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矩形波发生电路
接线图
2023年07月21日 22:49 170
admin
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，就要求输出的两种状态自动地相互装换，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，所以输出电路中要有延时环节来确定每种状态维持的时间。图1所示矩形波发生电路，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。
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| 图1(a) 矩形波发生电路 | 图1(b) 电压传输特性 |
图1中滞回比较器的输出电压uo=±UZ，阀值电压为
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(1) |
因而电压传输特性如图1(b)所示。
设某一时刻输出电压uo=±UZ，则同相输入端电位uo=±UT。uo通过R3对电容C正向充电，如图中虚箭头所示。反相输入端电位un随时间t增长而逐渐升高，当t趋近于无穷时，un趋于+UZ；但是，一旦un=+UT，再稍增大，uo就从+UZ跃变为-UZ，与此同时up从+UT跃变为-UT。随后，uo又通过R3对电容C反向充电，或者说放电，如图中实线箭头所示。反相输入端电位un随时间t增长而逐渐降低，当t趋近于无穷时，un趋于-UZ；但是，一旦un=-UT，再稍减小，uo就从-UZ跃变为+UZ，与此同时up从-UT跃变为+UT，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。
2、波形分析及主要参数
由于图1(a)所示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uo=+UZ的时间与uo=-UZ的时间相等，uo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 （集成运放反相输入端电位 ）和电路输出电压波形如图2所示。矩形波的宽度TK与周期T之比称为占空比，因此uo是占空比为1/2的矩形波。
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| 图2 方波发生电路的波形图 |
根据上述电压波形可知，在1/2周期内，电容充电的起始值为-UT，终了值为+UT，时间常数为R3C，时间t趋于无穷时，uc趋于+UZ，利用一阶RC电路的三要素法可列出方程：
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(2) |
将式（1）代入上式，即可求出振荡周期为
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(3) |
振荡频率：f=1/T。
通过以上分析可知，调整电压比较器的电路参数R1、R2及UZ。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。
3、占空比可调电路
通过对方波发生电路电路的分析，可以想象，欲改变输出电压的占空比，就必须使电容正向和反向充电的时间常数不同，即两个充电回路的参数不同；利用二极管的单向导电性可以引导电流流经不同的通道，占空比可调的矩形波发生电路如图3(a)所示，电容上电压和输出电压波形如图3(b)所示。
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| 图3(a) 电路图 | 图3(b) 波形分析 |
当uo=+UZ时，uo通过RW1、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：
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(4) |
当uo=-UZ时，uo通过RW2、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：
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利用一阶RC电路的三要素法可列出方程：
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