10.2 非正弦波振荡器
10.2 非正弦波振荡器
非正弦波振荡电路是指可以产生非正弦周期性变化波形的电路，如矩形坡、三角波、锯齿波电路等。它们广泛应用在控制、测量等技术领域。应该指出，当集成运放用于产生正弦波和非正弦波时，它们工作的区域是不同的。在正弦波振荡电路中，集成运放工作在线性区；在非正弦波振荡电路中，集成运放基本工作在非线性区，二者的分析方法是不同的。
10.2.1 矩形波产生电路
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图10-14 矩形波的占空比 |
1．方波产生器
方波产生器的基本电路如图10-15所示，集成运放和R1、R2组成反相输入迟滞比较器；R3和VDZ用来对输出电压幅度进行双向限幅；R和电容C组成积分电路，用来将比较器输出电压的变化反馈回集成运放的反相输入端，以控制输出方波的周期。
（a） （b）
图10-15 方波产生电路
迟滞比较器的输出电压为uo=±UZ，则运放同相输入端
，考虑到滞回比较器翻转时有
所以可得滞回比较器的上、下门限电压分别为
，
（10.2.1）
uo的波形和电容器充、放电时uc的波形如图10-16所示。由图10-16的波形可以看出，uC的值从t1时刻的UT+下降到t2时刻的UT-所需要的时间就是振荡周期的一半，即：
。
（10.2.2）
，
，
则
（10.2.3）
式中：
，且t1≤t≤t2。当
时，
，即
（10.2.4）
于是
（10.2.5）
解此方程可得输出方波的周期为
（10.2.6）
2．矩形波产生电路
如果图10-15（b）中的T1≠T2，就是矩形波输出。而T1和T2的长短分别由电容的充、放电时间决定，因此，图10-17就是利用二极管单向导电性使方波产生电路的充放电时间常数不同而构成的矩形波产生电路。
可以证明，当忽略二极管动态电阻时，如图10-17所示矩形波的振荡周期为
（10.2.7）
占空比为
（10.2.8）
图10-16 方波发生电路的波形图 图10-17 矩形波产生电路
10.2.2 锯齿波产生电路
1．三角波产生电路
三角波产生电路如图10-18（a）所示，由迟滞比较器和反相积分器构成。积分器的作用是将迟滞比较器输出的方波转换为三角波，同时反馈给比较器的同相输入端，使比较器产生随三角波的变化而翻转的方波。这里的迟滞比较器和前述的方波发生器的区别是从同相端输入信号，但基本原理相同。
由叠加原理可知，迟滞比较器同相端的电压为
（a）三角波产生电路 （b）输出波形
图10-18 三角波产生电路与输出波形
u+由比较器的输出电压±UZ和积分器的输出电压共同决定。而比较器的翻转发生在u+=0的时刻，此时比较器的输入电压（即积分器的输出电压uO）应该为
（10.2.9）
也就是比较器的上、下门限电压。方波的幅度由稳压管限幅电路决定，为±UZ；三角波的正负向峰值为
（10.2.10）
由图10-18（b）可知，方波和三角波的振荡周期相同。可以证明，振荡周期为
（10.2.11）
2．锯齿波产生电路
若三角波波形上升和下降的速率不同，就成为锯齿波波形。所以只要令积分器的正、负向积分常数不同，就可以得到锯齿波。图10-19为可以同时产生矩形波和锯齿波的电路。其工作原理和三角波产生电路相同，不同之处仅为积分器的电阻有两条通路，这两条通路阻值差异很大，以致正、负向积分的速率明显不同。
锯齿波的下降时间为
（10.2.12）
锯齿波的上升时间为
（10.2.13）
所以振荡周期为
（10.2.14）
根据T1和T的表达式，可得的占空比为
（10.2.15）
图10-19 锯齿波产生电路和输出波形