使用一片通用四运放芯片LM324组成电路

一、题目说明

使用一片通用四运放芯片LM324组成电路，实现以下功能：
使用低频信号源产生ui1=0.1sin2πft（V），f=500Hz的正弦波信号，加至加法器的输入端，加法器的另一输入端加入有自制振荡器产生的信号uo1。要求加法器的输出电压ui2=10 ui1+ uo1。ui2经选频滤波器滤除uo1频率分量，选出f信号为uo2，uo2为峰峰值等于9V的正弦信号，用示波器观察无明显失真。uo2信号再经比较器后在1KΩ负载上得到峰峰值2V的输出电压uo3。
电源只能选用+12V和+5V两种单电源，由稳压电源供给。不得使用额外电源和其他型号运算放大器。
要求预留ui1、ui2、uo1、uo2、uo3的测试端子。
其中uo1的波形图如下所示：

二、理论分析及电路分析

由于后面的加法器，滤波器以及比较器必定会用到三个运算放大器，因此
三角波自制器只能使用一个运放，故淘汰课本中的以积分电路的方法得到
三角波的电路（因为使用了两个运放），经查阅资料，可知可采用一片运
放连接成滞回比较器，三角波可由滞回比较器的反相端输出。
则电路可有四个主体部分构成，分别为：三角波产生电路、加法器电路、
滤波器电路、比较器电路。

2.1三角波产生电路

理论分析：由上述可知需采用滞回比较器，经查阅资料，一般滞回比较器产
生三角波的电路可得，如下图1-1所示：

则需要根据题目要求确定各个器件的参数，且题目中振幅为2v，T为0.5ms。则需要对该电路图进行分析，利用电容两端电压uc（等于u-）和u+相比较，来决定输出uo是高电平或者是低电平。如果uo为高电平时，对电容c充。同理，使uc增大至uc>u+时，uo反转为低电平，则电容c放电，使uc减小。而uc的变化又使得输出不断翻转。根据瞬态电路的三要素公式：uc（t）=uc（无穷）+[uc（0+）-uc（无穷）]e^{-t/rc}
不行了…第一次用这个，不会打公式，直接上图片了。以后有机会一定好好优化。

根据上面的公式大家解出电路中的参数就完事了。

2.2加法器电路

理论分析：由于需要完成uI2=10ui1+uo1，则需要利用全加器的扩展电路，
电路图如下图所示：

参数可以自己设置，只要满足限制关系式子就行啦

2.3滤波器电路

理论分析：由于正弦波信号ui1的频率为500HZ，三角波信号uo1的频率为
2khz，滤波器需要滤除uo1分量，所以可以采用低通滤波器，但是经过仿
真发现一阶滤波器效果不好，故采用二阶有源低通滤波器电路。
直接上图：

根据方程解出满足要求的结果即可，最终得到电路图如下：

2.4比较器电路

采用单线比较器，当电压比较器对两个模拟电压比较大小，判断出其中哪一
个电压电压值较高，比较器输入有一个同向输入端和一个反向输入端，一般
设置其中一个端的输入电压为参考电压，假设同向端输入电压VA为参考端
，设反向输入端输入电压为VB，则当VB>VA时，输出低电平，反之输出高
电平。设计电路图如下所示：

至此，理论分析基本结束喽，可以进行仿真了，仿真软件好多都可以，不过比较推荐的是 Multisim ，因为感觉上手起来比较简单。（进来结一下广告费hhh）

三仿真电路及仿真结果

3.1三角波仿真结果如下图所示：

可见效果还是不错的，hhh其实我感觉产生三角波这个是一个难点，因为只能用一片运放（哭）。，大家有啥好的想法也可以留言给俺，共同进步。

3.2加法器仿真结果如下图所示：

3.3滤波器电路仿真结果：

3.4比较器电路仿真结果：

总的电路图大家按照上面的分析的各个部分的连起来就完事了。

四、仿真分析

三角波产生电路的波形与理论值基本相符，但是尖端仍然有误差，可以在该
电路上进一步改进，但是误差在题目要求误差范围内。
加法器电路基于全加器的扩展电路构成，与理论值符合的较好
滤波器将2.0khz的波基本过滤，电压增益为5，经过放大可以使得峰峰值大
于9v，满足题目要求。
比较器输出的最后最终波形有毛刺，但在误差范围内，可能是由于单限比较
器性能较差，故产生反转次数较多，不稳定。建议使用迟滞放大器。

五、个人体会

第一次写博客，好多方面都不太熟悉，大家多多包涵一下哦！（主要是要期末考试了，没时间去看这个编辑器的用法55，有时间一定好好看下）
还有就是窝电太忙了，平时也没时间写这些东西，其实有好多东西都想用文字记录下来，等以后有时间了在码字吧…
补充：本文所有参考资料均来自高等教育出版社出版的《模拟电子线路基础》（也就是窝电通院的魔电课本，傅丰林教授主编）

六、仿真程序链接

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