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：

1. 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。
2. 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。
3. 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！