模电练习题-多路信号发生器(题目)

简介: 模电练习题-多路信号发生器(题目)

利用一片 LM324AD(四运放)和一片 SN74LS00D(四与非门)芯片设计制作

一个多路信号发生器,原理如图所示。


约束条件:


只能使用一片 LM324,只能使用一片 SN74LS00D,电阻,电容,可调电阻自选,参数及


数量不限;


设计任务


1、产生频率为 19kHz~21kHz 连续可调的方波脉冲信号,幅度不小于 3.2V;

2、产生与方波同频率的正弦波信号,峰峰值不小于 1V;

3、产生与方波同频率占空比5%~15%连续可调的窄脉冲信号,幅度不小于3.2V;

4、产生与正弦波正交的余弦波,相位误差不大于 5 度,峰峰值不小于 1V;

5、四路信号负载均为 1 千欧电阻,且四路信号波形要可以同时输出;


题目分析与讨论

首先,我们注意到了题目中一些要求:

1.频率范围的要求是19KHz到21KHz,负载是1k欧姆。

经查,这两个要求对SN74LS00D和LM324AD两个器件来说是完全能够实现的。

2.要求5V单电源供电。

这是一个难点。为此,我们查找了LM324的数据手册如下:


我们本来想把单电源变成双电源的想法由此破灭。因为只能使用+5V单电源,所以只能从中间分压等效成±2.5V的电源。而阅读上面的数据手册,运放的输出电压会从电源电压中吞掉1.5V左右的电压,那么产生的方波幅值也就2V多一点,达不到要求的3.2V。

下来,针对这四个输出,我们展开了以下分析与讨论:


频率为 19kHz~21kHz 连续可调的方波脉冲信号,幅度不小于 3.2V。

我们有以下方案:

①方波可以直接利用自激振荡的方式产生。

②如果已经产生了比较好的正弦波或者是三角波,则可以通过比较器将其重新整形为方波。其中,正弦波我们可以通过振荡器得到;三角波可以用经典的方波-三角波产生器获得。

与方波同频率的正弦波信号,峰峰值不小于 1V。

有以下分析:

①对于正弦波的产生,同样也可以利用自激振荡。

②如果对已有方波或三角波,那么就可以通过滤波器的方式,来直接选出所需要的频率。这里再考虑到器材个数限制,可使用一个低通滤波器来获得。

与方波同频率占空比5%~15%连续可调的窄脉冲信号,幅度不小于3.2V。

注意到正弦波和余弦波,仅仅是相差一个90度的附加相移,因此可以利用已经产生的正弦波,通过移相的方式来得到所需要的余弦波。

4.与方波同频率占空比5%~15%连续可调的窄脉冲信号,幅度不小于3.2V。

同样,有两种思路:

①窄脉冲同样也可以利用自激振荡的方式产生,但是从参考资料上的电路来看,需要重新改变回路参数,通过调整R或RC的比例来得到不同的占空比。

②利用正弦波加比较器的方式产生,通过调整比较器的阈值来得到不同的占空比输出。

综合上述讨论,结合元器件数量的使用限制,我们大致确定了两种方案,框图如下:

下面,我们将对这道题进行具体的仿真!

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