电子设计教程34：RC方波与三角波信号源

偏执的太偏执、 2023-07-15 02:52 93阅读 0赞

### 产生矩形波的原理 ###

电流或电压的波形为矩形的信号，叫做矩形波。理想的矩形波只有“高”和“低”两个值。高电平在一个波形周期内占有的时间比值称为占空比，占空比为50%的矩形波称之为方波。矩形波是其它非正弦波发生电路的基础。例如，方波加在积分电路的输入端，输出就获得三角波。  
  矩形波只有两种状态，不是高电平，就是低电平，正好与电压比较器的输出状态对应。如果可以使用电压周期性变化的信号源，无论这个信号源是正弦波、三角波还是别的，只要通过一个电压比较器，使信号源与参考电压比较，就可以得到矩形波。下图是正弦输入+电压比较器电路仿真结果：  
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不过上述方案电路设计比较复杂，还需要一个外接的信号源。周期变化的信号源可由振荡电路得到，只要让电压比较器（此处用运放实现电压比较的功能）的输出，可以维持电路振荡即可。比如下图，输出端可以通过电阻为电容充电，电阻与电容构成RC振荡电路。电容接在反相输入端，电容上变化着的电压作为输入电压，参考电压Vref接在同相输入端。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2dlZWtfbW9ua2V5_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
  假设某一时刻，输出电压u\_o为最大值V\_cc（假设运放可以实现理想的轨至轨，最大输出电压可以达到电源电压），u\_o通过电阻R为电容C充电，电容C的电压u\_C逐渐升高。在u\_C<V\_ref期间，输出电压始终为最大值。  
  一旦 u\_C>V\_ref，运放的反相输入端电压大于同相输入端电压，运放输出最小值-V\_cc（在非正负电源供电时-V\_cc为0V）。电容C通过电阻R进行放电，电压u\_C逐渐降低。只要u\_C<V\_ref，输出电压就会变为最大值，使电容C的电压u\_C再次升高。  
  可以看出，u\_C会在V\_ref附近振荡，输出电压不是最大值V\_cc，就是最小值-V\_cc，理论上来讲波形是矩形波。电平切换速度取决于运放本身的速度，太快且不可控。因此需要增加延迟环节，此处使用滞回比较器。

### 矩形波发生电路 ###

在单限比较器中加入正反馈，可以做成滞回比较器。反相输入端接电容，电容与输出端有电阻控制充放电速度。这就是矩形波发生电路。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2dlZWtfbW9ua2V5_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
  析滞回比较器，可知两个阈值电压：  
![在这里插入图片描述][20200315102824491.png]  
![在这里插入图片描述][20200315102837936.png]

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