【模电】0009 方波和三角波产生电路（RC和比较器实现）

本节我们来分析几个波形产生电路，包括方波、三角波等波形产生电路。

这类电路一般由比较器、电阻、电容等组成。

我们先来看看比较器的特性。

1）比较器的特性

比较器的原理图符号如下：

与运放的画法是一样的，其特性也很相似。

当比较器的正输入比负输入电压高时，即 Vi  > Vi- 时，Vo会输出高电压（接近正电源的电压）；当Vi  < Vi- 时，Vo会输出低电压（接近负电源的电压）。

如下图，是比较器的特性仿真图。输入一个峰峰值为1V的正弦波，当输入大于0时，输出接近正电源10V，当输入小于0时，输出接近负电源-10V。

比较器和运放的区别：

通过上述仿真，我们发现比较器和运放的特性很相似。

但是，比较器是专门用于电压比较的，其运行速率一般比运放要快；而且，比较器一般只用于开环状态，线性度不好，不能像运放一样接成负反馈电路；比较器的输出一般需要接一个上拉电阻，而运放不需要。

很多情况下，如果运行速率不高，且输入电压不超出电源电压的情况下，可以用运放代替比较器。

2）迟滞比较器

直接使用比较器作为 电压的比较电路会产生一些问题，例如上图电路，如果输入电压在0V附近，而此时外界有很小的干扰，使得输入电压在0V上下来回变化，则输出也会在 10V和-10V间来回反复变化。因此，这个电路抗干扰性不好。

一般在使用时，要接成迟滞比较器，其原理图如下：

在输出和正输入端使用了两个电阻作为反馈回路，注意这里的反馈与以前分析过的运放电路不同，这里是正反馈。例如，当输出电压升高时，经R3和R4分压后到正输入端，使得正输入端电压也升高；此时输入正负端的压差会更大，会使得输出电压升得更高。因此，这里是正反馈。

这个正反馈回路，可以使得比较器能抵御一定的外界干扰。

例如，当输出为高电压时，经R3和R4分压后到输入端的电压为正电压V ；这样，如果负输入端的电压升高时，需要升高到V 以上，才能使得输出端跳变为低电压。

而当输出为低电压时，经R3和R4分压后到输入端的电压为一个负电压V-；这样，如果负输入端的电压降低时，需要降低到V-以下时，才能使得输出端变为高电压。

这样，输入电压在需要变化到V 和V-的范围之外，才能引起输出端的变化，所以能抵御一定的干扰。

上图的仿真中，需要把输入正弦波的峰峰值设到2V以上，否则输出端不会变化。

3）方波产生电路

利用比较器的特性，可以设计出方波产生电路，电路图如下：

这个电路分析如下：

当输出为高电平时，运放的输入正端，Vc为正电压；电容C1通过R3充电，Vb缓慢升高；

当Vb升高到Vb>Vc时，比较器的负输入端高于正输入端，输出Va会跳变为低电压；

当输出为低电压时，运放的输入正端，Vc也变为负电压，电容C1通过R3放电，Vb缓慢下降；

当Vb下降到Vb时，比较器的负输入端低于正输入端，输出va会跳变为高电压；<>

如此循环跳变，输出方波。

D1和D2是稳压管，用作限幅用的，使得输出电压不至于幅值过大。

4）三角波产生电路

由于方波的积分就是三角波，所以三角波产生电路，简单在方波产生电路后级增加一个能产生积分效应的电路路即可实现，如下图所示：

 原理分析如下：

当输出Va为高电压时，C1通过R2电阻充电，充电电流恒定为Va/R2，Vb电压线性下降。

当Vb下降到使得R3、R4的分压Vc低于0V时，Va跳变为低电压。

Va为低电压时，C1通过R2电阻放电，放电电流恒定为Va/R2，Vb电压线性上升。

当Vb上升到使得R3、R4的分压Vc高于0V时，Va跳变为高电压。

如此循环，Va输出方波，Vb输出三角波。