矩形波发生电路

一、电路组成及工作原理因为矩形波电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平，所以电压比较器是它的重要组成部分；因为产生振荡，就是要求输出的两种状态自动地相互转换，所以电路中必须引入反馈；因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。电路组成：如图所示为矩形波发生电路，它由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。电压传输特性如图所示。工作原理：★设某一时刻输出电压u_O=+U_Z，则同相输入端电位u_P=+U_T。u_O通过R₃对电容C正向充电，如图中箭头所示。反相输入端电位u_N随时间t增长而逐渐升高，当t趋近于无穷时，u_N趋于+U_Z；★一旦u_N=+U_T，再稍增大，u_O就从+U_Z跃变为-U_Z，与此同时u_P从+U_T跃变为-U_T。随后，u_O又通过R₃对电容C放电，如图中箭头所示。★反相输入端电位u_N随时间t增长而逐渐降低，当t趋近于无穷时，u_N趋于-U_Z；一旦u_N=-U_T，再稍减小，u_O就从-U_Z跃变为+U_Z，与此同时，u_P从-U_T跃变为+U_T，电容又开始正向充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。二、波形分析及主要参数由于矩形波发生电路中电容正向充电与反向充电的时间常数均为R₃C，而且充电的总幅值也相等，因而在一个周期内u_O=+U_Z的时间与u_O=-U_Z的时间相等，u_O为对称的方波，所以也称该电路为方波发生电路。电容上电压u_C和电路输出电压u_O波形如图所示。矩形波的宽度T_k与周期T之比称为占空比，因此u_O是占空比为1/2的矩形波。利用一阶RC电路的三要素法可列出方程，求出振荡周期 振荡频率f=1/T。调整电压比较器的电路参数R₁、R₂和U_Z可以改变方波发生电路的振荡幅值，调整电阻R₁、R₂、R₃和电容C的数值可以改变电路的振荡频率。三、占空比可调电路占空比的改变方法：使电容的正向和反向充电时间常数不同。利用二极管的单向导电性可以引导电流流经不同的通路，占空比可调的矩形波发生电路如图(a)所示，电容上电压和输出电压波形如图(b)所法。电路工作原理：★当u_O=+U_Z时，通过R_W1、D₁和R₃对电容C正向充电，若忽略二极管导通时的等效电阻，则时间常数 ★当u_O=-U_Z时，通过R_W2、D₂和R₃对电容C反向充电，若忽略二极管导通时的等效电阻，则时间常数 利用一阶RC电路的三要素法可以解出 结论：改变电位器的滑动端可改变占空比，但不能改变周期。