方波发生器电路
课程设计任务书
阳大学
2 课程设计方案论证
2.1 整体电路设计
由集成运放构成的方波发生器，包括迟滞比较电路和RC积分电路两大部分。电路原理图如图（1）所示。
图（1）方波发生电路原理框图
因为方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，即RC 积分电路。
2.1 整体电路原理
因为方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切丁每种状态维持的时间。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。
方波发生电路图如图（2）所示，它由反相输入的滞回比较器和RC积分电路组成。其中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，而输出端引入的限流电阻Ｒｏ和两个背靠背的双向稳压管起到了双向限幅的
阳大学
课程设计说明书N O.3
阳大学
作用。
图（2）方波发生电路图图（3）滞回比较曲线
2.3 工作原理
设某一时刻输出电压uO=+UZ，则同相输入端电位uc=+UT。uO通过R对电容C正向充电。反相输入端电位uc随时间t增长而逐渐升高，当t趋近于无穷时，uc趋于+UZ；一旦uc=+UT，再稍增大，uO就从+UZ跃变为-UZ，与此同时uc从+UT跃变为-UT。随后，uO又通过R对电容C放电。反相输入端电位uc随时间t增长而逐渐降低，当t趋近于无穷时，uc趋于-UZ；一旦uc=-UT，再稍减小，uO就从-UZ跃变为+UZ，与此同时，uc从-UT跃变为+UT，电容又开始反向充电。而上述过程周而复始，电路产生了输出状态的自动转换，便输出方波。
2.4 波形分析及主要参数
由于电路电筒正向充电和反向充电的时间常数均为RC，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，所以也称为该电路为方波发生电路。电容上电压Uc（即集成运放反相输入端电位Un）和电路输出电压Uo波形如图（4)所示。
课程设计说明书 N O.4
阳 大 学
根据电容上电压波形可知，在1/2周期内，电容充电的起始值俄日-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
素法可列出方程上述电路输出状态发生跳变的临界条件为：U- = U+ 其中：
当输出U0为高电平时： 当输出U0为低电平时：
刚开始振荡建立时，由于电路中的电扰动，并 通过正反馈，使输出很快变为高电平或低电平。 振荡周期为： 图(4) 输出电压Uo 波形 而方波发生电路中电容正向充电与反向充电的时间常数均为RC ，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，即方波T1 = T2。 对T1由暂态过程公式：
对充电过程，t = ∞时： t = 0时： 即： 得：
则振荡频率：
可知，调整电压比较器的电路参数R1、R2和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。
τ
t
C C C C e U U U t u -
-∞-∞=)]0()([)()(O O FU U R R R U =+=+3
22
H
O H O FU U R R R U =+=+322
L O L O FU U R R R U -=+-
=+322
2
1T
T T +=Z oH C U U U ==∞）（Z OL C FU FU U -=-=+）
（0τ
t
Z Z Z C e
U FU U t u -
--+=][)()
21ln(211ln
223
21R R
RC F F T T +=-+==τ)21ln(2113
2
R R RC T
f +
=
=
课程设计说明书N O.5
表（1）直流稳压电源元件表
元件标注元件名称数量型号参数说明
R1 电阻 1 2kΩ
R2 电阻 1 2kΩ
R3 电阻 1 1kΩ
R 滑动变阻器电阻 1 2kΩ调节自激振荡电压频率
C1 可变电容 1 1uF
A 理想运放 1 OP07AH 放大
D1，D2 稳压管 2 ZDP3.0 稳幅
2.5 仿真分析方案选择
在输出端利用示波器观察波形，频率计测量频率。仿真分析电路如图（5）所示。
图（5）仿真原理图
阳大学