3角波发生电路设计.docVIP

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： 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 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 由积分回路同向和反向输入端“虚短”“虚断”up2= un2=0,从而可知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。将条件uo1=-Uz，u+=0和uo=Uom代入上式，可得 可解得三角波的输出幅度为 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： 即 所以三角波的振荡周期为 三角波震荡频率： 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↑，uo+UT，uo1-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： 又有反馈回路可得： 令uo1=uN1=0，当uo1=Uz代入，可得： 所以 所以可以求出 ① ② 已知UZ=6V,UOM=6V, =500HZ; C=0.1uF,将其带入①②式可得; ③ ④ 联立 ③④可得： 5)选定器件列表： 已知：Uz=6V C=F ， R1=10KΩ R2=10KΩ R4=2KΩ R3=5KΩ R5=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 10Ultiboard 10原理图仿真与PCB设计》 图2 电压输出特性 图3 电路的波形图