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1、目目 录录摘要： 1 关键词： 1 Abstract： 1 Key words: 1 可行性分析： 2 1 相关元器件及运算电路的介绍： .2 1.1 LM324 的引脚图资料与电路应用： .2 1.2 比较器的特点与相关功能：.3 1.3 积分运算电路的特点及其相关功能：.4 1.4 比例运算电路的特点及其相关功能.5 1.4.1 反相比例运算电路：5 1.4.2 同相比例运算电路6 2 实验方案介绍 .7 2.1 第一类方案：有反馈方案 .7 2.2 第二类方案：无反馈方案 .9 2.3 电路的简要分析 10 3 电路各组成部分的工作原理 10 3.1 方波发生电路（A 端输出波形）的工作
2、原理 10 3.2 方波-三角波转换电路（B 端输出波形）的工作原理 .11 3.3 三角波-矩形波转换电路（C 端输出波形）的工作原理 .13 3.4 矩形波-锯齿波转换电路（D 端输出波形）的工作原理 .14 4 电路仿真及电阻元件阻值的确定 .16 4.1 方波-三角波发生电路仿真阻值确定.16 4.2矩形波-锯齿波发生电路仿真及阻值确定17 5 两类方案分析比较 .17 参 考 文 献 18 致谢： .181基于基于 LM324LM324 的函数波发生器的设计的函数波发生器的设计物理系电子信息与科学技术专业 田广指导教师 孙红艳摘要：摘要：函数波发生器能自动产生方波、三角波、矩形波、锯
3、齿波、等电压波形。其中电路中使用的元 件可以是分立元件（如低频信号发生器 s101 全部采用晶体管） ，也可以是集成电路（单片集成电路函 数发生器 ICL8038） 。本文重要介绍基于 LM324 的函数发生器设计方法。 产生各种不同波形的方案有多种，如先产生方波，然后通过积分电路将方波变换成三角波，再由 比例运算电路三角波变成锯齿波；也可以先产生三角波方波，再将三角波变成矩形波或将方波变成 锯齿波。本设计介绍产生方波三角波矩形波锯齿波的电路设计方法。 关键词：关键词： LM324、三角波、方波、矩形波、锯齿波Based on the design of LM324 function wave
4、 generator Student majoring in Electronic Information Science and Technology tianguangTutor sunhongyanAbstract：Wave function can be automatically generated square-wave generator, triangle wave, square wave, sawtooth, and voltage waveform. In which the use of circuit components can be discrete compon
5、ents (such as low-frequency signal generator using transistors all s101), or integrated circuit (MMIC Function Generator ICL8038). This paper introduced an important function generator of the LM324-based design method. Produce a variety of programs have a variety of waveforms, such as to have a squa
6、re wave, and then through the integral circuit will transform into a square wave triangle wave, and then by computing the ratio of the triangular wave into a sawtooth circuit; also may have a triangular wave - square wave, and then triangular wave into a rectangular or square wave into a sawtooth wa
7、ve. Have introduced the design of square - triangle - rectangular wave - sawtooth circuit design.Key words:LM324, triangle wave, square wave, rectangular wave, sawtooth2可行性分析：可行性分析：方波、锯齿波、矩形波和三角波是常用的基本测试信号。它根据用途不 同，有产生三种或多种波形的函数发生器，其电路中使用的器件可以是分离器件，也可 以是集成器件，产生方波、锯齿波、三角波的方案有多种，如先产生正弦波，根据周期 性的非正弦波与正弦
8、波所呈的某种确定的函数关系，再通过整形电路将正弦波转化为方 波，经过积分电路后将其变为三角波。也可以先产生三角波-方波，再将三角波或方波转 化为正弦波。随着电子技术的快速发展，新材料新器件层出不穷，开发新款式函数信号 发生器，器件的可选择性大幅增加，例如 ICL8038 就是一种技术上很成熟的可以产生锯 齿波、方波、三角波的主芯片。所以，可选择的方案多种多样，技术上是可行的。 本次设计采用 lm324 集成运放实现简易函数波发生器功能。Lm324 器件为带有差动 输入的四运算放大器。与但电源应用场合的标准运算放大器相比，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
