LM324应用电路设计.doc

电网络实验报告 基于运放 lm324 的波形发生器 指导教师：邵定国 学 生：袁同浩 学 号：13721244 2013-10-13 上海大学 上海市延长路 149 号 1 目录 摘要1 一 三角波发生电路 2 二 正弦信号 4 三 正弦波和三角波的叠加。.5 四 滤波环节 7 五 比较环节 9 小结11 附录12 2 摘要摘要 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 ui1 0.1v 的正弦波信号；随后将两个信号送到同相加 u2= 0.12500 法器得到信号；再将送入滤波器，将三角波信 1= 1+ 1021 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 u2u2 回比较器的反相端和同相端，进行比较同时输出方波信号。 uo 3 一一 三角波发生电路三角波发生电路 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 0.1f r2 3k r3 10k r1 5.5k 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， uuuuu 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， u 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 = 1 221(1 + 2 3 1) 三角波幅值 4 i1= 1 3+ 1 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。 1 取，r3=10k,r1=5.5k，c1=0.1uf。则可计算得到 r2 的值： 2= 500 10 6 2 0.1 10 6 （1+2 3 1） =4 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 二二 正弦信号正弦信号 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 三三 正弦波和三角波的叠加。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 10k r5 190k vcc15v vee-15v r8 19k r7 1k r6 10k 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 12 构，容易得到： u1=( 6 4+ 62 + 6 5+ 61) 7+ 8 7 =1+ 102 最终的仿真波形如图 5 所示。 u1 7 图 5 仿真波形 u1 从图中可见，合成波形。 1= 1+ 102 8 四四 滤波环节滤波环节 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 1 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 u02 用二阶 rc 有源滤波器。其电路结构如图 6 所示。 c3 0.1f r9 3.18k u1a lm324ad 3 2 11 4 1 c2 0.1f r10 3.18k vcc15v vee-15v r12 14.8k r11 10k 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： f = 1 2 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 五五 比较环节比较环节 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 vcc15v vee-15v r13 10k r14 10k 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 附录附录 u2a lm324ad 3 2 11 4 1 vee-15v vcc15v u4a lm324ad 3 2 11 4 1 r4 10k r5 190k vcc15v vee-15v r8 19k r7 1k r6 10k c3 0.1f r9 3.18k c1 0.1f r2 3k r3 10k r1 5k d1 1n4733a d2 1n4733a xfg1 u1a lm324ad 3