矩形波发生电路设计及原理

工程中矩形波信号有两种：一是输出电压处于高电平U_OH与低电平U_OL的时间相等，即波形占空比D=T₁/T=50%，称为方波；二是输出电压处于U_OH与U_OL的时间不等，即方波占空比D=T₁/T≠50%，称为矩形波。实际上，方波发生器是矩形波电路的特例。

1.方波发生电路组成

图9-23a是一种简单的方波发生电路，它由滞回电压比较器和RC延迟网络构成，图中R、C元件组成具有延迟作用的反馈网络，电容器C上的电压u_C就是反馈电压。

图9-23 方波发生电路

a）电路图 b）波形图

2.工作原理

接通电源时，设u_C（0）=0V，u_O（0）=U_Z，，电容C被充电，u_C按照指数规律上升，当u_C=u_-升至u₊时（t=t₁），u_O（t₁）=-U_Z，此时，电容C放电，u_C按指数规律下降，当u_C=u_-降至u₊时（t=t₂），u_O（t₂）=+U_Z，电路返回到开始时的状态，C又被充电，这样周而复始，形成方波信号输出。

根据以上分析，可以画出输出电压u_O的波形和电容C充电、放电时u_C的波形，如图9-23b所示。

3.方波周期的计算

利用电容器充放电的规律，可以计算方波的周期。设t₁为计时起点，则u_C（0）=u₊（0）=U_th1，u_C（）=-U_Z，时间常数=RC，运用一阶RC电路的三要素公式得

而

解得

电路的频率为(www.xing528.com)

若改变R、C或R₂/R₁之值，就可调整方波产生电路的振荡频率f。

图9-24 矩形波发生电路

a）电路图 b）波形图

4.矩形波发生电路

从以上分析显而易见，如果电容C的充电和放电时间常数不同，即T₁≠T₂，就构成了矩形波产生电路。图9-24a是一种矩形波产生电路，现对其进行分析如下：

电容C充电时，充电电流流过导引二极管VD₁和R，若忽略二极管导通压降，则充电时间为

电容C放电时，放电电流流经导引二极管VD₂和R′，忽略二极管导通压降，放电时间为

故占空比

图9-24b是这种矩形波产生电路的波形图。由式（9-26）可见，改变R′/R，就可以改变占空比。