矩形波发生器分析与测试

摘   要：矩形波发生器由运算放大器和RC电路构成，通过改变电位器滑动触头的位置，可以改变RC电路的充放电时间常数，调整输出矩形波的占空比。判断矩形波发生器能否振荡的方法是判断反馈信号能否使比较器从一种状态跳变到另一种状态。采用Multisim软件对矩形波发生器进行虚拟仿真，可以直观地看到矩形波发生器能否振荡，以及波形失真情况和占空比的变化情况。

关键词：矩形波发生器  Multisim  计算机仿真

中图分类号：TV143                                 文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）02（a）-0121-02

矩形波发生器可以同时产生方波和三角波，当调节外部电路参数时，可以获得占空比可调的矩形波，因此广泛用于仪器仪表中。

1  矩形波发生器分析

启动Multisim，创建如图1所示电路。矩形波发生器由滞回比较电路和积分电路构成，滞回比较器起开关作用，通过开关的不断闭合来破坏稳态，积分电路起反馈延时作用，用来控制暂态过程时间。基准电压由正反馈网络产生，比较电压由RC积分电路产生。比较器输出状态的翻转，取决于积分电容C上的比较电压与相应基准电压的比较。

电源接通瞬间，设电容两端电压为零，电路输出为高电平，这时基准电压为。

此后，U0通过Rf对电容充电，电容两端电压uc按指数规律上升，当uc上升到略大于UT+時，比较器翻转，u0由高电平跳变到低电平，与此同时，基准电压变为    ;这时电容开始通过Rf放电，当电容两端电压降为零时，然后反向充电，uc按指数律下降，当uc下降到略小于UT-时，比较器再次翻转，U0又从低电平跳变到高电平。这样一直循环，电路产生一系列矩形波。

根据电容器充放电规律，得电容充放电时间计算公式为。RW2从中点触头分为从中点触头分为。由图1所示电路得电容充电时间为，放电时间为，矩形波占空比为。

调节电位器RW2，可以改变振荡频率，但三角波的幅值也随之变化;如要互不影响，则可通过改变RF（或CF）来实现振荡频率的调节;调节RW1可调节占空比。

2  矩形波发生器测试

（1）将10K电位器（RW2）调至中心位置，启动仿真开关，如图2所示，用双踪示波器观察U01及U02的波形。

（2）若U01波形的占空比不为50%，则调节RW1使占空比为50%，并描绘矩形波U02及三角波U01的波形，用电压表测量其幅值和用频率计测量其频率并记录之。

（3）改变RW2动点的位置，观察U01、U02幅值及频率变化情况。把动点调至最上端和最下端，测出频率范围并记录之。

通过上述分析可以看出，通过Multisim仿真软件不仅可以方便地对矩形波进行分析和测试，而且能提高实验效率，使实验更加方便灵活。

参考文献

[1] 余辉晴. 模拟电子技术教程（第3版）.电子工业出版社，2015：245-246.

[2] 张新喜. Multisim14电子系统仿真与设计.机械工业出版社，2017：259-260.

[3] 刘祖刚. 模拟电路分析与设计基础.机械工业出版社，2008：296-306.