矩形波发生电路.doc

矩形波发生电路
1、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。
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
(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。
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:
(2)将式(1)代入上式,即可求出振荡周期为
(3)振荡频率:f=1/T。