使用运算放大器的弛豫振荡器电路图

  运算放大器是电子学不可或缺的一部分，我们之前了解了各种基于运算放大器的电路中的运算放大器，并且还使用运算放大器和其他电子元件 构建了许多振荡器电路。

  振荡器通常是指产生周期性和重复性输出的电路，如正弦波或方波。振荡器可以是机械或电子结构，根据几个变量产生振荡。之前我们不难发现了许多流行的振荡器，如RC 相移振荡器、Colpitts 振荡器、韦恩桥振荡器等。今天我们将学习弛豫振荡器。

  这里展示的机制是一个跷跷板，任何一个人都可能在他们的生活中经历过。木板根据两端群众所经历的重力来回移动。简单来说，跷跷板是“质量”的比较器，它比较放置在木板两端的物体的质量。因此，质量较大的物体会被夷为平地，而质量较小的物体会被提升到空中。

  在这个跷跷板设置中，我们将在一端有一个固定质量“M”，在另一端有一个空桶，如图所示。在这个初始状态，质量“M”将与地面保持水平，并且根据上述跷跷板原理，铲斗将悬挂在空中。

  现在，如果打开放置在空桶上方的水龙头，则水开始填充空桶，从而增加整个装置的质量。

  一旦铲斗完全装满，铲斗一侧的整个质量将超过另一端的固定质量“M”。因此，木板沿轴线移动，从而将质量“M”空运起来，并使水桶接地。

  一旦水桶撞到地面，水桶中的水就会完全溢出，如图所示。溢出后，与固定质量“M”相比，铲斗侧的总质量将再次变小。因此，木板再次沿轴线移动，从而将桶再次移至空中以进行另一次填充。

  这个填充和溢出的循环一直上升，直到水源出现来填充桶。并且由于这个循环，木板以周期性的间隔沿轴移动，由此产生振荡输出。

  如果我们为上述跷跷板机制画出等效电路，我们将得到如下图所示的弛豫振荡器电路：

  水桶完全装满后，水桶一侧的整个质量将超过另一端放置的固定质量“M”。若发生这种情况，木板就会将其位置转移到一个更妥协的地方。

  在水完全溢出后，与固定质量“M”相比，桶侧的总质量将再次变小。因此轴将再次移动到其初始位置。

  在前一次驱散之后，桶再次装满水，这个循环永远持续下去，直到有水从水龙头流出。

  如果我们大家都认为比较器的输出为高电平，那么在此期间电容器将充电。随着电容器的充电，其端电压会逐渐升高，如图所示。

  一旦电容器端电压达到阈值，比较器输出将从高电平变为低电平，如图所示。当比较器输出变为负时，电容器开始放电至零。由于负输出电压的存在，电容器完全放电后，它会再次充电，但方向相反。正如您在图中看到的，由于负输出电压，电容器电压也向负方向上升。

  一旦电容器在负方向充电到最大值，比较器就会将输出从负切换到正。一旦输出切换到正循环，电容器在负路径中放电并在正路径中积累电荷，如图所示。

  因此，正负路径中的电容器充电和放电周期触发比较器在输出端产生方波信号，如上图所示。

  显然，振荡频率取决于电路中 C1 和 R3 的时间常数。较高的 C1 和 R3 值将导致较长的充电和放电速率，由此产生较低频率的振荡。同样，较小的值将产生较高频率的振荡。

  这里 R1 和 R2 在确定输出波形的频率方面也起着关键作用。这是因为它们控制 C1 要充电的电压阈值。例如，如果阈值设置为 5V，则 C1 只需分别充放电至 5V 和 -5V。另一方面，如果阈值设置为10V，则需要C1充放电至10V和-10V。

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