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1、电网络实验报告 基于运放 LM324 的波形发生器 指导教师:邵定国 学 生:袁同浩 学 号:13721244 2013-10-13 上海大学 上海市延长路 149 号 1 目录 摘要1 一 三角波发生电路 2 二 正弦信号 4 三 正弦波和三角波的叠加。.5 四 滤波环节 7 五 比较环节 9 小结11 附录12 2 摘要摘要 本文使用 LM324 芯片的 4 个集成运算放大器实现了三角波发生 电路、同相加法器、二阶 RC 网络有源滤波器和滞回比较器。每个子 电路分别使用一个运放。 首先搭建出三角波发生电路,发出频率为 2K HZ 峰峰值为 4V 的 三角波,记为;然后用信号发生器发出频率为
2、 500HZ、最大值为 ui1 0.1V 的正弦波信号;随后将两个信号送到同相加 u2= 0.12500 法器得到信号;再将送入滤波器,将三角波信 1= 1+ 1021 号滤除,得到正弦信号记为;最后将和三角波信号分别送到滞 u2u2 回比较器的反相端和同相端,进行比较同时输出方波信号。 uo 3 一一 三角波发生电路三角波发生电路 三角波发生电路如图 1 所示。电阻 R1 和 R3 构成正反馈,C1 和 R2 构成负反馈。输出电压由 5.1V 的稳压管钳位。 U2A LM324AD 3 2 11 4 1 VEE-15V VCC15V C1 0.1F R2 3k R3 10k R1 5.5k
3、D1 1N4733A D2 1N4733A 图 4 三角波发生电路 记运放的同相端和反相端电压分别为:、。当大于时,放大器输出端输出, uuuuu 是稳压管电压,实际在 5.6V 左右。此时电容 C1 被充电,电容 C1 上电压线性增大。反之, u 电容 C1 上的电压线性减小。所以可以从 C1 上取出三角波。 三角波的频率 = 1 221(1 + 2 3 1) 三角波幅值 4 i1= 1 3+ 1 其中,是稳压管 V1 和 V2 的稳压值。按照要求,f 为 2kHZ。三角波幅值 为 2V。 1 取,R3=10K,R1=5.5K,C1=0.1uF。则可计算得到 R2 的值: 2= 500 10
4、 6 2 0.1 10 6 (1+2 3 1) =4 实际仿真时,进行了微调,最终 R2 取值 4k。仿真结果如图 2 所示。 图 2 三角波波形 5 二二 正弦信号正弦信号 正弦信号由信号发生器发出,其仿真波形如图 3 所示。 图 3 正弦波波形 从图中可见,该波形频率为 500HZ,最大值为 100mV。 6 三三 正弦波和三角波的叠加。正弦波和三角波的叠加。 叠加的过程本文采用的是使用运放搭建的同相加法电路。同相加法器的电 路结构如图 4 所示。 U4A LM324AD 3 2 11 4 1 R4 10k R5 190k VCC15V VEE-15V R8 19k R7 1k R6 10
5、k XFG1 Uo1 Ui1 Ui2 图 4 同相加法器电路结构 该电路的要求是能够对不进行放大,而对 放大 10 倍。根据该电路结 12 构,容易得到: u1=( 6 4+ 62 + 6 5+ 61) 7+ 8 7 =1+ 102 最终的仿真波形如图 5 所示。 u1 7 图 5 仿真波形 u1 从图中可见,合成波形。 1= 1+ 102 8 四四 滤波环节滤波环节 从图 5 可以看出,的峰峰值为 4V,而设计要求滤波器的输出信 1 号,即的峰峰值为 9V。同时为了达到更好德尔滤波效果,本文采 u02 用二阶 RC 有源滤波器。其电路结构如图 6 所示。 C3 0.1F R9 3.18k U
6、1A LM324AD 3 2 11 4 1 C2 0.1F R10 3.18k VCC15V VEE-15V R12 14.8k R11 10k 图 6 滤波器电路结构图 其中,R9=R10;C2=C3。该滤波器的截止频率为: f = 1 2 先取电容为 0.1uF,截止频率定为 500HZ,则可得电阻 R=3.18K。 滤波器的输出仿真波形如图 7 所示。从图中可以看出,波形频率为 500HZ, 峰峰值为 9V,满足要求。 9 图 7 滤波器输出波形 10 五五 比较环节比较环节 根据要求将滤波器的输出波形与三角波相比较得出类似于 SPWM 的方波。比较电路采 用滞回比较器,电路结构如图 8
7、 所示。 U3A LM324AD 3 2 11 4 1 VCC15V VEE-15V R13 10k R14 10k 图 8 滞回比较器电路结构。 滞回比较器输出波形如图 9 所示。 图 9 滞回比较器输出波形 从图 8 可看出,该波形的占空比并不是固定的,也就是说并不是一个方波。从图 9 可 以看出原因。 11 图 9 三种波形的比较 图 9 中,三角波和正弦波的示波器纵坐标设置相同都为 2V/格,输出的 SPWM 波形, 由于在输出端没有稳压管限幅幅值可达 15V,所以纵坐标设置为 10V/格。 从三角波由同相端输入,正弦波由反相端输入,所以当三角波瞬时值大于正弦波瞬时 值的时候滞回比较器
8、的输出为 15V,反之为-15V。 完整的系统图见附录 12 小结小结 这将近一个月的时间里,我利用课下时间查阅文献,总结思考我终于将此次设计报告 完成。其中难点主要是三角波发生器和滤波电路。 因为运放个数的限制,三角波发生器只能使用一个运放,尽管我看了很多文献,依然 不知道如何实现,最后在邵老师的提示下,才想出文中的电路。邵老师知识渊博、谦虚谨 慎,而且能够在百忙之中及时回复我的邮件,在这里我要感谢邵老师对我的指导。滤波器 的设计十分复杂,因为从来没有认真思考过滤波器的设计,所以这次滤波器的设计占用了 我大部分的时间。还好最后在和同学的讨论中设计出文中使用的滤波器,在此,我要感谢 我的同学们
9、对于我的帮助。 虽然花了较多的时间,但最终还是将报告以及仿真完成,并且达到了理想的结果。遗 憾的是,因为时间和材料的原因,我不能实际搭出硬件电路。 13 附录附录 U2A LM324AD 3 2 11 4 1 VEE-15V VCC15V U4A LM324AD 3 2 11 4 1 R4 10k R5 190k VCC15V VEE-15V R8 19k R7 1k R6 10k C3 0.1F R9 3.18k C1 0.1F R2 3k R3 10k R1 5k D1 1N4733A D2 1N4733A XFG1 U1A LM324AD 3 2 11 4 1 C2 0.1F R10 3.18k VCC15V VEE-15V R12 14.8k R11 10k U3A LM324AD 3 2 11 4 1 VCC15V VEE-15V R13 10k R14 10k Uo1 Ui1 Ui2 XSC1 ABCD G T
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