方波-三角波电路分析

方波-三角波发生电路分析图1.1方波-三角波发生电路图1.1为方波-三角波电路。同一个四运放芯片TL084中的两个运算放大器构成了此信号发生电路。第一级运放构成了方波发生器，它的RC充放电回路用第二级的积分运算电路（R3和C1）取代。该四运放芯片TL084由单电源供电。VDD为输入到两个运放的信号电压。在图1.1中，连到示波器的红色曲线表示第一级运放的正输入端电压，黄色曲线表示第一级运放输出端电压，绿色曲线表示第二级运放的负输入端电压，蓝色曲线表示第二级运放输出电压。在VDD取不同值时有图1.2所示变化。图1.2VDDvs电路信号从图1.2可见，VDD的取值能够影响该电路是否正常工作（起振）下面从电路原理上分析上述电路的特性。首先定义一些变量：A1：第一级运放的负向输入电压和第二级运放的正向输入电压UIN（即VDD），一般要求UIN≥UL；A2：第一级运放输出值的最大值UH和最小值UL；第一级运放输出值的最大值和最小值就是方波的峰值和谷值，从TL084的数据页或图1.2中可以得到：UL=1.523v，UH=14v；A3：第一级运放输出方波信号波峰持续时间TUP和波谷持续时间TDOWN；A4：第二级运放(积分电路)输出值的最大值Uup和最小值Udown。假定上电时，第一级负输入端的电平较正输入端的高，则第一级输出电平很快会达到最小值UL。由于UIN≥UL，即第二级正输入端电平大于负输入端电平，所以第二级积分电路处在充电状态，即第二级输出端的电平将逐渐增大直至Uup（充电持续时间为TDOWN）。当第二级输出端的电平达到Uup时，经R2反馈到第一级的正输入端，此时应能够使正输入端的电平达到或超过UIN，从而使第一级输出电平迅速达到最大的饱和值UH。由于UH的引入，造成第二级运放的负输入端电平大于正输入端电平，导致第二级积分电路开始放电，并反向充电，直至第二级输出电平达到Udown（充电持续时间为TUP）。Udown经R2反馈到第一级的正输入端，此时应能够使正输入端的电平低于UIN，从而使第一级输出电平迅速达到最小的饱和值UL。如此反复，在第一级的输出端形成方波，在第二级的输出端形成同频率的三角波。在TDOWN期间，第一级输出的UL通过R3加到积分电路的负输入端，同时积分电路的正向输入端有UIN的输入。根据运放输入级“虚短”和“续断”的原理，且电容的充电电流与流过R3的一致，有：Uup=[TDOWN*(UIN-UL)/(R3*C1)]+Udown；式1.1同样，在TUP期间，第一级输出的UH通过R3加到积分电路的负输入端，同时积分电路的正向输入端有UIN的输入，且UH≥UIN，有：Udown=[TUP*(UH-UIN)/(R3*C1)]+Uup；式1.2在第一级运放的输出电压由发生UL转变为UH时，在R1和R2构成的反馈回路中有：(Uup-UIN)/R2=(UIN-UL)/R1；式1.3式1.3中，经过时长为TDOWN的充电，积分电路输出电压达到Uup，此时经R2反馈，第一级正输入端的电压正好升到UIN，同时第一级的输出仍保持在UL。所以有R1和R2上的电流相同且同向。在第一级运放的输出电压由发生UH转变为UL时，在R1和R2构成的反馈回路中有：(UIN-Udown)/R2=(UH-UIN)/R1；式1.4式1.4中，经过时长为TUP的放电，积分电路输出电压降到Udown，此时第一级的输出UH经R1和R2的分压，使第一级正输入端的电压正好降到UIN。所以有R1和R2上的电流相同且同向。另外，积分电路输出值的最大值Uup和最小值Udown都应满足TL084输出的最大值和最小值，即有：Uup≤UH；Udown≥UL将Uup=UH；Udown=UL分别带入式1.3和式1.4，可以求得UIN的取值范围是：6.936v~8.587v