基于LM324的信号发生器的设计

　　LM324系列器件带有真差动输入的四运算放大器，具有真正的差分输入。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。

　　信号发生器是指能提供各种频率、波形的电平信号，常用作测试的信号源或激励源的设备。按信号波形可分为正弦信号、函数信号、脉冲信号和随机信号发生器等四大类。在其中，能够产生多种波形，如三角波、矩形波、正弦波的电路被称为函数信号发生器。在这里，是采用带有差动输入的四运算放大器LM324N为核心器件，通过RC桥式振荡电路产生正弦波，然后用过零比较器产生方波，再经过RC积分电路产生三角波，其中信号频率和幅度都可以调节。

　　在网上查了许多的原理图，都是基于带有差动输入的四运算放大器LM324N做的信号发生器，其许多是先由滞回比较器产生方波，再把方波由积分器进行积分，产生三角波，再由二阶有源低通滤波器，产生正弦波，其原理图如图2.1

　　

　　这个原理在实现上有些许的复杂，且频率也不高，并且振幅难于调节，不方便调试和测试。所以，没有采用这个原理图。以下，就是本实验所设计的灵活且方便测试与组装的原理。

　　先在这做个简单的介绍：在这个原理图中，是采用正弦波 方波 三角波的方案，其中正弦波采用RC桥式振荡电路产生，其特点是振幅和频率稳定且调节方便，能够产生频率可调范围很宽的正弦波信号;再通过过零比较器产生主啵 ，再经过RC积分电路产生三角波。

　　同时，该电路结构非常简单，并能产生良好的正弦波和方波信号，但经过RC积分电路产生同步的三角波信号存在一定的难度。原因是若积分电路的时间常数不变，随着方波的频率的改变，输出的三角波的幅度同时改变。若要保持三角波的输出幅度不变且线性良好，必须同时改变积分常数的大小。 以下就是此设设计的原理图：

　　

　　波形产生的原理及简单计算

　　

　　正弦波产生电路

　　正弦波产生电路，不仅要产生所输出的信号，还要作为产生方波的输入信号，这一部分是采用改动的RC桥式振荡电路，可以调节频率和放大器的增益。如图1所示，就为改动后的RC桥式振荡电路：它由放大环节和选频网络两部分组成。以运算放大器构成放大环节，由电阻R3、R4、R11和C2串联，电阻R1、R2、R10和C1并联所组成的网络为RC串并联选频网络。选频网络同时为正反馈电路，提供零相移并构成同相放大器，R6、R7、R8和R9为深度负反馈，以获得良好的波形。在图1中，满足①和②。所以正弦波的频率为f0。

　　

　　

　　因为由R4、R11和R7、R9并联，所以值都只能在0~3K中变化。所以根据③有正弦波的频率范围为f0=1.608khz。当电路工作于该频率时，要求满足④，此电路才能起振。

　　

　　方波产生电路

　　方波产生电路就相对简单，将运算放大器的反相输入端接地，同相接正弦波的产生端构成过零比较器，如图2所示。

　　放大器形成开环形式，正弦波信号Ui从反向端输入，同相端接地。当输入信号Ui〈0时，输出电压（即方波的产生点的电压）U0为正极限值UOM;。因为理想放大器的电压增益Au→∞，所以当信号由小到大，达到Ui时，即U-=U+的时刻，输出电压U0由正极限值UOM翻转到负极限值-UOM。当Ui》0时，输出为负极限值-UOM。因为Ui为RC桥式振荡电路产生的连续变化的正弦波信号，且输出信号在错误！未找到引用源。±15V之间变化，所以通过过零比较器就产生了连续变化的矩形波。

　　三角波产生电路

　　由矩形波的图形可知，其电压为突变型。在RC积分电路中，电容的充电是缓慢的，因此电容的两端电压缓慢增长，达到一定值时，矩形波的电压翻转，电容就缓慢放电，如此往复，就构成了连续变化的三角波。