基于LM324的函数信号发生器

信息与电气工程工程学院

实

验

报

告

实验名称：基于LM324的函数信号发生器

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 专业年级：12级自动化一班

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 实验日期：2014年7月2日

第一章：题目要求

1.1 设计要求

函数信号发生器：利用集成运算放大器LM324制作可输出正弦波、方波、三角波的信号发生器，用示波器可观察。

1.2 设计目的    

    利用所学模拟电路的知识，锻炼学生理论联系实际、提高我们的   

综合应用能力。

1.对网上资源的综合运用，会上网查找自己所需要的资料。

2.掌握集成运算放大器LM324的引脚图及其使用方法。

3.初步了解电路板焊接技术，能够较好较快地焊接简易的电路

  板。

4.学会使用正负电源并给芯片通电。

5.学会使用示波器检验所得到的波形，从其中得到的幅值，周期，

  频率等

6.学会使用仿真软件Multisim仿真所设计的电路图，并修改从

  而得到正确的仿真结果。

1.3设计环境

1、计算机一台

2、电阻包，电容包，稳压管，电烙铁，锡丝，洞洞板，

   LM324芯片一个，排针若干，导线若干。

3、示波器一个。

4、能提供正负12V的电源一台

第二章：主要芯片介绍

2．1 LM324芯片介绍

LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装（DIP14），外形如图1所示：

                         图1  LM324外型图片

它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互。每一组运算放大器可用图2所示的符号来表示：

                           图2  LM324内部的运放单元在电路中的符号

它有5 个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo 的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo 的信号与该输入端的相位相同。LM324的引脚排列见图3：

  图3  LM324引脚排列图

由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。

第三章：结构框图等设计步骤

3．1 总体设计流程图

      根据要实现的功能，设计的电路系统框图如下图所示：

图4  系统框图

  系统采用±12V双电源供电，主体部分由LM324集成运放芯片构成的迟滞比较器、积分器和二阶有源低通滤波器电路组成。

3.2 方波实现过程

利用同向输入迟滞比较器，如图：

其门线电压为：

 解得：

所以：当

3.3三角波实现过程

利用电容的充放电电压随时间的关系可以得到通道二的输出波形，且：

设当t=0时，VZ=-5.4V，当电容充电使得Vi>5.4V时，方波输出翻转为5.4V，则此时，VZ通过R3和C1反向充电，由于充放电的时间常数相同，所以通道二输出的波形为三角波，其周期为：  =4.8ms则振荡频率为：f＝1/T＝1/4.8×103＝208.33(Hz)

3.4 正弦波实现过程

   利用二阶有源低通滤波电路加上同相比例放大电路来实现，因为对此运算放大器运用虚短和虚断可知：UO3＝2UO2＝2UZ＝±10.8(V)fH＝1/(2πRC)=1/(2×3.14×3.9×103×0.1×10－6)＝408.30(HZ)即：第三级电路将阻止频率高于408.30HZ的信号通过。

3.4 总电路图

4.1 调试结果

   4.1.1方波

4.1.2 三角波

  4.1.3 正弦波

4.2硬件实物连接图

4.3运行结果

4.3.1实物连线

 4.3.2方波

4.3.3三角波

 4.3.4正弦波

第五章：优缺点分析及改进

5.1优点分析：

 1.元器件简单，便宜，操作方便，易焊接。

 2.效率高、体积小、重量轻，输出稳定波形。

 3.能产生方波、三角波和正弦波等电子信号。

 4.利用原理简单，电能耗费小，节能。

5.1缺点分析及改进：

 1.只能产生特定幅值，特定频率的信号，无调节功能。

   改进：可以把R4，R6，R3，R1，R8等改成适当阻值范围的电位器， 

   以调节得到所需要的波形，但需注意各电阻，对波形的影响。

 2.只能产生三角波，不能产生锯齿波。

   改进：在R3上并联一个相串联的R10和4.7V的二极管，运用电容

   的充放电时间常数不等来实现锯齿波的产生。

 3.焊接较密，且线与线之间有少许交叉，易导致信号干扰。

   改进：对线路布局时要提前考虑清楚，如果实在要交叉，可以采

   用飞线的方式

第六章：总结与体会

   本次实验采用集成运算放大器LM324来产生方波，三角波，正弦波，综合运用了迟滞比较器，积分器，二阶有源低通滤波电路，既让理论联系上了实际，又锻炼了我们的动手能力。

    实验过程中不免遇到许多问题，首先是焊接技术差，多次把两条线路焊到一起，造成短路；通过多次焊接，熟能生巧，逐渐能够较好较快地焊接电路板；其次，对仿真软件Multisim的了解不够，导致很多次连线正确的电路板由于电源接错而导致功败垂成。后来经同学指导，才知道该软件默认正负12V电源，所以无论电源加上与否，电源连接正确与否，仿真结果都是正确的，而实验却出不了半点差错；在此次试验中，我们锻炼了耐心，懂得了，一个成功的实验是用汗水和时间浇灌出来的，急于求成的结果往往适得其反；实验几经失败，在失败中，我们必须要积极寻找失败的原因，从失败中获得新知，从而促进实验的进程；一个成功的实验少不了强大的理论支撑，我们需要在在理论的基础上进行实验，并用实验结果验证理论知识；