矩形波發(fā)生器電路設計方案（一）

TL082構(gòu)成的簡單的矩形波發(fā)生電路

如圖所示為簡單的矩形波發(fā)生電路。該電路為矩形波和方波發(fā)生電路，波形的高低電平時間可獨立設定，振蕩頻率由高低電平時間共同確定。電路中用二極管對決定電容C充放電時間的電阻進行切換，用可變電阻R1和R2調(diào)整矩形波高低電平時間。電阻網(wǎng)絡RA作為運放的反饋電路和電容C的充放電電路。

由運放輸出的電壓經(jīng)56kΩ和47kΩ電阻分壓作為基準電壓與電容C上電壓進行比較而產(chǎn)生振蕩。若用可變電阻RA（圖b）代替圖（a）中的電阻網(wǎng)絡RA，電路成為方波產(chǎn)生電路，并且振蕩頻率可由RA進行改變。若用二極管和可變電阻RA（圖c）代替圖（a）中的電阻網(wǎng)絡RA，電路成為矩形波產(chǎn)生電路。由于充電和放電電阻之和恒定，故電路振蕩頻率也恒定，可變電阻RA僅用來改變波形的占空比。

矩形波發(fā)生器電路設計方案（二）

矩形波發(fā)生器電路有多種方案，本設計以運算放大器為核心，由矩形波振蕩電路、幅值調(diào)節(jié)電路兩部分組成。電路設計方案和元器件選擇的原則是：工作穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡單合理、安裝調(diào)試方便、性能參數(shù)達標。

矩形波振蕩電路

矩形波振蕩電路（又稱多諧振蕩器）由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。滯回比較器起開關(guān)作用，RC電路的作用是產(chǎn)生暫態(tài)過程。RC回路既是延遲環(huán)節(jié)，亦是反饋網(wǎng)絡，通過RC充、放電過程實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。在運放的輸出端引入限流電阻和兩個背靠背的穩(wěn)壓管就組成了如圖1所示的雙向限幅矩形波發(fā)生器。

假設接通電源時，電容C兩端電壓uc=O，輸出電壓uo=+Uz，則運放同相輸入端電壓up=+UT，二極管VD2導通，VD1截止，uo通過電阻R3和R6給電容C充電，忽略二極管的動態(tài)電阻，充電時間常數(shù)近似為（R3+R6）C，使運放反相輸入端電壓uN由0逐漸上升，在uNup時，uo=-Uz保持不變。當uN≤up時，uo又從-Uz躍變?yōu)?Uz，電容C又開始充電，運放輸出狀態(tài)再次翻轉(zhuǎn)。如此周而復始，電路產(chǎn)生了自激振蕩，輸出端輸出矩形波信號。

通常將矩形波輸出高電平的持續(xù)時間與振蕩周期的比定義為占空比。圖1所示電路利用二極管的單向?qū)щ娦允闺娙莩?、放電的通路不同，從而使它們的時間常數(shù)不同，實現(xiàn)了輸出電壓占空比的調(diào)節(jié)。

圖1矩形波發(fā)生器的輸出電壓幅值等于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值，電路輸出電壓正、負幅度對稱。

由上述分析可知，調(diào)節(jié)電位器R5或R6可改變矩形波發(fā)生器的振蕩頻率及占空比。如果在圖1中電容C處通過一只多路開關(guān)投入不同數(shù)值的電容，則可實現(xiàn)輸出信號的頻段控制。

在低頻范圍（如10Hz～1OkHz）以內(nèi)，對于固定頻率來說，圖1所示電路是一種較好的振蕩電路。當振蕩頻率較高時，為了獲得前后邊沿較陡的矩形波，宜選擇轉(zhuǎn)換速率較高的運放。

幅值調(diào)節(jié)電路

圖1中穩(wěn)壓管雙向限幅電路結(jié)構(gòu)簡單，選用不同穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管可改變輸出電壓，但限幅特性受穩(wěn)壓管參數(shù)影響大，而且輸出限幅電壓完全取決于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值，采用這種方法對輸出電壓進行調(diào)整很不方便也很不實用。

