矩形波发生器电路设计方案汇总（六款模拟电路设计原理图详解）

矩形波发生器电路设计方案（一）

TL082构成的简单的矩形波发生电路

如图所示为简单的矩形波发生电路。该电路为矩形波和方波发生电路，波形的高低电平时间可独立设定，振荡频率由高低电平时间共同确定。电路中用二极管对决定电容C充放电时间的电阻进行切换，用可变电阻R1和R2调整矩形波高低电平时间。电阻网络RA作为运放的反馈电路和电容C的充放电电路。

由运放输出的电压经56kΩ和47kΩ电阻分压作为基准电压与电容C上电压进行比较而产生振荡。若用可变电阻RA（图b）代替图（a）中的电阻网络RA，电路成为方波产生电路，并且振荡频率可由RA进行改变。若用二极管和可变电阻RA（图c）代替图（a）中的电阻网络RA，电路成为矩形波产生电路。由于充电和放电电阻之和恒定，故电路振荡频率也恒定，可变电阻RA仅用来改变波形的占空比。

矩形波发生器电路设计方案（二）

矩形波发生器电路有多种方案，本设计以运算放大器为核心，由矩形波振荡电路、幅值调节电路两部分组成。电路设计方案和元器件选择的原则是：工作稳定可靠、结构简单合理、安装调试方便、性能参数达标。

矩形波振荡电路

矩形波振荡电路（又称多谐振荡器）由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。滞回比较器起开关作用，RC电路的作用是产生暂态过程。RC回路既是延迟环节，亦是反馈网络，通过RC充、放电过程实现输出状态的自动转换。在运放的输出端引入限流电阻和两个背靠背的稳压管就组成了如图1所示的双向限幅矩形波发生器。

假设接通电源时，电容C两端电压uc=O，输出电压uo=+Uz，则运放同相输入端电压up=+UT，二极管VD2导通，VD1截止，uo通过电阻R3和R6给电容C充电，忽略二极管的动态电阻，充电时间常数近似为（R3+R6）C，使运放反相输入端电压uN由0逐渐上升，在uNup时，uo=-Uz保持不变。当uN≤up时，uo又从-Uz跃变为+Uz，电容C又开始充电，运放输出状态再次翻转。如此周而复始，电路产生了自激振荡，输出端输出矩形波信号。

通常将矩形波输出高电平的持续时间与振荡周期的比定义为占空比。图1所示电路利用二极管的单向导电性使电容充、放电的通路不同，从而使它们的时间常数不同，实现了输出电压占空比的调节。

图1矩形波发生器的输出电压幅值等于稳压管的稳压值，电路输出电压正、负幅度对称。

由上述分析可知，调节电位器R5或R6可改变矩形波发生器的振荡频率及占空比。如果在图1中电容C处通过一只多路开关投入不同数值的电容，则可实现输出信号的频段控制。

在低频范围（如10Hz～1OkHz）以内，对于固定频率来说，图1所示电路是一种较好的振荡电路。当振荡频率较高时，为了获得前后边沿较陡的矩形波，宜选择转换速率较高的运放。

幅值调节电路

图1中稳压管双向限幅电路结构简单，选用不同稳压值的稳压管可改变输出电压，但限幅特性受稳压管参数影响大，而且输出限幅电压完全取决于稳压管的稳压值，采用这种方法对输出电压进行调整很不方便也很不实用。

为了实现对矩形波发生器输出电压幅值的精确调节，同时提高电路带负载的能力，可在图1电路输出端uo处并联一只可调电位器将输出电压进行取样，并将取样电压接至由运放和电阻网络组成的同相放大电路，通过改变取样电阻值即可精确调节矩形波输出电压的幅值，即构成了占空比、频率及幅值可调的矩形波信号发生器。

形波信号发生器电路仿真

矩形波发生器电路设计方案（三）

50Hz矩形波发生器电路图

下图所示的是一个把正弦波电压变换为矩形波的施密特整形电路。经变压器降压后的正弦波电压直接加在VT1的基极。在交流电的正半周内，二极管VD导通，VT1的基极电位为正，所以VT1截止，VT2导通。在交流电的负半周内，VT1基极电位为负，VT1导通，VT2截止，从VT2的集电极可得到5OHz矩形波输出。

图　50Hz矩形波发生器电路

矩形波发生器电路设计方案（四）

具有可变脉宽的矩形波发生器电路图

在电路中利用转换开关S可以改变输出脉冲的频率范围（20HZ~20KHZ）。电位器RPl、rp2不仅用于改变频率，也可用于改变脉宽。如果RP1和RP2同时改变，则仅改变频率，脉宽近似保持不变。如果仅改变一个电位器，则可形成不对称的正或负的矩形波信号。图（b）示出一个典型波形。

如果图（a）中A、B、C中间的电路用图（c）电路代替，则用RP1可以改变占空比，用RP2改变频率。这里RP1选择大于1MΩ，RP2选择1MΩ，则在低频下能得到正和负的尖脉输出。

矩形波发生器电路设计方案（五）

下图中电路充电时常数为R21*C，输出为高电平，放电时常数为R22*C，输出为低电平，通过调节R21，R22的比值可以控制占空比，通过调节R与C的乘积可以控制频率。二极管导通电压为1V，故可产生500HZ，占空比10%，电压幅度为TTL电平的矩形波。

矩形波发生器电路设计方案（六）

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。

电路组成：如图所示为矩形波发生电路，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。电压传输特性如图所示。

工作原理：

★设某一时刻输出电压uO=+UZ，则同相输入端电位uP=+UT。uO通过R3对电容C正向充电，如图中箭头所示。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；

★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放电，如图中箭头所示。

★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；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。

占空比可调电路

占空比的改变方法：使电容的正向和反向充电时间常数不同。利用二极管的单向导电性可以引导电流流经不同的通路，占空比可调的矩形波发生电路如图（a）所示，电容上电压和输出电压波形如图（b）所法。

电路工作原理：