基于LM324的信号发生器的设计

来源:网络整理 作者:2017年11月09日 09:45

  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

  基于LM324的信号发生器的设计

  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:

  基于LM324的信号发生器的设计

  波形产生的原理及简单计算

  基于LM324的信号发生器的设计

  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。

  基于LM324的信号发生器的设计

  基于LM324的信号发生器的设计

  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。

  基于LM324的信号发生器的设计

  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。

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