電路設(shè)計(jì)在很大程度上，其實(shí)是對(duì)波形的一種轉(zhuǎn)換。比如說(shuō)三極管開(kāi)關(guān)電路， 它所實(shí)現(xiàn)的就是 PWM 電壓幅值的轉(zhuǎn)換；比如說(shuō)恒流源電路，它實(shí)現(xiàn)的就是電壓 →電流的轉(zhuǎn)換；BUCK、LDO 實(shí)現(xiàn)的是直流電壓源幅值的轉(zhuǎn)換，等等。同樣的， 在電路設(shè)計(jì)中也經(jīng)常會(huì)需要對(duì)電壓→ 頻率的轉(zhuǎn)換，或者簡(jiǎn)稱 VF 轉(zhuǎn)換

下面介紹一種比較實(shí)用且相對(duì)簡(jiǎn)單的 VF 三角波發(fā)生電路

我們看上面這個(gè)電路，由 1 個(gè)比較器+5 個(gè)電阻+1 個(gè)電容構(gòu)成了一個(gè) VF 轉(zhuǎn)換 電路，C 點(diǎn)輸出的是三角波。它的大致工作原理是：

當(dāng)比較器輸出高電平時(shí)，此時(shí)電路可以等效為下面左邊這個(gè)電路；2、當(dāng)比 較器輸出低電平時(shí)，電路可以等效為下面右邊這個(gè)電路

對(duì)于 A 點(diǎn)來(lái)說(shuō)，它就會(huì)有 2 個(gè)不同節(jié)點(diǎn)電壓，這 2 個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓對(duì)應(yīng)的 就是比較器正輸入端的 2 個(gè)不同的電位 V1、V2。其實(shí)從上面 2 個(gè)電路圖中可以 看出來(lái)，左邊的 B 點(diǎn)電位高，所以對(duì)應(yīng)的 A 點(diǎn)電位就是高電位 V1；右邊的 B 電 電位低，所以對(duì)應(yīng)的 A 電電位就是低電平 V2

假設(shè)當(dāng)比較器輸出高電平時(shí)，此時(shí)對(duì)應(yīng)了 A 點(diǎn)電位是 V1，那么，5V 電源通 過(guò)上拉電阻和 R4 對(duì)電容 C1 進(jìn)行充電

這里可以假設(shè) 5V 電源剛剛上電時(shí)刻，A 點(diǎn)作為比較器的正輸入端對(duì)應(yīng)了一 個(gè)分壓值，而負(fù)輸入端由于在剛剛上電時(shí)刻，電容壓降為 0V，所以 V+>V-，此時(shí) 比較器輸出的就是高電平。那么剛剛對(duì)應(yīng)的 A 點(diǎn)分壓值就是 V1 高電位（或者稱 之為高閾值）。當(dāng)比較器輸出高電平的同時(shí)，5V 電源給 C1 進(jìn)行充電，從 0V 開(kāi) 始不斷上升，當(dāng)上升到 V1 時(shí)，V- > V+(也就是 V1)，比較器輸出低電平

當(dāng)比較器輸出低電平時(shí)，此時(shí) A 點(diǎn)電位對(duì)應(yīng)的就是 V2 低電壓（或者稱之為 低閾值），同時(shí)電容通過(guò) R4 電阻對(duì)地進(jìn)行放電。當(dāng)電容上的電壓從 V1 放到了 V2 時(shí)，V+ > V-，比較器又會(huì)輸出高電平。如此往復(fù)，電容 C 就不斷的通過(guò)充放 電來(lái)實(shí)現(xiàn)三角波輸出

三角波如何產(chǎn)生的：

接下拉再來(lái)一起看一個(gè)電路模型，來(lái)研究一下電容充放電波形，看看它和三 角波是什么關(guān)系？

上面這個(gè)電路是電容充放電的一個(gè)等效模型圖。當(dāng)開(kāi)關(guān)撥到左邊時(shí)，此時(shí) 5V 電源通過(guò) Rc 電阻對(duì)電容進(jìn)行充電。假設(shè)電容初始電壓為 0V，那么它的充電曲線就是圖中所示，整體是一個(gè)非線性模型，如果用公式表示的話，應(yīng)該是這樣 的：

如果電容從 0V 充到電源電壓的話，其實(shí)就是一個(gè)非線性的指數(shù)函數(shù)關(guān)系

當(dāng)電容充滿電開(kāi)關(guān)撥到右邊時(shí)，此時(shí)電容上的電壓就會(huì)通過(guò) Rf 電阻進(jìn)行放電

放電曲線就是上面這樣的波形

觀察充放電波形可以發(fā)現(xiàn)，在充電時(shí)的電容電壓快接近電源電壓時(shí)，曲線很 平緩；在放電時(shí)的電容電壓快接近 0V 時(shí)，曲線也很平緩。如果把它們結(jié)合在一 起就是這樣子的充放電波形

很明顯，電容的充放電波形，并不是一個(gè)三角波。而我們所需要的三角波應(yīng) 該是類似于下面這樣的波形

應(yīng)該怎么讓電容上的充放電波形，更加接近三角波呢？其實(shí)要這么來(lái) 做，在充電時(shí)，舍棄上面那段平緩的充電區(qū)域；同樣的，在放電時(shí)，舍棄下面那 段平緩的放電區(qū)域

也就是說(shuō)，我們不讓電容充滿電，比如充到 2.8V 就停止充；也不讓電容放 完電，比如放到 1.2V 就停止放，那么取中間的近似線性的部分，就接近一個(gè)三 角波了。如下圖所示：

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