A LM324AD 32 114 1 VEE -15V VCC 15V U4A LM324AD 32 114 1 R4 10kΩ R5 190kΩ VCC 15V VEE -15V R8 19kΩ R71kΩ R610kΩ C3 0.1µ F R9 3.18kΩ C1 0.1µ F R2 3kΩ R3 10kΩ R15kΩ D1 1N4733A D2 1N4733A XFG1 U1A LM324AD 32 114 1 C20.1µ F R10 3.18kΩ VCC 15V VEE -15V R12 14.8kΩ R11 10kΩ U3A LM324AD 32 114 1 VCC 15V VEE -15V R13 10kΩ R14 10kΩ Uo1 Ui1 Ui2 XSC1 A B C D G T