基于LM324的信號發(fā)生器設(shè)計與仿真
摘要:針對學(xué)校教學(xué)實(shí)驗(yàn)和業(yè)余制作測試等需要,以運(yùn)算放大器LM324為核心器件,設(shè)計了一個能產(chǎn)生常用波形的簡易低頻信號發(fā)生器。經(jīng)過計算分析確定了電路的相關(guān)參數(shù),在Proteus中進(jìn)行了仿真,并通過實(shí)驗(yàn)測試獲得了20 Hz~20 kHz的所需波形。該信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用,信號的頻率與幅度均可以調(diào)節(jié),波形穩(wěn)定、失真度小。
關(guān)鍵詞:信號發(fā)生器;設(shè)計與仿真;Proteus;LM324
信號發(fā)生器是指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測試信號的儀器,電路形式可以采用由運(yùn)放及分離元件構(gòu)成,也可以采用單片集成函數(shù)發(fā)生器,在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。目前廣泛使用的一些標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品,雖然功能齊全、性能指標(biāo)較高,但是價格較貴,而且有許多功能用不上。這里采用帶有差動輸入的四運(yùn)算放大器LM324為核心器件,通過RC橋式振蕩電路產(chǎn)生正弦波,然后用過零比較器產(chǎn)生方波,再經(jīng)過積分電路產(chǎn)生三角波。通過Proteus軟件仿真和模擬實(shí)驗(yàn)獲得了20 Hz~20 kHz的理想的波形,信號的頻率和幅度都可以調(diào)節(jié)。
1 總體方案確定
波形產(chǎn)生和變換的方案很多,這里采用圖1所示正弦波→方波→三角波方案。其中正弦波采用RC橋氏振蕩電路產(chǎn)生,其特點(diǎn)是振幅和頻率穩(wěn)定且調(diào)節(jié)方便,能夠產(chǎn)生頻率很低的正弦信號;然后用過零比較器產(chǎn)生方波,再經(jīng)過RC積分電路產(chǎn)生三角波,三種信號的頻率相同。
該電路結(jié)構(gòu)簡單,且能產(chǎn)生良好的正弦波和方波信號,但經(jīng)過積分電路產(chǎn)生同步的三角波信號存在難度。原因是若積分電路的時間常數(shù)不變,隨著方波信號頻率的改變,輸出的三角波幅度同時改變。若要保持三角波的輸出幅度不變且線性良好,必須同時改變積分時間常數(shù)的大小。
信號的頻率由正弦振蕩電路的RC選頻網(wǎng)絡(luò)決定。由于頻率范圍跨度較大,選頻網(wǎng)絡(luò)采用三組不同容量的電容構(gòu)成三個頻段,通過波段開關(guān)選擇,再由同軸電位器來調(diào)節(jié)振蕩頻率。三種波形可通過一個檔位開關(guān)選擇,再經(jīng)過幅度的調(diào)節(jié)電位器獨(dú)立輸出,以達(dá)到選擇信號和調(diào)節(jié)幅度的目的。
2 單元電路的設(shè)計
2.1 正弦波產(chǎn)生電路
正弦波產(chǎn)生電路不僅要產(chǎn)生所需輸出的正弦信號,而且是后面電路的輸入信號。該部分電路采用典型的RC橋氏正弦波振蕩電路,如圖2所示,它由放大環(huán)節(jié)與選頻網(wǎng)絡(luò)兩部分組成。以運(yùn)算放大器為核心構(gòu)成放大環(huán)節(jié),由電阻R1與電容C1串聯(lián)、電阻R2與電容C2并聯(lián)所組成的網(wǎng)絡(luò)為RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)。選頻網(wǎng)絡(luò)同時為正反饋電路,提供零相移并構(gòu)成同相放大器,R3,R4為深度負(fù)反饋,以獲得良好的輸出波形。若R1=R2=R,C1=C2=C,則選頻網(wǎng)絡(luò)的中心頻率為fo=1/(2πRC)。當(dāng)電路工作于該頻率時,反饋系數(shù)最大且為|F|max=1/3,根據(jù)振蕩條件,放大電路的電壓增益至少應(yīng)該為3A |(R4+R3)/R4|,因此為了保證電路起振,要求R3>2R4。
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