三角波发生器设计
欧阳光明（2021.03.07）
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up1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”up2= un2=0,从而可知uo =up2.由于t0时电容两端电压为了零，所以u o=0，而u01=+Uz，故up1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u o1由
图1 三角波发生电路图
+Uz 跳变为-Uz ，此时up1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，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，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 )(0212211U R R R Uz R R R ++-+= 可解得三角波的输出幅度为
z 21om
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：
⎰=--203om 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
图3 电路的波形图
图2 电压输出特性
2
3134z om 4R C R R U CU R T ==
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↑→ 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：
又有反馈回路可得：
f 2134R f R R C
=
令u o1=u N1=0，当u o1=±Uz 代入，可得：z 21U 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UZ=6V,UOM=6V,
=500HZ;C=0.1uF,将其带入①②式可得12616
R V R ==; ③
64213
440.1105002101/R Cf R R --==⨯⨯⨯=⨯Ω④
联立 ③④可得：
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》。