矩形波的原理详解

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：

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。

假设某一时刻，输出电压uo为最大值Vcc(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)，uo通过电阻R为电容C充电，电容C的电压uC逐渐升高。在uC < Vref期间，输出电压始终为最大值。

一旦 uC>Vref，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-Vcc(在非正负电源供电时-Vcc为0V)。电容C通过电阻R进行放电，电压uC逐渐降低。只要uC < Vref，输出电压就会变为最大值，使电容C的电压uC再次升高。

可以看出，uC会在Vref附近振荡，输出电压不是最大值Vcc，就是最小值-Vcc，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。

分析滞回比较器，可知两个阈值电压：