一个可调频率的方波发生器电路分析

李维强-15级

今天有个同学来问我一个问题，说是作业需求，分析一个电路的原理，原理图直接上图

然后问这个电路是干啥子用的，最后我概括为调节滑动变阻器R1，R2的阻值，去改变发生的方波频率，其中，R1是粗调，R2是细调，也就是说动R1的话，整个频率调整就大，动R2的话，R2是基于R1条件下的再调整，整个频率调节就小很多。

关于为什么是微调和粗调，可以理解为R1，C1一阶，加上R2，C2就是二阶了，阶数约高幅值越低，所以说影响就越小，这里我们恰恰是需要的幅值，最终运放最终取的电压是从C2上面取的，所以把C2换算成阻抗来看的话，它所分得的电压更小。如果还是没搞清楚，你可以把这两个东西列出时域的输入输出方程，然后发现是1阶乘2阶的，然后把它拉氏变换，就变成了两个类似级数的东西来相加了，从级数上面可以看到，高阶的幅值都比低阶的幅值小，所以作用不大，有点作用，所以看成是微调。（当然我没具体算哈，但是看这个造型就是这样）

以下是我的电路详细分析，旨在通过分析把每个电阻电容的作用都搞懂。

首先TL071ID这个运放是个比较器吧，具体是什么我没查，但是看着这幅爪式，都是类似比较器的功能。
首先分析 运放，R3，R4，构成的网络，我们一看就是同向放大电路，R3调到的50%，也就是放大50+1倍楞个样子，差不多就是50倍嘛。模拟电路，反正都是以差不多这个词做主导的。

然后认清楚组态，整个电路是有C1链接运放的输出端和运放的正向输入端，虽然这里它隔了个R2和C2，但是不影响判断，这是一个正反馈电路
至于R1左边那个信号源，也就是R1左边那一点，直接接地也可以，结果都一样，不会怎么影响通过R1和R2调节出来的频率，只会影响一点点，为什么？因为R1是1M的电阻，阻抗算1M，后面C1通过10K左右的频率，阻抗就相对R1来说很小了，所以大部分信号都被R1吸收了，所以也就这样了~~
下面具体看图，我把R2，C2去掉了，便于分析


如果把信号源频率加高，曲线看起来就更平滑了，因为C1的阻抗更小了，那么信号源作用在C1上的影响就更小了。
下面是把信号源加到100K的曲线，

如果不要信号源，把R1左边接地，那么截图也是和上图一样的。
下面说下，由于运放，R3，R4是组成的同向放大，负反馈，但是它和C1是看成正反馈，所以运放的输出就是不断的上跳下跳，下面给出一张图，说明具体什么时候上跳和下跳的

运放下降的那一瞬间，运放的2脚和3脚电压持平，这是临界点吧，此时3脚上接了电容（也就是绿色那根线），此时电容两端电压12V左右吧，此时运放下跳到-12V，那么也就是3脚需要下降24V，可以看到有个迅速下降的点，而且3脚的电压会远比2脚底，所以运放会一直输出负电压，然后电流的路线是：地-R1-C1-运放输出，这是一个积分电路，所以C1的上端会缓慢上升到0左右，可以看成是1阶电路的0状态响应。
当C1上端上升到0V左右的时候，也就是来到了上图的右边那个运放上升的那一瞬间，此时2脚和3脚电压持平，也来到临街点，然后3脚电压稍微比2脚高一点点后，运放马上响应，输出正电压，然后通过C1，此时C1两端电压差也是12V左右吧（C1=0V左右，图上是600mv左右，这个是我没把指针对准，另外通过R4的分压，实际应该是200mv左右，我们姑且就算为0V吧），那么运放从-12到正12，跳变24V，所以3脚在这一瞬间也向上跳变24伏左右，此时电流方向：运放输出-C1-R1-地，和刚才相反，所以C1电压会从24V下降到0左右，当3脚电压低过2脚的时候，又向下跳，以此反复~~~~~

然后，我们关心的是它到底隔多久跳一次?通过上面的分析，就很清楚了，那个电流回路，计算下电容C1上端充放电到0伏的时间即可，直接取工程值，3倍τ（tao）。

最后我们在C1，R1右边再加一级同样阻值的电阻电容，和第一张图一样，形成微调功能，

整个电路就说完了，具体怎么调，实际都是过试出来的，实际也不会用这种电路来产生可调的方波，因为我们肯定用程序实现了~~~这里只是为了分析分析电路，搞起好耍个！！！

以上分析存在一个问题，我也没想通，具体见2楼

李维强-15级

这里一个比较器的电路，我就用358来当做比较器罢了，1K的频率，只要分析清楚电路就行了
下面上图



问题是出在下面这张图，也就是把上面示波器截图放大了以点点来看的



下面说下我的分析，整个电路通过C1这个电容，引入正反馈到运放的3脚，运放两端是 + - 12V的电源，整个过程就是上下翻转出方波的过程，左边信号源是Vp=10mV的方波，1k，(只是为了辅助起震，没什么用，接地也可以)。最后通过滑动R1的阻值，改变产生方波的频率。

以下是现象和问题：
我的疑问是在第三张图片那里，我认为当运放输出翻转，由正12V跳转到 负12伏的时候，实际上是跳转了24V的压差，那么此时C1的上端，也就是示波器绿色那根线（B通道），因为在这一瞬间电容两边电压差不变的原理，应该直接跟随24V的压差，跳到-24V（反正也应该-20几伏嘛），而这里看到它到-12V的时候就稳住了，往后慢慢上升，到0V左右（实际上是-200mV左右），在其稳住的同时，运放的输出端同样是在下降，只是下降的曲线看起来明显就是首电容影响了，像是积分过程了，直到下降到负电源的电压-12V。
为想问下为什么会这样？？？
因为只有在下跳的时候有这个问题，可以从示波器图上看出，上跳的时候，电容还是遵守规则，直接上跳24V左右，在上跳和下跳的时候，电容充放电回路是一样的，那应跳上跳下的幅值也是一样的吧

以下是该问题我的思考
在跳转之前，电容两边的电压差是12V左右，那么下跳的时候，只跳了12V，跟这个有什么关系么？？

另外我换了个理想运放做仿真，上跳下跳的幅值都一样了，难道跟运放有关系，这个具体是什么原因，请各位解释下


最后附上multisim13的文件，
TEST.rar (781.91 KB, 下载次数: 4)

2017-11-29 04:24 上传

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