三角波发生电路设计说明

三角波发生器设计

制作人：朱立超

建筑科技大学

一、工作原理： 1. 基本原理图：

2.工作原理：

1)如图1，三角波发生器电路，有两部分组成。其中集成运放A1组成滞回比较器，A2组成积分电路。滞回比较器可以产生稳定的方波信号，再通过积分电路积分产生所需要的三角波。

由积分电路2

031(z)dt T

U R C

--⎰ 可知积分电路输出电压同u o1 反向。 设t=0时积分电路电容上的初始电压为零，而滞回比较器输出端u o1=+Uz 。又有电路图可以看出，两级电路分别都引入了反馈， A 1同相输入端的电压u p1同时与u o1和u o 有关，根据叠加定理

可得 12

1o1o 1212

u u u p R R R R R R =+++

由积分回路同向和反向输入端“虚短”“虚断”u p2= u n2=0,从而可知u o =u p2.由于t 0时电容两端电压为了零，所以 u o =0，而u 01=+Uz ，故u p1也为正。而当u o1=+Uz 时，经反向积分，输出电压u o 将随着时间往负方向线性增长，则u p1将随之逐渐减小，当减小至u p1=u n1=0时，滞回比较器的输出端电压发生跳变，使u o1由+Uz 跳变为-Uz ，此时u p1也将跳变成为一个负值。当u o1=-Uz 时，积分电路的输出电压u o 将随着时间往正方向线性增长，u p1将又逐渐增大，当增大至u p1= u n1=0时，滞回比较器的输出端再次发生跳变，u 01由-Uz 跳变为+Uz 。

图1 三角波发生电路图

如此重复上述过程，于是滞回比较器的输出电压u 01成为周而复始的矩形波，从而积分电路的输出电压u o 也成为周期性重复的三角波。

滞回比较器和积分电路特性：

2)输出幅度：

在u o1=-Uz 期间，积分电路的输出电压u o 往正方向线性增长，此时u p1也随着增长，当增长至u p1= u n1=0时，滞回比较器的输出电压u o1发生跳变，而发生跳变时的u o 值即是三角波的最大值Uom 。将条件u o1=-Uz ，u+=0和u o =Uom 代入上式，可得

om )(0212

211U R R R Uz R R R ++-+=

可解得三角波的输出幅度为z 2

1

om U R R U = 3）周期频率：

在积分电路对u o1=-Uz 进行积分的半个振荡周期，输出电压u o 由-Uom 上升至+Uom ，则对积分电路可列出一下表达式：

⎰=--2

03om 2dt )z (1T

U U C

R 即

om 22z 3U T

C R U =⋅ 所以三角波的振荡周期为2

3134z om 4R C

R R U CU R T =

=

三角波震荡频率：

图3 电路的波形图

图2 电压输出特性

2

134R f R R C =

三角波的输出幅度与稳压管的Uz 以及电阻值之比R 1/R 2成正比。三角波的振荡周期则与积分电路的时间常数R 3C 以及电阻值之比R 1/R 2成正比。仿真设计时要先确定Uz 值（本设计仿真二极管采用1N5233B 类型经测量和对比规格可知其端电压Uz 为6V ），再调整电阻R 1和R 2，使输出幅度达到规定值，然后再调整R 3和C 使振荡周期满足要求。 二、求解各个元件参数：

当接通电源时，由于电容C 上电压是一个缓慢变化的过程，所以C 上的初始瞬时电压为0。

滞回比较器电路：由于滞回比较器上电阻R 2引入的是正反馈，所以当u o1增加时正向输入端u p1也随之上升随着时间的增加u o1逐渐增加到U Z.

积分电路反向积分，t↑→ u o ↓，当u o >-U T （阈值电压），u o 1从+Uz 跃变为-Uz 。

积分电路正向积分，t↑→ u o ↑，当u o >+U T ，u o1从-Uz 跃变为+Uz ，返回滞回比较器。重复上述过程，便产生周期性的变化，即振荡。

由于输入电压为常量：

()()1012o13o t u t t u 1

u +-⋅-=（C

R

又有反馈回路可得： o o p u R R R u R R R u ⋅++⋅+=

2

12

12111

f 2

134R f R R C

=

1

2

Om Z

R U U R =令u o1=u N1=0，当u o1=±Uz 代入，可得：z 2

1

U R R U T ⋅±

=± ()T T U T

U C R U -+⋅⋅=+2z 13 所以 2314R C R R T =

所以可以求出 ①

②

已知U Z =6V,U OM =6V, =500H Z ;

C=0.1uF,将其带入①②式可得

126

16R V R ==; ③

642

13

440.1105002101/R Cf R R --==⨯⨯⨯=⨯Ω④

联立 ③④可得：

44331

2100.5105R K R -=⨯⇒=⨯Ω=Ω

5)选定器件列表：

已知：Uz=6V C=0.1uF ， R 1=10KΩ R 2=10KΩ R 4=2KΩ R 3=5KΩ R 5=10KΩ ;

三、Multisim 仿真电路图及仿真结果如下：

由仿真结果可以看到，其基本达到课题要求。

四、误差分析：

实际电路中由于要选择确定各个电阻的阻值，特别是第一个必要电阻的确定因而会相应产生误差

由于是电子仿真，自然也存在误差，误差主要来自电子仿真器件的参数。

五、参考书籍：

《模拟电子技术基础》（第四版）清华大学童诗白著《Multisim 10&Ultiboard 10原理图仿真与PCB设计》