方波可以定義為非正弦周期波形，可以表示為正弦波的無(wú)限總和。在相同的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，它在固定的最小值和最大值之間以規(guī)則頻率交替出現(xiàn)振幅。方波發(fā)生器通常用于電子設(shè)備和信號(hào)處理中，方波是矩形波的特例。方波發(fā)生器就像施密特觸發(fā)器電路一樣，其中比較器的參考電壓取決于輸出電壓。也被稱為不穩(wěn)定的多諧振蕩器。

一、方波發(fā)生器電路圖與波形說(shuō)明

方波發(fā)生器可以使用諸如TTL之類的施密特觸發(fā)器反相器來(lái)構(gòu)建。這是制作基本的不穩(wěn)定波形發(fā)生器的簡(jiǎn)單方法。在產(chǎn)生時(shí)鐘或定時(shí)信號(hào)時(shí)，該不穩(wěn)定的多諧振蕩器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)在HIGH和LOW之間切換的方波發(fā)生器波形。

眾所周知，施密特逆變器的輸出與其輸入相反或相反。通過(guò)提供遲滯，它可以在不同的電壓電平下改變狀態(tài)。它使用施密特觸發(fā)器動(dòng)作，隨著輸入電壓信號(hào)在上下閾值電平之間改變狀態(tài)，并在輸入端子附近增大和減小。在此，較高的閾值級(jí)別設(shè)置輸出，而較低的閾值級(jí)別重置輸出。

這個(gè)簡(jiǎn)單的方波發(fā)生器電路由單個(gè)TTL 74LS14施密特反相器邏輯門組成，該邏輯門的輸入端和地之間連接有一個(gè)電容器，反饋電阻提供了電路振蕩所需的正反饋。

假設(shè)電容器板上的電荷低于施密特的下閾值水平。因此，使反相器的輸入為邏輯零電平，從而產(chǎn)生邏輯一輸出電平。

二、方波發(fā)生器的工作原理

現(xiàn)在，電阻器連接到邏輯ONE電平的輸出，而電阻器的另一端連接到電容器的邏輯零電平?，F(xiàn)在，電容器開始通過(guò)電阻以正方向充電，其速率由組合的RC時(shí)間常數(shù)確定。

當(dāng)電容器兩端的電荷達(dá)到施密特觸發(fā)器的上限閾值電平時(shí)，施密特反相器的輸出從邏輯電平ONE迅速變?yōu)檫壿嬰娖搅銧顟B(tài)，流經(jīng)電阻的電流改變方向。

常數(shù)的整數(shù)表示“C”將是t的“C”倍，其中t是進(jìn)行積分的時(shí)間，這意味著正常數(shù)將給出正斜率，而負(fù)常數(shù)將積分到負(fù)斜率。通過(guò)將它們加在一起，我們得到一個(gè)三角波，然后得到我們的方波發(fā)生器，從三角波產(chǎn)生一個(gè)方波。

現(xiàn)在，這里的變化會(huì)導(dǎo)致最初通過(guò)電阻器充電的電容器開始通過(guò)同一電阻器自身放電，直到電容器板上的電荷達(dá)到較低的閾值水平。逆變器輸出再次切換狀態(tài)，只要存在電源電壓，該循環(huán)便會(huì)不斷重復(fù)自身。

在施密特逆變器的輸入上限和下限閾值電平之間的每個(gè)周期中，電容器會(huì)不斷對(duì)其自身進(jìn)行充電和放電，從而在逆變器輸出端產(chǎn)生邏輯電平ONE或邏輯電平ZERO。由于TTL反相器的輸入門特性，由于HIGH和LOW之間的標(biāo)記與空白之比分別為1to2，因此該波形不是對(duì)稱的，產(chǎn)生的占空比約為三分之一。

為了使電路振蕩，反饋電阻還必須保持低至1k以下，大約300 k左右是好的，并且可以通過(guò)改變電容器的值來(lái)改變頻率。在高頻電平下，由于TTL門的輸入特性受快速充電和放電的影響，輸出波形的形狀從方波形變?yōu)樘菪尾ㄐ?。如圖所示，給出了方波發(fā)生器的振蕩頻率。

三、波形和頻率范圍

電阻值介于100到1k之間，電容器值介于1到1000uf之間。這將使頻率范圍在1Hz到1MHz之間，高頻會(huì)產(chǎn)生方波發(fā)生器失真。標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯門的平均輸入和輸出特性以及輸出波形的失真和所需的低反饋電阻值，使其無(wú)法與方波發(fā)生器一起工作。這產(chǎn)生了用于低頻操作的大容量電容器。如果反饋電容器的值太小，振蕩器可能不會(huì)振蕩。可以使用更好的CMOS邏輯技術(shù)（如施密特逆變器）在最小到最大電源下工作來(lái)制造不穩(wěn)定的多諧振蕩器。

四、函數(shù)發(fā)生器的電路圖

函數(shù)發(fā)生器通常是一種電子設(shè)備，用于在很寬的頻率范圍內(nèi)生成不同類型的電波。這些可以是重復(fù)的，也可以是單發(fā)的，需要內(nèi)部或外部觸發(fā)源。它用于生成波形，也可以描述為函數(shù)發(fā)生器IC。盡管方波發(fā)生器同時(shí)覆蓋音頻和RF頻率，通常不適合需要低失真或穩(wěn)定頻率信號(hào)的應(yīng)用。當(dāng)需要這些特征時(shí)，另一個(gè)信號(hào)發(fā)生器會(huì)更合適。函數(shù)發(fā)生器是電子工程師必備的工具之一。這在產(chǎn)生音頻信號(hào)甚至在逆變器電路中非常有用。

對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)，它是負(fù)擔(dān)得起的，我們可以選擇各種方式來(lái)生成各種波形。它只需要一堆電阻和電容即可構(gòu)建整個(gè)電路。我們可以用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生方波，正弦波和三角波。

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