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：邵定国学生：袁同浩学号：137212442013-10-13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.................................................................................................................................132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2KHZ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。U2ALM324AD321141VEE-15VVCC15VC10.1µFR23kΩR310kΩR15.5kΩD11N4733AD21N4733A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。U4ALM324AD321141R410kΩR5190kΩVCC15VVEE-15VR819kΩR71kΩR610kΩXFG1Uo1Ui1Ui2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。C30.1µFR93.18kΩU1ALM324AD321141C20.1µFR103.18kΩVCC15VVEE-15VR1214.8kΩR1110kΩ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。U3ALM324AD321141VCC15VVEE-15VR1310kΩR1410kΩ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U2ALM324AD321141VEE-15VVCC15VU4ALM324AD321141R410kΩR5190kΩVCC15VVEE-15VR819kΩR71kΩR610kΩC30.1µFR93.18kΩC10.1µFR23kΩR310kΩR15kΩD11N4733AD21N4733AXFG1U1ALM324AD321141C20.1µFR103.18kΩVCC15VVEE-15VR1214.8kΩR1110kΩU3ALM324AD321141VCC15VVEE-15VR1310kΩR1410kΩUo1Ui1Ui2XSC1ABCDGT