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(chēng)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(lèi)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(mén)組成，該邏輯門(mén)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(kāi)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(kāi)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(mén)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(chēng)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(mén)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(mén)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?？梢允褂酶玫腃MOS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(lèi)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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