矩形波信号发生电路设计思路

1.电路的组成

矩形波信号发生电路可产生矩形波信号输出。在滞回电压比较器的分析中已知，将周期信号输入滞回电压比较器，在输出端就可得到矩形波信号的输出。由此可得，利用滞回电压比较器即可组成矩形波信号发生器，矩形波信号发生器的电路组成如图9-33所示。

图9-33 矩形波信号发生器

由图9-33可见，将滞回电压比较器的输出信号通过RC电路反馈到输入端，即可以组成矩形波信号发生器。电路中的电阻R和电容C组成积分电路，将滞回电压比较器输出的矩形波信号，转换成三角波信号输入滞回电压比较器的输入端，驱动滞回电压比较器产生矩形波信号输出。该电路正常工作时，u_c和u_o的工作波形如图9-34所示。

图9-34 矩形波信号发生器工作波形图

该电路的工作原理是：设接通电源瞬间电路的输出电压为+U_z，此时滞回电压比较器的门限电压为U_TH2，输出信号经电阻R对电容C充电，充电信号的波形u_c（t）如图9-34a所示。当该电压上升到U_TH2时，电路的输出电压变为-U_z，门限电压也随着变为U_TH1，电容C经电阻R放电，放电信号的波形如图9-34b所示。当该电压下降到U_TH1时，输出电压又回到+U_z，电容又开始充电的过程，周而复始输出矩形波信号。

因该电路电容充、放电的时间常数τ=RC相等，即输出信号处在高电平和低电平的时间相等，所以该电路又称为方波信号发生器。方波信号发生器工作波形仿真测试的结果如图9-35所示。

图9-35 方波信号发生器工作波形仿真测试的结果

图9-35中示波器屏幕上的波形清晰地显示出，积分电路输出的三角波信号输入方波信号发生器的反相输入端，该信号经滞回电压比较器整形变换后输出为方波信号。

2.振荡频率

设电容器从U_TH1开始充电的瞬间为t=0，电容在充电的过程中，若输出电压保持不变，电容器的最终电压为+U_z，根据这些特点可得电容充电过程的三要素为

根据三要素公式可得电容上的电压随时间变化的关系式为

(www.xing528.com)

因滞回电压比较器的门限电压为

电容器的电压从U_TH1充到U_TH2所需的时间t_W为

因电容器充、放电的时间相等，所以振荡的周期T为

改变R₁、R₂、R和C的参数，即可改变输出信号的频率，但不能改变输出信号的占空比q。要改变输出信号的占空比，必须改变充、放电电路的时间常数，利用二极管的单向导电性，即可实现改变充、放电电路时间常数的目的，组成占空比可调的矩形波信号发生器。占空比可调的矩形波信号发生器电路如图9-36所示。

图9-36中的电位器R_P用来调节输出信号的占空比。二极管VD₁和VD₂的作用是改变充、放电电路的时间常数，实现占空比变化的目的。

该电路的工作原理是：当输出信号为+U_z时，二极管VD₁通、VD₂断，输出信号经电位器R_P的上半部，二极管VD₁和电阻R对电容C充电；当输出信号为-U_z时，二极管VD₂通、VD₁断，电容C经电阻R、二极管VD₂和电位器R_P的下半部放电。

因电容C充、放电的电路不相同，所以电容C充、放电的时间常数也不相同，输出信号的占空比将发生变化。该电路的工作波形图如图9-37所示。

图9-36 占空比可调的电路

图9-37 工作波形图