矩形波发生器的实现8页

青 岛 科 技 大 学 本 科 课 程 设 计 报 告

题 目 __________________________________

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______年 ___月 ___日

矩形波发生器的实现 靳庆庆 1108030204 信息科学技术 电子信息工程 11级2 2019 1 12

矩形波发生器的实现

1 概述

1.1矩形波发生电路在测量、自动控制、通讯、无线电广播和遥控等许多技术

领域中有着广泛的应用，甚至在收音机、电视机和电子表等日常生活用品中也离不开它。总之矩形波发生电路广泛地用于工业生产、科学实验和日常生活等各个领域中。

2设计内容

2.1设计任务：用一个集成运放组成一个滞回比较器和一个RC 充放电回路构

成一个矩形波

发生器。

2.2.设计要求：（1）、进行电路参数分析计算；

（2）、设计电路；

（3）、焊接，组装、调试硬件，测试结果；

（4）、撰写实验报告，要求有电路图、原理说明、电路所需元件清

单、

电路参数计算、元件选择、测试结果分析等。

2.3电路组成及工作原理：

矩形波发生电路实际上是由一个滞回比较器和一个 RC 充放电回路组成。其中，集成运放和电阻 R1 和 R2 组成滞回比较器，电阻 R 和电容 C 构成充放电回路，稳压管和电阻 R3 的作用是钳位，将滞回比较器的电压限制在稳压管的稳定电压±UZ。在矩形波发生电路中，如图 1 所示电位器 Rw 和二极管 D1、D2 的作用是将电容充电和放电的回路分开，并调节充电和放电两个时间常数的比。矩形波发生电路没有稳态，它有两个暂态，一个是低电平，另一个是高电平。要想达到这种效果可采用滞回比较器，同时利用 RC 充放电回路来改变集成运放反向输入端的输入电压即 u-=uc。当电容上的电压上升到 u-=u+时，滞回比较器的输出端将发生跳变，由高电平跳变成低电平。当电容上的电压下降到 u-=u+时，滞回比较器的输出端将再次发生跳变，由低电平跳变成高电平。以后又重复上述过程。如此电容反复地进行充电和放电，滞回比较器的输出端反复地在高电平和低电平之间跳变，于是产生了正负交替的矩形波。因此，在选择矩形波发生电路时，采用滞回比较器和 RC 充放电回路来构成矩形波发生器。

2.4设计方案选择论证及参数计算：矩形波发生器的电路实际上由一个滞回比较

器和一个RC充放电回路组成。其中集成运放和电阻组成滞回比较器，电阻和电容构成充放电回路，稳压管和电阻的作用是钳位，将滞回比较器的输出电压限制在稳压管的稳定电压值。如果要求矩形波的占空比能够根据需要进行调节，则可以通过改变电路中充电和放电的时间常数来实现。

2.4.1.设计方案图：设计方案的整体框图如图所示

2.4.2.单元电路设计：（1）RC充放电回路的设计RC充放电回路如图2所示。

设C=0.01μF,R=20K；

2.4.3滞回比较器电路的设计电路如图3所示

因为

将1式带入上式得

故

2.4.4占空比可调的矩形波发生电路的设计

如果要求矩形波的占空比能够根据需要进行调节，则可以通过改变电路中充电和放电的时间常数来实现，如图4所示

当忽略二极管VD1、VD2的导通电阻时，可求得电容充电和放电的时间分别为

输出波形的震荡周期为：

矩形波的占空比为：

按设计要求占空比：0.2～0.8连续可调，则

R/(2R+Rw)=0.2; (R+Rw)/(2R+Rw)=0.8

2.5.原理图

完整原理图如图5所示

电容C两端的电压Uc以及输出电压Uo的波形如图6所示

图5占空比可调的矩形波发生器原理图

2.6元器件的选择

选择元器件只要清楚“需要什么”和“有什么”，问题就好解决了。所谓

“需要什么”是指根据具体问题的要求选择方案，需要什么样的元器件，即每个元器件各应具有哪些功能和什么样的性能指标；所谓“有什么”是指哪些元器件，哪些在市场上买得到，他们的性能如何、价格如何、体积多大等。众所周知，电子元器件的种类繁多，而且不断的出现新产品，这就需要用户经常关心元器件的新信息和新动向，多查阅资料。

①集成电路的选择

集成电路的广泛运用，不仅减少了电子设备的体积和成本，提高了可靠性，

使安装调试和维修变得比较简单，而且大大简化了电子电路的设计。但是，并不是采用集成电路就一定比采用分立元器件好。有时功能相当简单的电路，只要用一只二极管或三极管就能解决问题，若采用集成电路反而会使问题复杂化，而且增加成本。但在一般的情况下，应优先选用集成电路，必要时可画出两种电路进行比较。

集成电路的种类繁多，选用方法一般是“先粗后细”，即先根据主体方案考

虑应选用什么功能的集成电路，再进一步考虑它的具体性能，然后再根据价格等因素选用什么型号。选择的集成电路不仅要在功能和特性上实现设计方案，而且要满足功耗、电压、温度、价格等多方面的要求，而且应考虑封装方式。集成电路常见的封装方式有双列直插式、扁平式和直立式三种（其他封装形式还有：引线载体式、无引线载体式、锯齿双列式等十余种），一般尽可能选用双列直插式，因为这种封装易更换。选用集成电路时，还应尽量选择全国集成电路标准化委员会提出的优选集成电路系列中的产品。

②电阻器的选择

电阻器除阻值和功耗等参数以外，还应从以下几方面进行考虑：

掌握所设计电路对电阻器的特殊要求，所谓特殊要求是指对高频特性、过载

能力、精度、温度系数等方面的技术要求。

优先选用通用型电阻器，因为此类电路价格低、货源足。

根据电路的工作频率要求，选用相应的电阻器。各种电阻器由于他们的结构

与制造工艺不同，分布参数也不同。RX 型绕线电阻器的分布电容和分布电感较大，仅用于工作频率低于50KHz 的电路中；RH 型合成膜电阻器的RS 型有机实心

电阻器的工作频率在数十MHz 左右；RT 型碳膜电阻器的工作频率可达100MHz；