(1)搭建振荡电路如图所示,先采用双电源供电讲解,需要两个滑动变阻器RP1和RP2,一个固定电阻R1和一个电容C1,运放反向输入端 Vo三角波 输出振荡的三角波,运放输出端 Vo方波 输出振荡的方波,电路实际相当于 RP2和C1组成RC振荡电路,RP1和R1配合运放搭建滞回比较器。 (2)输出结果 方波和三角波同频,起振时频率较高,逐渐恢复稳定,可以看到,这里的方波占空比并不是50%,三角波输出向下偏置,且三角波的波形不是一条直线,而是带有弧度(此时应当判定为电容较小,当电容较小时,放电过快,三角波的波形会变得凸起,当实际波形出现此情况时,判断为电容过小,增大电容,增大电容时很方便,直接并联进去一个电容即可,在这种调试过程中,增大或者减小电容时直接按照数量级改变,比如3.3nF 不行时,可以并联10nF 得到13.3nF,不要每次增加1nF 去试)。当电容增大到几百nF 甚至1uF 还不行时,可能是电容太大了,去掉该电容换成较小的电容(几nF/几百pF)。 (3)参数设计与计算 RP1和R1可以设置滞回比较器的门限值(限定三角波的幅值,与方波幅值无关,与方波的占空比有关):±UT = Uo[ R1 / ( R1 + RP1 ) ] RP2和C1振荡,时间常数为 RP1C1,利用一阶RC电路的三要素法得到振荡周期 T = 2 RP2 C1 ln(1+2R1/RP1) 频率f = 1/T 这里可以看出调整RP1既会改变频率,又会改变三角波的幅值(改变方波占空比),而调整RP2只改变频率,所以在调节时可以先调节RP1到要求的幅值,在调节RP2改变频率。 (4)示例 减小RP2,T减小,频率 f 对应增大,波形更密集;三角波的幅值U不受RP2影响(当电容较小时,放电过快,三角波的波形会变得凸起,当实际波形出现此情况时,判断为电容过小,增大电容)。 当振荡频率较高时(超过10KHz),三角波一般会变为正弦波,且方波的上升沿不再陡峭,这里受限于LM324的芯片性能,使用2017年瑞萨提供的运放能够很好的振荡出20K的方波。
直接将负电源VEE 的-5v 改成GND,只使用+5V 供电,波形如下,三角波受到很大影响,下降时间明显变长,且无法通过改变阻值和容值调节,此时需要给滞回比较器一个抬升电压。 将R1 右端的接地改为接到一个直流偏置上,偏置电压由+5V 电源分压得到,波形恢复正常。 调节偏置,可以改变滞回比较器的门限,改变方波的占空比。