三角波发生电路设计
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三角波发生器设计
制作人:朱立超
西安建筑科技大学
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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, A
1
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
12
1o1o1212uuup
RR
RRRR
由积分回路同向和反向输入端“虚短”“虚断”up2= un2=0,从而
图1 三角波发生电路图
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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uo1=-Uz期间,积分电路的输出电压uo往正方向线性增长,
图3 电路的波形图 图2 电压输出特性
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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
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(1TUU
CR
即om22z3UTCRU 所以三角波的振荡周期为
2
313
4zom4RCRRUCUR
T
三角波震荡频率:
2
13
4RfRRC
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。
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2
13
4RfRRC
1
2
OmZ
R
UUR
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u
o1
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:
1012o13o
tuttu1u(
CR
又有反馈回路可得:
oopuRRRuRRRu21212111
令uo1=uN1=0,当uo1=Uz代入,可得:
z21URRUT
TT
UTUCRU2z
1
3
所以
2
31
4RCRR
T
所以可以求出 ①
②
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f
已知UZ=6V,UOM=6V, =500HZ
; C=0.1uF,将其带入①②式可
得12616RVR; ③
64213440.1105002101/RCfRR
④
联立 ③④可得:
443312100.5105RKR
5)选定器件列表:
已知:Uz=6V C=0.1uF , R1=10KΩ R2=10KΩ R4=2KΩ
R3=5KΩ R5=10KΩ ;
三、Multisim仿真电路图及仿真结果如下:
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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》