9、大致为 mc1741 的静态电流的五分之一 （对于每个放大器而言） 。共模输入范围包括负电源，因而取消了在许多应用场合中采用 外部偏置元件的必要性。输出电压范围也包含负电源电压。每个放大器都有内部电压稳 压器提供偏置电压。稳压器的温度系数低，因此，每个放大器就有良好的温度特性以及 优异的电源抑制。 采用 lm324 来产生方波，三角波，矩形波，锯齿波来实现简易函数波发生器功能的 方案有多种，如先产生方波，然后通过积分电路将方波变换成三角波，再由比例运算电 路三角波变成锯齿波；也可以先产生三角波方波，再将三角波变成矩形波或将方波变 成锯齿波。本设计介绍产生方波三角波矩形波锯齿波的电路设计方法。其
10、电路组 成框图如图 1 所示：具体实验中可有几种不同方案，我将所有方案归结为两类：有反馈 和没有反馈。由于反馈各方案思路大致相同，现取一种方案来代表反馈方案并将其分为 第一类方案，没有反馈的即为此次设计方案，为第二类方案。1 相关元器件及运算相关元器件及运算电电路的介路的介绍绍： ：1.11.1 LM324LM324 的的引脚图资料与电路引脚图资料与电路应用应用：LM324 为四运放集成电路，采用 14 脚双列直插塑料封装。内部有四个运算放大器， 有相位补偿电路。电路功耗很小，lm324 工作电压范围宽，可用正电源 330V，或正负 双电源15V15V 工作。它的输入电压可低到地电位，而输出电
11、压范围为 OVcc。 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，四组运放相互单独。每比较器积分器比例运算电路积分电路3一组运算放大器可用如图所示的符号来表示，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 引脚排列见图 2，LM324 原理图图 3。图 2 LM324 引脚排列图 图 3 LM324 原理图：LM324 引脚功能表引脚
12、功能电压（V）引脚功能电压（V）1输入 13.0 8输入 33.0 2反向输入 12.79反向输入 32.43正向输入 12.810正向输入 32.84电源5.111电源0.0 5正向输入 22.812正向输入 42.86反相输入 21.0 13反相输入 42.27输出 23.0 14输出 43.0 lm124、lm224 和 lm32 引脚功能及内部电路完全一致。lm124 是军品；lm224 为工业 品；而 lm324 为民品。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，价格低廉等特点，因此它被非常广泛的应用在各电路的设计中1.21.2 比较器的特点与相关功
13、能：比较器的特点与相关功能：电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本 单元电路，在测量和控制中有着相当广泛的应用。一般分为单限比较器，滞回比较器， 窗口比较器。其中滞回比较器具有滞回特性，即具有惯性，因而具有一定的抗干扰能力。 从反相输入端输入的滞回比较器电路如图 4 所示，滞回比较器电路引入了正反馈。从集成运放输出端的限幅电路可以看出，。集成运放反相输入端电位 ZOUU4,同相输入端电位INUU （1-2-1）ZpURRRu. 211 令,求出的就是阈值电压，因此得出PNUU IU（1-2-2）Z 211 TURRRU(a)（b）（a） （b）图 4，滞回比较
14、器及其电压传输特性（a）电路 （b）电压传输特性若UT，则 uN uP， uO+UZ。此时uP +UT，增大 uI，直至+UT，再增大，IuuO 才从+UZ 跃变为 UZ 若uI+UT，则 uN uP， uOUZ。此时uP UT，减小 uI，直至UT，再减 小， uO 才从UZ 跃变为+UZ。 从电压传输特性曲线上可以看出，当 UTui+UT 时，uo 可能是+UZ，也可能是- UZ。如果 ui 是从小于-UT 的值逐渐增大到-UTui+UT,那么 u0 应为+UZ；如果 ui 是从大 于+UT 的值逐渐减小到-UTui+UT,那么 u0 应为-UZ；曲线具有方向性，如图 b 中所标注。实际上
15、，由于集成运放的开环差模增益不是无穷大，只有当它的差模输入电压足够 大时，输出电压 u0 才为。Uo 在从+UZ 变为-UZ 或从-UZ 变为+UZ 的过程中，随着 uiUZ 的变化，将经过线性区，并需要一定的时间。滞回比较器中引入了正反馈，加快了 u0 的 转换速度。从而获得较为理想的电压传输特性。1.31.3 积分运算电路的特点及其相关功能：积分运算电路的特点及其相关功能：5图 5 积分运算电路如图 5 所示，由于集成运放的同相输入端通过接地，,为虚地。电R0NPUU路中，电路中，电容 C 中电流等于电阻 R 中电流，输出电压与电容上电压的RuiiRCI关系为：。而电容上电压等于其电流的积
16、分，故 ，在求解 t1COuudtuRCuIO1到 t2 时间段的积分值时有：（1-3-1）)(11OIO21tudtuRCutt上式中 u0（t1）为积分起始时刻的输出电压，即积分运算的起始值，积分的终值是 t2 时刻的输出电压。 当 u1 为常量时有：（1-3-2）)()(11O12IOtuttuRCu当输入信号为方波时输出波形如下图所示1.41.4 比例运算电路的特点及其相关功能比例运算电路的特点及其相关功能比例运算电路分为反相比例运算电路和同相比例运算电路两种。61.4.1 反相比例运算反相比例运算电电路：路：反相比例运算电路如图 6 所示.输入电压 u1 通过电阻 R 作用于集成运放的反相输 入端，故输出电压 u0 与 u1 反相。电阻 Rf 跨接在
