SPWM波形.docx

电网络实验报告基于运放LM324的波形发生器2013-10-13上海大学上海市延长路149号指导教师：邵定国学 生：袁同浩 学 号：13721244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ui1；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ui2=0.1sin2500t；随后将两个信号送到同相加法器得到信号uo1=ui1+10ui2；再将uo1送入滤波器，将三角波信号滤除，得到正弦信号记为uo2；最后将uo2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uo。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。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：up、uN。当up大于uN时，放大器输出端输出uZ，uZ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f=12R2C1ln(1+2R3R1)三角波幅值Ui1=R1R3+R1UZ其中，UZ是稳压管V1和V2的稳压值。按照要求，f为2kHZ。三角波幅值Ui1为2V。取，R3=10K,R1=5.5K，C1=0.1uF。则可计算得到R2的值：R2=50010-620.110-6ln（1+2R3R1）=4K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。图4 同相加法器电路结构该电路的要求是能够对ui1不进行放大，而对 ui2放大10倍。根据该电路结构，容易得到：uo1=R6R4+R6ui2+R6R5+R6ui1R7+R8R7=ui1+10ui2最终uo1的仿真波形如图5所示。图5 uo1仿真波形从图中可见，合成波形uo1=ui1+10ui2。四 滤波环节从图5可以看出，uo1的峰峰值为4V，而设计要求滤波器的输出信号，即u02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。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=12RC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。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