本例電路使用LM324運(yùn)放設(shè)計(jì)一款方波,三角波,正弦波的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。
電路分解:
整個(gè)電路的模塊劃分很明顯,其結(jié)構(gòu)如下:
一是由U1A和外圍電阻,穩(wěn)壓管組成的遲滯比較器,產(chǎn)生方波信號(hào);
二是由U1B組成的積分電路,產(chǎn)生三角波信號(hào);
三是由U1C以及外圍電阻電容組成的一階低通有源濾波器,產(chǎn)生正弦波。
整個(gè)電路的工作過程如下:
電路中方波發(fā)生器和三角波發(fā)生器首尾相接,形成一個(gè)正反饋閉環(huán)系統(tǒng)。比較器U1A輸出的方波經(jīng)積分器U1B輸出可得三角波,三角波又觸發(fā)比較器自動(dòng)翻轉(zhuǎn)形成方波,這樣即可構(gòu)成三角波,方波發(fā)生器。同時(shí),本例電路中,是采用運(yùn)放組成的積分電路,因此可實(shí)現(xiàn)恒流充電,使三角波線性大大改善。
用比較通俗的話來講就是當(dāng)比較器輸出使比較器的同相端電壓高于0V時(shí),比較器U1A輸出翻轉(zhuǎn)到高電平,即Uz+0.7V;當(dāng)比較器的輸出使比較器的同相端電壓低于0V時(shí),比較器U1A輸出翻轉(zhuǎn)到低電平,即-(Uz+0.7V)。
這樣,當(dāng)比較器輸出高電平時(shí),三角波的輸出是向負(fù)向變化;當(dāng)比較器輸出為低電平時(shí),三角波輸出向正向變化。
這樣不斷的重復(fù),就得到了三角波和方波。
其中方波的幅值受穩(wěn)壓管限制;而三角波的幅值大小為R8*Uz/R5。這個(gè)具體怎么得來的,可根據(jù)運(yùn)放的虛短和虛斷原理來計(jì)算。
正弦波輸出原理如下:
三角波展開為傅立葉級(jí)數(shù)可知,它含有基波和3次、5次等奇次諧波,因此通過低通濾波器取出基波,濾除高次諧波,即可將三角波轉(zhuǎn)換成正弦波。
但是低通濾波器的通帶截止頻率應(yīng)大于三角波的基波頻率且小于三角波的三次諧波頻率。
圖中U1C就是一個(gè)常見的反相輸入一階低通濾波器。實(shí)際上就是一個(gè)積分電路,其分析方法與一階積分電路相似,但又與積分電路有不同的地方,下面是從網(wǎng)上所查到的關(guān)于這兩者的一個(gè)分析,供大家參考:
某些文獻(xiàn)上將積分器與RC低通濾波器混為一談,但是,兩者并不相同。
從傳遞函數(shù)上看:
積分器的傳遞函數(shù)是:Vout/Vin=ω0/s,而一階RC低通濾波器的傳遞函數(shù)是:Vout/Vin=ω0/(s+ω0)。
可見,當(dāng)信號(hào)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于ω0對(duì)應(yīng)頻率時(shí),兩者特性相當(dāng),也就是說,在高頻衰減特性上,兩者非常類似。
但是,對(duì)于低頻的”低通“特性上,兩者有本質(zhì)的區(qū)別,信號(hào)頻率低于ω0對(duì)應(yīng)頻率時(shí),尤其是信號(hào)為直流時(shí),低通濾波器輸出等于輸入,而積分器輸出隨時(shí)間變化,將上升至電路允許的電壓上限(理想積分器將到無窮大)。
應(yīng)該說,積分器與低通濾波器的高頻特性基本相同,而低頻特性有本質(zhì)區(qū)別。
注意:
要想更好的理解本例電路,應(yīng)該從數(shù)學(xué)計(jì)算入手,分析不同的輸出函數(shù)受什么影響,然后根據(jù)這些分析來調(diào)節(jié)所得波形的一些參數(shù),比如頻率,幅值,相位等。
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LM324
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函數(shù)信號(hào)發(fā)生器
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