基于LM324的信号发生器设计与仿真

　　信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器，电路形式可以采用由运放及分离元件构成，也可以采用单片集成函数发生器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。目前广泛使用的一些标准产品，虽然功能齐全、性能指标较高，但是价格较贵，而且有许多功能用不上。这里采用带有差动输入的四运算放大器LM324为核心器件，通过RC桥式振荡电路产生正弦波，然后用过零比较器产生方波，再经过积分电路产生三角波。通过Proteus软件仿真和模拟实验获得了20 Hz～20 kHz的理想的波形，信号的频率和幅度都可以调节。

　　1 总体方案确定

　　波形产生和变换的方案很多，这里采用图1所示正弦波→方波→三角波方案。其中正弦波采用RC桥氏振荡电路产生，其特点是振幅和频率稳定且调节方便，能够产生频率很低的正弦信号;然后用过零比较器产生方波，再经过RC积分电路产生三角波，三种信号的频率相同。

　　该电路结构简单，且能产生良好的正弦波和方波信号，但经过积分电路产生同步的三角波信号存在难度。原因是若积分电路的时间常数不变，随着方波信号频率的改变，输出的三角波幅度同时改变。若要保持三角波的输出幅度不变且线性良好，必须同时改变积分时间常数的大小。

　　信号的频率由正弦振荡电路的RC选频网络决定。由于频率范围跨度较大，选频网络采用三组不同容量的电容构成三个频段，通过波段开关选择，再由同轴电位器来调节振荡频率。三种波形可通过一个档位开关选择，再经过幅度的调节电位器独立输出，以达到选择信号和调节幅度的目的。

　　2 单元电路的设计

　　2.1 正弦波产生电路

　　正弦波产生电路不仅要产生所需输出的正弦信号，而且是后面电路的输入信号。该部分电路采用典型的RC桥氏正弦波振荡电路，如图2所示，它由放大环节与选频网络两部分组成。以运算放大器为核心构成放大环节，由电阻R1与电容C1串联、电阻R2与电容C2并联所组成的网络为RC串并联选频网络。选频网络同时为正反馈电路，提供零相移并构成同相放大器，R3，R4为深度负反馈，以获得良好的输出波形。若R1=R2=R，C1=C2=C，则选频网络的中心频率为fo=1/(2πRC)。当电路工作于该频率时，反馈系数最大且为|F|max=1/3，根据振荡条件，放大电路的电压增益至少应该为3A |(R4+R3)/R4|，因此为了保证电路起振，要求R3>2R4。

　　在实际应用中，为了能够调节频率与放大器的增益，可采用如图3所示电路。其中：R3～R5与二极管D1，D2构成负反馈网络和稳幅环节。调节RV3可改变负反馈的反馈系数，从而调整放大电路的电压增益，使之满足振荡的复制条件。