使用LM324運放設(shè)計的函數(shù)信號發(fā)生器電路

本例電路使用LM324運放設(shè)計一款方波，三角波，正弦波的函數(shù)信號發(fā)生器。

電路分解：

整個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；

二是由U1B組成的積分電路，產(chǎn)生三角波信號；

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，本例電路中，是采用運放組成的積分電路，因此可實現(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，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，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，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，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。這個具體怎么得來的，可根據(jù)運放的虛短和虛斷原理來計算。

正弦波輸出原理如下：

三角波展開為傅立葉級數(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就是一個常見的反相輸入一階低通濾波器。實際上就是一個積分電路，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)信號頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于ω0對應(yīng)頻率時，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，對于低頻的”低通“特性上，兩者有本質(zhì)的區(qū)別，信號頻率低于ω0對應(yīng)頻率時，尤其是信號為直流時，低通濾波器輸出等于輸入，而積分器輸出隨時間變化，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。