鋸齒波產(chǎn)生電路的設計與選擇

田嘉琛

（西安工程大學電子信息學院，西安 710600）

鋸齒波產(chǎn)生電路的設計與選擇

田嘉琛

（西安工程大學電子信息學院，西安 710600）

由于限流電阻和二極管死區(qū)電壓等多方面因素的作用和影響，造成鋸齒波的輸出不穩(wěn)定，因此有必要對鋸齒波產(chǎn)生電路的電路結(jié)構(gòu)和器件進行再構(gòu)造和選擇，本文對此進行了詳細分析與論述。

鋸齒波電路；輸出波形；遲滯比較器；積分電路

0 引言

由于限流電阻和二極管死區(qū)電壓等因素的作用和影響，造成鋸齒波的輸出不穩(wěn)定，需要對鋸齒波產(chǎn)生電路的電路結(jié)構(gòu)和器件進行必要的測試，選擇輸出頻率f=1000Hz、幅度＞3V且線性良好的鋸齒波形、輸出波的上升時間遠大于下降時間、運算放大器采用UΑ741、電源電壓Vtt=±12V，其余器件參數(shù)自定。在測試中要求調(diào)節(jié)電路輸出鋸齒波，用示波器觀察波形、頻率、幅度、拍照記錄，同時用示波器觀察鋸齒波及其對應的方波信號，測量頻率、幅度、拍照并記錄波形。

1 方案的選擇及論證

要產(chǎn)生一個線性良好的，上升時間遠大于下降時間的鋸齒波。

要考慮產(chǎn)生線性波形。首先可以考慮積分電路，積分電路的電容可近似認為是恒流充電，所以輸出波形V0可以認為與時間t成正比，輸出波形是線性的；同時，積分電路的輸入波為方波時，才會產(chǎn)生線性輸出波形；在時間上，要求充電時間遠大于放電時間，也就是波形的上升時間遠大于上升時間。這里涉及到電容的充放電問題，假如上升下降時間不同，則需要不同的時間常數(shù)t，加入電阻和二極管后，便可組成充放電時間不等的積分器；同時需要同相輸入遲滯比較器輸出方波信號。根據(jù)所選的方案發(fā)現(xiàn)，其主要區(qū)別如下：

（1） 用R13、RW2、Dz1組成一個雙向電阻值不同的電路，積分器在工作過程中正向充電與反向充電的時間常數(shù)不一樣，三角視上升斜率與下降斜率大小不同，造成方波的占空比不同。

（2）在穩(wěn)壓管輸出和積分器之間加入穩(wěn)放大器，可以通過調(diào)節(jié)RW1調(diào)節(jié)積分器輸入電壓的大小，進而改變積分器輸出電壓變化斜率，造成波形的頻率變化，這樣，UO1產(chǎn)生方波，產(chǎn)生三角波，這兩個波形的頻率相同，占空比相同。

（3）由于中間引入了反向放大，在Α1的輸入端接法與所選方案一致。

綜上所述：二極管D的作用使得充放電時間常數(shù)不同，相對方案二來說，方案一的接法更加簡明，原理更加簡明扼要，需要的器材也相對簡明扼要，同時方案二比方案一多了一級電路，方案二中的電路更不穩(wěn)定。

2 單元電路設計與計算

（1）單元電路原理分析及元器件的參數(shù)計算。根據(jù)題目要求，鋸齒波f=1000HZ、Vom ＞3V、上升時間遠大于下降時間。由公式T=2R4R5C（R4+2R5）/R2（R5+R6）=1KHz，T1=2R1R4C/R2＞＞T2=2R1（R4//R5）C/R2得：R6＞＞R5。由C=1μf、T=0.001s，又因V＞3， 則R1=R2=50KΩ。