為了實現(xiàn)對矩形波發(fā)生器輸出電壓幅值的精確調(diào)節(jié)，同時提高電路帶負載的能力，可在圖1電路輸出端uo處并聯(lián)一只可調(diào)電位器將輸出電壓進行取樣，并將取樣電壓接至由運放和電阻網(wǎng)絡組成的同相放大電路，通過改變?nèi)与娮柚导纯删_調(diào)節(jié)矩形波輸出電壓的幅值，即構(gòu)成了占空比、頻率及幅值可調(diào)的矩形波信號發(fā)生器。

形波信號發(fā)生器電路仿真

矩形波發(fā)生器電路設計方案（三）

50Hz矩形波發(fā)生器電路圖

下圖所示的是一個把正弦波電壓變換為矩形波的施密特整形電路。經(jīng)變壓器降壓后的正弦波電壓直接加在VT1的基極。在交流電的正半周內(nèi)，二極管VD導通，VT1的基極電位為正，所以VT1截止，VT2導通。在交流電的負半周內(nèi)，VT1基極電位為負，VT1導通，VT2截止，從VT2的集電極可得到5OHz矩形波輸出。

圖　50Hz矩形波發(fā)生器電路

矩形波發(fā)生器電路設計方案（四）

具有可變脈寬的矩形波發(fā)生器電路圖

在電路中利用轉(zhuǎn)換開關(guān)S可以改變輸出脈沖的頻率范圍（20HZ~20KHZ）。電位器RPl、rp2不僅用于改變頻率，也可用于改變脈寬。如果RP1和RP2同時改變，則僅改變頻率，脈寬近似保持不變。如果僅改變一個電位器，則可形成不對稱的正或負的矩形波信號。圖（b）示出一個典型波形。

如果圖（a）中A、B、C中間的電路用圖（c）電路代替，則用RP1可以改變占空比，用RP2改變頻率。這里RP1選擇大于1MΩ，RP2選擇1MΩ，則在低頻下能得到正和負的尖脈輸出。

矩形波發(fā)生器電路設計方案（五）

下圖中電路充電時常數(shù)為R21*C，輸出為高電平，放電時常數(shù)為R22*C，輸出為低電平，通過調(diào)節(jié)R21，R22的比值可以控制占空比，通過調(diào)節(jié)R與C的乘積可以控制頻率。二極管導通電壓為1V，故可產(chǎn)生500HZ，占空比10%，電壓幅度為TTL電平的矩形波。

矩形波發(fā)生器電路設計方案（六）

電路組成及工作原理

因為矩形波電壓只有兩種狀態(tài)，不是高電平，就是低電平，所以電壓比較器是它的重要組成部分；因為產(chǎn)生振蕩，就是要求輸出的兩種狀態(tài)自動地相互轉(zhuǎn)換，所以電路中必須引入反饋；因為輸出狀態(tài)應按一定的時間間隔交替變化，即產(chǎn)生周期性變化，所以電路中要有延遲環(huán)節(jié)來確定每種狀態(tài)維持的時間。

電路組成：如圖所示為矩形波發(fā)生電路，它由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡，通過RC充、放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。電壓傳輸特性如圖所示。

工作原理：

★設某一時刻輸出電壓uO=+UZ，則同相輸入端電位uP=+UT。uO通過R3對電容C正向充電，如圖中箭頭所示。反相輸入端電位uN隨時間t增長而逐漸升高，當t趨近于無窮時，uN趨于+UZ；

★一旦uN=+UT，再稍增大，uO就從+UZ躍變?yōu)?UZ，與此同時uP從+UT躍變?yōu)?UT。隨后，uO又通過R3對電容C放電，如圖中箭頭所示。

★反相輸入端電位uN隨時間t增長而逐漸降低，當t趨近于無窮時，uN趨于-UZ；一旦uN=-UT，再稍減小，uO就從-UZ躍變?yōu)?UZ，與此同時，uP從-UT躍變?yōu)?UT，電容又開始正向充電。

上述過程周而復始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。

占空比可調(diào)電路

占空比的改變方法：使電容的正向和反向充電時間常數(shù)不同。利用二極管的單向?qū)щ娦钥梢砸龑?a href="http://hljzzgx.com/tags/電流/" target="_blank">電流流經(jīng)不同的通路，占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路如圖（a）所示，電容上電壓和輸出電壓波形如圖（b）所法。

電路工作原理：