三角波发生电路设计

三角波发生器设计制作人：朱立超西安建筑科技大学一、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2031(z)dtTURC可知积分电路输出电压同uo1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uo1=+Uz。又有电路图可以看出，两级电路分别都引入了反馈，A1同相输入端的电压up1同时与uo1和uo有关，根据叠加定理可得121o1o1212uuupRRRRRR由积分回路同向和反向输入端“虚短”“虚断”up2=un2=0,从而可图1三角波发生电路图知uo=up2.由于t0时电容两端电压为了零，所以uo=0，而u01=+Uz，故up1也为正。而当uo1=+Uz时，经反向积分，输出电压uo将随着时间往负方向线性增长，则up1将随之逐渐减小，当减小至up1=un1=0时，滞回比较器的输出端电压发生跳变，使uo1由+Uz跳变为-Uz，此时up1也将跳变成为一个负值。当uo1=-Uz时，积分电路的输出电压uo将随着时间往正方向线性增长，up1将又逐渐增大，当增大至up1=un1=0时，滞回比较器的输出端再次发生跳变，u01由-Uz跳变为+Uz。如此重复上述过程，于是滞回比较器的输出电压u01成为周而复始的矩形波，从而积分电路的输出电压uo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uo1=-Uz期间，积分电路的输出电压uo往正方向线性增长，此时up1也随着增长，当增长至up1=un1=0时，滞回比较器的输出电压uo1发生跳变，而发生跳变时的uo值即是三角波的最大值Uom。将条图3电路的波形图图2电压输出特性件uo1=-Uz，u+=0和uo=Uom代入上式，可得om)(0212211URRRUzRRR可解得三角波的输出幅度为z21omURRU3）周期频率：在积分电路对uo1=-Uz进行积分的半个振荡周期内，输出电压uo由-Uom上升至+Uom，则对积分电路可列出一下表达式：203om2dt)z(1TUUCR即om22z3UTCRU所以三角波的振荡周期为23134zom4RCRRUCURT三角波震荡频率：2134RfRRC三角波的输出幅度与稳压管的Uz以及电阻值之比R1/R2成正比。三角波的振荡周期则与积分电路的时间常数R3C以及电阻值之比R1/R2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R1和R2，使输出幅度达到规定值，然后再调整R3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f2134RfRRC12OmZRUUR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R2引入的是正反馈，所以当uo1增加时正向输入端up1也随之上升随着时间的增加uo1逐渐增加到UZ.积分电路反向积分，t↑→uo↓，当uo-UT（阈值电压），uo1从+Uz跃变为-Uz。积分电路正向积分，t↑→uo↑，当uo+UT，uo1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：1012o13otuttu1u（CR又有反馈回路可得：oopuRRRuRRRu21212111令uo1=uN1=0，当uo1=Uz代入，可得：z21URRUTTTUTUCRU2z13所以2314RCRRT所以可以求出①②已知UZ=6V,UOM=6V,=500HZ;C=0.1uF,将其带入①②式可得12616RVR;③64213440.1105002101/RCfRR④联立③④可得：443312100.5105RKR5)选定器件列表：已知：Uz=6VC=0.1uF，R1=10KΩR2=10KΩR4=2KΩR3=5KΩR5=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《Multisim10&Ultiboard10原理图仿真与PCB设计》