矩形波的原理詳解

產(chǎn)生矩形波的原理

電流或電壓的波形為矩形的信號(hào)，叫做矩形波。理想的矩形波只有“高”和“低”兩個(gè)值。高電平在一個(gè)波形周期內(nèi)占有的時(shí)間比值稱為占空比，占空比為50%的矩形波稱之為方波。矩形波是其它非正弦波發(fā)生電路的基礎(chǔ)。例如，方波加在積分電路的輸入端，輸出就獲得三角波。

矩形波只有兩種狀態(tài)，不是高電平，就是低電平，正好與電壓比較器的輸出狀態(tài)對(duì)應(yīng)。如果可以使用電壓周期性變化的信號(hào)源，無(wú)論這個(gè)信號(hào)源是正弦波、三角波還是別的，只要通過(guò)一個(gè)電壓比較器，使信號(hào)源與參考電壓比較，就可以得到矩形波。下圖是正弦輸入+電壓比較器電路仿真結(jié)果：

不過(guò)上述方案電路設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，還需要一個(gè)外接的信號(hào)源。周期變化的信號(hào)源可由振蕩電路得到，只要讓電壓比較器(此處用運(yùn)放實(shí)現(xiàn)電壓比較的功能)的輸出，可以維持電路振蕩即可。比如下圖，輸出端可以通過(guò)電阻為電容充電，電阻與電容構(gòu)成RC振蕩電路。電容接在反相輸入端，電容上變化著的電壓作為輸入電壓，參考電壓Vref接在同相輸入端。

假設(shè)某一時(shí)刻，輸出電壓uo為最大值Vcc(假設(shè)運(yùn)放可以實(shí)現(xiàn)理想的軌至軌，最大輸出電壓可以達(dá)到電源電壓)，uo通過(guò)電阻R為電容C充電，電容C的電壓uC逐漸升高。在uC < Vref期間，輸出電壓始終為最大值。

一旦 uC>Vref，運(yùn)放的反相輸入端電壓大于同相輸入端電壓，運(yùn)放輸出最小值-Vcc(在非正負(fù)電源供電時(shí)-Vcc為0V)。電容C通過(guò)電阻R進(jìn)行放電，電壓uC逐漸降低。只要uC < Vref，輸出電壓就會(huì)變?yōu)樽畲笾担闺娙軨的電壓uC再次升高。

可以看出，uC會(huì)在Vref附近振蕩，輸出電壓不是最大值Vcc，就是最小值-Vcc，理論上來(lái)講波形是矩形波。電平切換速度取決于運(yùn)放本身的速度，太快且不可控。因此需要增加延遲環(huán)節(jié)，此處使用滯回比較器。

矩形波發(fā)生電路

在單限比較器中加入正反饋，可以做成滯回比較器。反相輸入端接電容，電容與輸出端有電阻控制充放電速度。這就是矩形波發(fā)生電路。

分析滯回比較器，可知兩個(gè)閾值電壓：