图8-24 方波—三角波产生电路2.参数计算举例 输出Uo1从高电平+VCC跳到低电平-VEE，或从低电平-VEE跳到高电平+VCC。2）方波的输出幅度约等于电源电压+VCC；三角波的输出幅度不超过电源电压+VCC。电位器RP1可实现幅度微调，但会影响方波—三角波的频率。......
2023-06-28
函数发生器的方波-三角波产生电路及工作原理
【摘要】：图2.7.1函数发生器组成框图1.方波-三角波产生电路电路如图 2.7.2 所示。图2.7.2方波-三角波产生电路电路工作原理如下：若 a 点断开，运算放大器 A1与 R1、R2、R3、RP1组成电压比较器。图2.7.5利用低通滤波将三角波变换成正弦波将三角波按傅立叶级数展开：其中 Um表示三角波的幅值。
函数发生器能自动产生方波-三角波-正弦波及锯齿波、阶梯波等电压波形。产生正弦波、方波、三角波的方案有多种，如先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变换成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可以先产生三角波-方波，再将三角波变换成正弦波或将方波变成正弦波。本实验介绍先产生方波-三角波，再将三角波变换成正弦波的电路设计方法，其电路组成框图如图 2.7.1 所示。
图2.7.1 函数发生器组成框图
1.方波-三角波产生电路
电路如图 2.7.2 所示。
图2.7.2 方波-三角波产生电路
电路工作原理如下：若 a 点断开，运算放大器 A1与 R1、R2、R3、RP1组成电压比较器。R1称为平衡电阻，C1称为加速电容，可加速比较器的翻转；运放的反相端接基准电压，即 U－＝0；同相端接输入电压 uia；比较器的输出 uo1的高电平等于正电源电压＋VCC，低电平等于负电源电压-VEE。当输入端U+＝U－＝0 时，比较器翻转，uo1从高电平＋VCC跳到低电平－VEE，或从低电平－VEE跳到高电平＋VCC。设 Uo1＝＋VCC，则
整理上式，得比较器的下门限电位为
若Uo1=-VEE，则比较器的上门限电位为
比较器的门限宽度VH为
图2.7.3 比较器的电压传输特性
由上面公式可得比较器的电压传输特性，如图2.7.3所示。从电压传输特性可见，当输入电压uia从上门限电位 Via+下降到下门限电位 Via－时，输出电压 uo1由高电平＋VCC突变到低电平－VEE。a点断开后，运算放大器A2与 R4、RP2、R5、C2组成反相积分器，其输入信号为方波 uo1时，则积分器的输出
当Uo1＝＋VCC时，有
当uo1＝－VEE时，有
可见，当积分器的输入为方波时，输出是一个上升速率与下降速率相等的三角波，其波形关系如图2.7.4所示。
图2.7.4 方波-三角波
a 点闭合，形成闭环电路 ，则自动产生方波-三角波，三角波的幅度为
方波-三角波的频率为
（1）调节电位器 RP2，可调节方波-三角波的频率，但不会影响其幅度。若要求输出频率范围较宽，可用 C2改变频率，RP2实现频率微调。
（2）方波的输出幅度约等于电源电压＋VCC，三角波的输出幅度不会超过电源电压＋VCC。电位器 RP1可实现幅度微调，但会影响方波-三角波的频率。
2.三角波变正弦波电路
在三角波电压频率固定或频率变化范围很小的情况下，可以考虑采用低通滤波的方法将三角波变换为正弦波，电路框图如图2.7.5（a）所示。输入电压和输出电压的波形如图（b）所示。
图2.7.5 利用低通滤波将三角波变换成正弦波
将三角波按傅立叶级数展开：
其中 Um表示三角波的幅值。根据上式可知，低通滤波器的通带截止频率应大于三角波的基波频率且小于三角波的 3 次谐波频率。当然，也可利用带通滤波器来实现上述变换。例如，若三角波的频率范围为 100～200 Hz，则低通滤波器的通带截止频率可取 250 Hz，带通滤波器的通频带可取 50～250 Hz。但是，如果三角波的最高频率超过其最低频率的3倍，就要考虑采用其他方法来实现变换了。
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