一种简单方波振荡器的分析方法(方波振荡器电路设计)

导语：一种简单方波振荡器的分析

使用运算放大器（OP）可以制作各种特性优良的振荡器。这里对一种简单而稳定的方波振荡器进行分析，这种振荡器叫做弛张振荡器（Relaxation Oscillator），应用相当广泛。

基本电路

弛张振荡器的频率范围受所选的OP放大器制约，频率高的时候受制于OP的转换速率（Slew Rate）；频率较低的时候受制于OP的偏流和噪声。上图中，如果R1, R2, Rt均取值为100k，则电容Ct如果使用1uF~100pF，就可得到12Hz~120kHz频率范围的方波。如果使用频率更高的OP或比较器，电阻须降低一个数量级。

在低频的时候，Ct往往需要取很大的值，同时应选取偏流小的OP放大器，并增大Rt，从而获得良好的效果。

利用这个电路可实现单稳态多谐振振荡器、可变频率、定时器、方波驱动等应用。

原理分析

首先该电路输出要得到充分振荡。现在，我们从达到OP放大器的正向饱和电压+Vom状态开始分析。此时，正向输入端的电压为：V+ = Vom×R1 / (R1+R2) ，由于V+电压高于V-电压，Vo保持正向最大输出电压+Vom；同时，+Vom通过Rt为电容Ct充电。

当Ct电压Vc（即负向输入端电压V-）充电电压达到Vom×R1 / (R1+R2)并略超过时，则OP放大器的输出变为负向饱和值-Vom，此时正向输入端电压变为：V- = -Vom×R1 / (R1+R2) ，由于V+电压低于V-电压，Vo保持负向最大输出电压-Vom；同时，-Vom通过Rt为电容Ct反极性充电，当电容电压达到-Vom×R1 / (R1+R2)并略低于该值时，则OP的输出变为正向饱和值+Vom。如此周期性的重复该过程，波形如下图所示—

振荡频率f为：f = 1 / [ 2RtC ln(R1/2R2 + 1) ]

小结

这种振荡器与普通晶体管和数字IC做出的振荡器想比，具有频率更加稳定的特点；还可通过稳定其输出振幅来改善其温度特性，进一步使频率更稳定！并且，在该电路的V+端如果给予一个电压激励的话，可以构成简单压控振荡器（VCO）。总之，弛张振荡器被广泛应用于各种电子电路中。

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