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一、设计方案与原理

图一 三角波发生器电路图(Multisim)

图一为电路设计方案。电路结构分为两部分，左侧电路为迟滞比较器能在R3右端形成方波信号；右端电路为积分电路，即对方波信号进行积分得到三角波信号。

以下对照图一再次说明下书上写的三角波发生器原理。运放A1(左侧)输入端无信号，输出端Uo1随机输出高电位或低电位。设先输出高电位(在稳压器的作用下，高电位数值较恒定)，则高电位接于电阻R4左侧，由于运放A2(右侧)反相输入端虚地(以理想运放为分析模型)。因此流入电容C1的电流表达式：

                              (1-1)

R4右端接入的是反相输入端，所以电容的电流与电压关系：

                 (1-2)

故当Uo1为高电位时，Uo由初始零电位呈斜率为负的直线下降。另用叠加法得如下关系：

                   (1-3)

当U1+随Uo的减小恰好越过0V时，运放A1输出电位Uo1转为低电位，故Uo开始呈斜率为正的直线上升，直到U1+随Uo上升为0V，此时Uo由负转正。如此循环下去，就形成了输出端电位Uo变化呈三角波形式。

二、实验步骤及结果

2.1 实验步骤：

1.用multisim搭建电路，运行结果得到图像及数据

2.理论计算出各数据并与实验值比较

3.对实验室搭建的实际电路得出的数据进行分析。

2.2 仿真及理论结果：

Multisim得出的输出三角波Uo及方波Uo1图像如下：

图二 Multisim仿真得出的输出三角波图像

    对于理论计算，有如下公式(同实验指导书)：

                       (2-1)

                    (2-2)

                   (2-3)

Multisim仿真得出数据与根据公式理论计算数据如下表(稳压器稳定电压为V)：

可看出理论值与仿真值比较接近。

2.3 实验得出的实际电路结果分析：

周期4.160ms  频率 240.4HZ  幅值 29.6V -28.8V

对照(2-1)、(2-2)、(2-3)理论计算公式，由于电路电阻及电容的数值在仿真及实验室实际电路中是一样的，故周期和频率与仿真结果较接近。而三角波的幅值受到稳压器稳压值的影响，故实验室实际电路数据与理论值及仿真值有较大差别。

三、拓展分析

3.1 不改变电路结构

若改变改变R1/R2。理论上，R1/R2变小则幅值变小、周期变小、频率变大；若R1/R2变大则幅值变大、周期变小、频率变小。且其变化呈比例关系。在Multisim中将图一电路R2值变为40，即R1/R2变为之前的1/2，得出仿真结果为：周期2.44ms、频率409Hz、幅值1.17V，与理论相符。

若改变电容C1。理论上，若C1变大，幅值不变、周期变大、频率变小；若C1变小，幅值不变、周期变小、频率变小。且其变化呈比例关系。将图一电路中C1改为0.44，得出Multisim仿真结果：周期9.07ms、频率110Hz、幅值2.2V

3.2 改变电路结构

另外，如果将R4改为图三的结构，则可实现锯齿波的输出。其原理就是，当Uo1为高电平时，此结构中电流方向从左往右，此结构电阻为5；当Uo1为低电平时，电流方向从右向左，下支路电流截止即接近断路，此时结构电阻为10。

图三 三角波变锯齿波输出电阻R4改造结构

图四 锯齿形波仿真结果

可以看出，由于原R4处的电阻在Uo1为高电平及低电平时阻值不同，使得Uo变化的斜率不同，继而形成了锯齿形波。

从逻辑上来看，锯齿波可以理解成电路在Uo1分别为高电平、低电平时两种状态，即运放A2反相输入端接入前电阻(原R4位置电阻)不同的两种状态，若此电阻越小，输出的直线越陡，斜率的绝对值越大。与图四的例子相符。另外，输出的幅值不会受到此电阻变化的影响，故斜率变化会使频率和周期变化，斜率绝对值越大，周期越小、频率越高；斜率绝对值越小，周期越大、频率越低。图四的例子也符合。下载本文