三角波没有检测到信号是什么原因(示波器检测不到波形)

之前我们利用了三角波加比较器的组合生成了PWM信号，然而三角波终究是通过梅林雀生成的，是“别人家的三角波”。那么如何在不借助外接仪器的条件下生成一个周期性的函数信号呢？

这次我们就来讲：自激式振荡器。

首先来说一下什么是自激。自激（Free-run），就是在没有外界输入的条件下可以产生输出信号。自激主要是利用正反馈自身的非稳态特点。那什么是非稳态？ 有一个出了名的例子：1940年美国华盛顿州有一座新建的Tacoma大桥，是一座钢索式斜拉桥，见下图。一阵风吹过后导致桥面起初发生了摆动，而这个摆动幅度不仅没有随着风力减弱而消失，反而幅度越来越大，最后桥面剧烈的扭动并导致连带钢索一起坍塌。现在都可以在网上找到视频，挺吓人的。

再举一个例子。在下面两张图中，假设小球处在左边的位置，那么它就处在一个正反馈的系统中，因为不论是往左或者往右任何一点点，小球都不可能回到原来的位置。因此正反馈系统是不稳定的，会把任何一个微小的变量不断放大。而假如小球在右侧，那么它就处于负反馈系统中，因为它最终总是会落到同一个位置。所以负反馈的系统会趋于稳定。

为了考验一下大家的理解，判断以下系统是负反馈还是正反馈：

说了这么多废话，现在我们来讲一下自激式振荡器的原理…

1. 工作原理

图1是一个自激三角波生成器，可以看到没有任何的输入信号。绿框部分是一个振荡器，它采用的是正反馈结构（把输出接回至正相输入），因此Va必然会在两个极值，也就是电源的最高电压Vcc和最低电压Vee之间跳转，绝对不可能稳稳地停留在中间的某一点。

图1

而黄色框中的电路是一个积分器，也就是说输出信号等于输入信号的积分。积分器是利用运放器的负反馈结构（把输出接回至反向输入）外加电容充放电特性，没有学过模电的同学只需要知道结论即可，希望了解详情的话可以在我们专门的模电实验系列课程中学习。总之，Vout的波形就是Vb的积分。

2. 电路设计

有了图1中电路的基本结构，我们还需要确定这其中各个元件的型号和值。首先我们给出整个电路的两个关键计算公式，分别用来计算幅值和频率：

有兴趣的同学可以自行推导，本文不做详解。Hint：一个关键的提示就是计算出Vb的电压表达式，要知道运放器的输入端电流可以认定为0，因此Vb实际上就是一个分压电路，而它刚好可以是Va和Vout之间的纽带，参考图2中的蓝线部分。

图2

另一点就是关于运放器的供电。首先，我们可以采用通用运放器，如LM358或者TL072等。给两个运放器供电时，我们需要对Vcc提供正电压，Vee提供负电压，而不论是正电源还是负电源，都是相对于电路中的“地”而言的。电路中的“地”是一个很抽象且很深奥的概念，为了避免初学电子的同学产生混淆，现阶段我们不做深入讨论，只需要按照实验设计走就可以。

3. 实验搭建

搭了几次运放器电路后相信我们对搭面包板电路已经比较熟悉了，所以本次我们只着重介绍一下正负电源与接地。

4. 延展话题

上面我们只是给出了该电路的计算公式，试自己求出推导过程。除此之外，根据输出地导出公式，我们只需要调节电路中电阻和电容的值就可以生成任意频率的信号。读者们可以测量一下实际搭建的电路，看看是否真的如理论那样。如果与理论不符，试想一些都是什么原因导致的。