（2）原理分析。電路的第一級電路采用了同相端輸入器遲滯比較器，由于遲滯比較器的抗干擾能力比較好，故輸出的方波波形比較穩(wěn)定，當比較器的輸入電壓Vid=0時，則因反向端虛地，則可以得到Vp=0，然后求出高門坎電壓Vt與低門坎電壓Vt，進而可以求出輸出的方波波形。電路的第二級電路采用充放電時間不等的耦合電路，時間常數(shù)的不同是由于電阻的不同導致的，二極管的通斷導致了電壓的變化，進而改變了時間常數(shù)t。在方案電路中，由于二極管D的通斷，導致電阻發(fā)生變化，D導通時的電阻為R4/R5，D截止時電阻則變?yōu)镽5，D導通時的充電時間（時間常數(shù)）T1=（R4/R5）C， D截止時的充電時間（時間常數(shù)）T2=R5C，又因為R5?R6，則在積分電路中的電容的充放電時間便不同，從而鋸齒波的上升與下降時間便會相差很大，可以滿足鋸齒波上升時間遠遠大于下降時間。

同時在同相遲滯比較器的輸出端，安裝的兩個穩(wěn)壓管為3.3V的穩(wěn)定管，電源電壓為12V，可以擊穿穩(wěn)壓管，保證輸出穩(wěn)定良好，同時還不會出現(xiàn)未擊穿情況下方波出現(xiàn)的失真狀態(tài)，穩(wěn)定輸出的方波輸入至下一級的積分電路中，可以使輸出的鋸齒波波形穩(wěn)定而且沒有失真。

3 安裝與測試

（1）在連接電路時，開始選擇的限流電阻同相遲滯比較器的輸出端無信號輸出，原因是因為限流電阻將電壓分走的過多，從而導致輸出電壓輻值小，無法將穩(wěn)壓管反向擊穿，因穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)，繼而輸出電壓波形出現(xiàn)失真。

解決方案：經(jīng)過計算，將限流電阻調(diào)至500Ω，使輸出波形有較好的圖紋，又不會出現(xiàn)十分嚴重的失真，同時，500Ω大小的限流電阻便可很好的限制電流的增長，有效減少了放大電流過大致使電源電路燒壞的問題。

（2）在積分電路中，由于二極管D正向?qū)〞r需要一定的正向電壓，因此D的門坎電壓U1會導致鋸齒波的波形出現(xiàn)問題，使得線性區(qū)的波形的線性性質(zhì)不是特別好。

解決方案：Α）選擇死區(qū)電壓U1較小的二極管，一般鍺管的管壓降和死區(qū)電壓要比硅管小，因此材料選擇很重要。B）將方案一電路中積分電路里的D個電阻R4、R5的阻值差距調(diào)大，將于二極管D初連的電阻R5調(diào)小，將R4值調(diào)大，死區(qū)電壓的影響便非常小了。C）電容的大小程度對輸出的鋸齒波波形產(chǎn)生影響，電容C 的大小會影響充放電時間，從而對波形的上升和下降時間產(chǎn)生影響。

4 性能測試與分析

（1）測試記錄波形與數(shù)據(jù)：頻率f、方波數(shù)據(jù)、鋸齒波數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)整理和結(jié)果分析：由V=R1/R2 V2=3.3V 得：實測Vom=41V＞U理論，理論計算T上升=5，理論略大于實際；T下降= 2R（R4//R5）C/R2=203，實際測得T下降=196US，則T理論下降＞T實際下降。

5 體會與心得

本次設計由遲滯比較器電路和積分器電路組成，在設計過程中不僅要考慮到電路的簡單性和元器件的可用性，還得考慮到各個器件所能夠承受的電壓值。在仿真過程中，兩端電路的連線必須準確無誤，各器件的串并聯(lián)，甚至正負極方向更是不能出錯，雖然極易出現(xiàn)電容爆炸和電阻燒毀等危險事件，時間的限制，同時加上考慮元器件布局時不夠全面，細致，使得接線變得十分復雜。

在連線的過程中時常會有多處導線交錯，極易出現(xiàn)失誤。在后面的設計操作中，我們有時對元器件進行了更換，但替代的元器件可能不會起到初始設置所用器件的作用。

［1］康華光.電子技術(shù)基礎［M］.高等教育出版社，2005.

［2］康科峰.電子技術(shù)實驗教程［S］.西北工業(yè)大學出版社，2013.

［3］楊栓科.模擬電子基礎［M］.高等教育出版社，2010.

［4］張鋒，楊建國.模擬電子基礎指導書［M］.西安交通大學出版社.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.116