矩形波产生电路

波形发生器的设计03矩形波产生电路

电流或电压的波形为矩形的信号即为矩形波信号，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多个技术领域中有着广泛的应用，包括收音机、电视机等生活电子设备中有着一定的用途，另外还用于工业生产、科学实验等领域。一概念

矩形波发生电路可采用单稳态触发器构成。单稳态触发器具有下列特点：第一，它有一个稳定状态和一个暂稳状态；第二，在外来触发脉冲作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳状态；第三，暂稳状态维持一段时间后，将自动返回到稳定状态。暂稳态时间的长短，与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。单稳态触发器在数字系统和装置中，一般用于定时（产生一定宽度的脉冲）、整形（把不规则的波形转换成等宽、等幅的脉冲）以及延时（将输入信号延迟一定的时间之后输出）等。二设计原理555定时器构成的单稳态触发器及工作波形（a）无触发信号输入时电路工作在稳定状态当电路无触发信号时，vI保持高电平，电路工作在稳定状态，即输出端vO保持低电平，555内放电三极管T饱和导通，管脚7“接地”，电容电压vC为0V。b）vI下降沿触发当vI下降沿到达时，555触发输入端（2脚）由高电平跳变为低电平，电路被触发，vO由低电平跳变为高电平，电路由稳态转入暂稳态。（c）暂稳态的维持时间在暂稳态期间，555内放电三极管V截止，VCC经R向C充电。其充电回路为VCC→R→C→地，时间常数τ1=RC，电容电压vC由0V开始增大，在电容电压vC上升到阈值电压之前，电路将保持暂稳态不变。。（d）自动返回（暂稳态结束）时间当vC上升至阈值电压时，输出电压vO由高电平跳变为低电平，555内放电三极管V由截止转为饱和导通，管脚7“接地”，电容C经放电三极管对地迅速放电，电压vC由迅速降至0V（放电三极管的饱和压降），电路由暂稳态重新转入稳态。（e）恢复过程当暂稳态结束后，电容C通过饱和导通的三极管V放电，时间常数τ2=RCESC，式中RCES是V的饱和导通电阻，其阻值非常小，因此τ2之值亦非常小。经过(3～5)τ2后，电容C放电完毕，恢复过程结束。恢复过程结束后，电路返回到稳定状态，单稳态触发器又可以接收新的触发信号。三参数计算(a)输出脉冲宽度tW

输出脉冲宽度就是暂稳态维持时间，也就是定时电容的充电时间。由图所示电容电压vC的工作波形不难看出vC（0+）≈0V，vC（∞）=VCC，vC（tW）=，代入RC过渡过程计算公式，可得上式说明，单稳态触发器输出脉冲宽度tW仅决定于定时元件R、C的取值，与输入触发信号和电源电压无关，调节R、C的取值，即可方便的调节tW。当取R=270Ω，C=10uF时，计算得到（b）恢复时间tre一般取tre=(3～5)τ2，即认为经过3～5倍的时间常数电容就放电完毕。（c）最高工作频率fmax若输入触发信号vI是周期为T的连续脉冲时，为保证单稳态触发器能够正常工作，应满足下列条件：

T>tW＋tre即vI周期的最小值Tmin应为tW＋tre，即

Tmin=tW＋tre因此，单稳态触发器的最高工作频率应为

需要指出的是，在图电路中，输入触发信号vI的脉冲宽度（低电平的保持时间），必须小于电路输出vO的脉冲宽度（暂稳态维持时间tW），否则电路将不能正常工作。因为当单稳态触发器被触发翻转到暂稳态后，如果vI端的低电平一直保持不变，那么555定时器的输出端将一直保持高电平不变。

通常R的取值在几百欧姆到几兆欧姆之间