三角波发生器设计
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{
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2
3
1
(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， A1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
=+
++
：
图1 三角波发生电路图
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 。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
图3 电路的波形图
图2 电压输出特性
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 )(02
12
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内，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23134z om 4R C R R U CU R T =
=
三角波震荡频率：
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：
2
134R f R R C
=
1
2
Om Z
R U U R =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
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
f 已知U Z =6V,U OM =6V,
=500H Z ;
C=,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= ， 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》