基于LM324四运放的复合信号发生器（17年电赛国赛题）_lm324方波发生器

成品实物展示

一、课程设计要求

        设计制作一个方波产生器输出方波，将方波产生器输出的方波四分频后再与三角波同相叠加输出一个复合信号，再经滤波器后输出一个正弦波信号。

1. 方波产生器输出信号参数要求: Vo1pp=3V士5%，f=20kHz士100Hz，输出电阻R=600欧姆，波形无明显失真;

2.四分频方波输出信号参数要求:Vo2pp=1V士5%，f=5kHz土100Hz，输出电阻R=600欧姆，波形无明显失真;

3. 三角波产生器输出信号参数要求: Vo3pp=1V士5%，f=5kHz土100Hz，输出电阻R=600欧姆，波形无明显失真;

4.同相加法器输出复合信号参数要求:Vo4pp=2V士5%，f=5kHz士100Hz，输出电阻R=600欧姆，波形无明显失真;

5.滤波器输出正弦波信号参数要求: Vo5pp=3V 士5%，f=5kHz 土100Hz，输出电阻R=600欧姆，波形无明显失真;

6、电源只能选用+5V单电源，由稳压电源供给。不得使用额外电源。

7、要求预留方波Vo1pp、四分频后方波Vo2pp、三角波Vo3pp、同相加法器输出复合信号Vo4pp、滤波器输出正弦波Vo5pp和+5V单电源的测试端子。

二、课程设计的内容

        本次课程设计主要利用一片LM324（四运放）、一片74LS74（双上升沿D触发器）通过自激振荡产生方波，经四分频后再利用积分电路、同向加法器、低通滤波器电路，设计得到要求输出的Vpp、频率和波形（三角波、叠加波、正弦波）。

三、各模块设计原理分析及仿真

3.1方波发生器

        如图3.2.1-a方波信号发生电路是基于RC震荡电路产生的。根据RC的频率计算公式f=12πRC可以计算出震荡的频率。C1、R5、R2、R3构成选频网络，输出频率由R2、R5共同决定，调节R2还可以改善波形。修改输出端串联的R6阻值可以对输出电压的幅度进行调节，最终输出一个3V-vpp 20Khz的方波如图

3.2四分频电路

        74LS74四分频原理：74LS74是个双D触发器（上升沿有效），把其中一个D触发器的输出端Q非端连接到输入端D，接入时钟信号，这样每来一次时钟脉冲，D触发器的状态就会翻转一次，每两次时钟脉冲就会使D触发器输出一个完整的方波，就实现了二分频。把同一片74LS74上的两路D触发器串联起来，已经实现二分频的D触发器的输出作为另一个D触发器的时钟信号，就实现了四分频电路。

        电路如图3.2.2-a，CLOCK1接上一级方波发生器的20Khz方波，经由电路四分频后从Q2输出，改变输出端串联的R8阻值即可调节输出幅度。最终输出5Khz 1V-vpp的方波如图3.2.2-b。

3.3积分电路

        积分电路如图3.2.3-a，是能使输出信号与输入信号的时间积分值成比例的电路，可将矩形脉冲波转换成三角波其原理主要是利用电容的充放电特性实现的。构成积分电路的条件是：电路的时间常数R*C必须要大于或等于10倍于输入波形的时间宽度。积分电路基本计算公式：         

        如图3.2.3-a，将四分频后的5Khz 1V-vpp方波信号接入积分电路中在反馈电容上并联一个电阻，并在同向端接入偏置电压即可通过调节R10阻值来改善波形及调节幅度，最终输出如图3.2.3-b的5Khz 1V-vpp三角波

 3.4同向加法器 

 

        R19为平衡电阻，当R19、R16、R17阻值固定后同向加法器输出电压幅度可通过改变R15阻值来调节。输出幅度大小可根据运放的虚短虚断特性进行计算。如图3.2.4-b最终三角波和方波相加，频率不变幅度为2V-vpp。

3.5低通滤波电路 

如图3.2.5.a采用有源二阶RC低通滤波器通过滤波，二阶有源低通滤波器的特点是输入阻抗高，输出阻抗低。

滤波原理：根据傅里叶变换可知方波是由许多不同频率得正弦波叠加组成，比如说基波频率为f，高次谐波为2f，3f，5f …；而低通滤波器就是把高于截止频率的其他频率全部滤掉，因此当截止频率设置在f-3f之间将高次谐波滤掉就只剩频率为f的基波（正弦波）。

由于没找到合适容量电容因此在运放同向输入端使用的两个100nf的电容串联得到50nf的电容，C6、C8、C5为滤波电容，小容量的电容可以起到很好的滤高频作用。最终将2v的叠加波放大变换成3V的正弦波如图3.2.2-b。

电路工作在线性区，因此根据集成运放在线性去的虚短续断特性可以列出个节点电流、电压方程，从而计算出电路放大倍数为：

)

         运放同向端接R21、R24构成分压偏置电路，输入端电位器R20可以调节输入幅度，因此调节电位器R21、R20阻值可改善正弦波的波形和调节输出幅度。

四、电路原理图仿真

五、实物制作

5.1原理图 

5.2PCB图

5.3实物图 

六、参数调试

七、总结

        ......电子设计课程的一个小考核，花了一周时间完成从资料查找到原理图仿真测试验证可行性，到PCB绘制，实物制作、元器件选择、焊接和最后的实物调试。中间遇到很多困难，但是苦难不就是用来克服的嘛！做出来的时候还是有点小成就感的，也是通过这些综合实验，更能将我们所学到的知识联系起来应用到实际。

        查了很多资料，相当于是参考整理了很多别人的意见和成果，最后自己根据自己的实际情况完成了课程考核要求，有需要的可以参考哦，希望对你有所帮助！