矩形波发生器
矩形波发生器的设计
目录第一章概述 (1)第二章设计原理及思路 (1)2.1 占空比可调的矩形波发生电路 (1)2.1.1 电路组成及工作原理 (1)2.1.2 占空比可调电路的实现 (2)2.2 RC串并联网络振荡电路 (3)第三章系统电路总图及元件清单 (4)3.1电路设计图 (4)3.1.1 Protel原理图 (4)3.1.2 仿真图 (5)3.2元件清单 (7)第四章电路调试与分析 (8)4.1 测试仪器 (8)4.2 测试说明 (8)4.3 误差分析 (8)第五章设计心得 (8)参考文献 (9)第一章 概述非正弦波发生电路常常用于脉冲和数字系统中作为信号源，而常用的非正弦波发生电路有矩形波发生电路、三角波发生电路和锯齿波发生电路等。
其中，矩形波发生电路是三角波发生电路和锯齿波发生电路等的基础，因此，本设计旨在创建一种能够产生稳定且占空比和频率可调的矩形波模块电路，包括了Protel 原理图和Mulstism 仿真图。
该电路主要由RC 串并联网络振荡电路及一个滞回比较器和一个RC 充放电回路组成，重点阐述了发生器的电路结构及工作原理，分析了单元电路的制作和工作过程并进行了调试，调试结果表明设计的电路在低频段是可行的。
第二章 设计原理及思路2.1 占空比可调的矩形波发生电路2.1.1 电路组成及工作原理图2-1为矩形波发生电路，它由反相输入的滞回比较器和RC 电路组成。
RC 回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC 充放电实现输出状态的自动转换。
图中滞回比较器的阈值电压ZT U R R R U ⋅+±=±211 (1)因而滞回比较器的电压传输特性如图2-2所示：图2-2 滞回比较器的传输特性图 2-1 矩形波发生电路设某一时刻输出电压O U =Z U ± ，则同相输入端的电位+U = T U ±。
通过R 对电容C 正向充电，反相输入端电位-U 随时间t 增长而逐渐升高，当t 趋近于无穷时+U 趋近于+Z U ，此时t 再增加O U 就从+Z U 跃变为-Z U ，与此同时-U 从+T U 跃变为-T U 。
波形发生电路原理
波形发生电路原理波形发生电路是一种电子电路，用于产生特定形状和频率的电压或电流波形。
它通常由活动元件（例如晶体管、集成电路）和被动元件（例如电阻、电容）组成。
波形发生电路的原理基于信号的周期性。
一般来说，波形发生电路需要一个参考信号（例如时钟信号、振荡器信号），根据参考信号的周期和幅值来产生期望的波形。
具体的原理取决于所采用的电路拓扑和元件类型。
常见的波形发生电路包括正弦波发生器、方波发生器、矩形波发生器和三角波发生器等。
下面以正弦波发生器为例，介绍其工作原理：1. 整体思路：正弦波发生器的核心思想是利用反馈机制，将一个信号通过放大和滤波处理后再输入到自身，形成一个稳定的正弦波输出。
2. 振荡器电路：正弦波发生器的关键是振荡器电路，它负责产生频率恒定的振荡信号。
常见的振荡器电路包括LC振荡器、晶体振荡器、RC振荡器等。
以LC振荡器为例，它由电感(L)和电容(C)构成，并配合放大元件组成正反馈网络。
3. 放大器电路：振荡器电路生成的振荡信号较弱，需要经过放大器电路放大后才能得到理想的输出。
这里可以采用放大器电路，如共射放大电路或运算放大器等。
4. 滤波器电路：放大器电路放大信号后，仍然会存在一些杂散信号或高频成分。
因此，需要使用滤波器电路，如低通滤波器或带通滤波器，将不需要的信号滤除，只保留所需的正弦波信号。
通过以上的电路组合，正弦波发生器可以实现将一个参考信号转换成期望频率和幅度的正弦波输出。
实际设计时，需要根据具体要求选择合适的元件和电路拓扑，以实现所需的波形。
需要注意的是，不同类型的波形发生器可能有不同的电路原理和参数设置，本文所述仅作为示例，具体应用需根据实际情况进行调整和优化。
单片机矩形波发生器
单片机系统应用设计题目：周期脉宽可控式矩形波发生器（AT89C51）摘要：矩形波发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。
本次设计使用AT89C51单片机构成产生矩形波信号，波形的周期和脉宽可以用程序改变，具有线路简单，结构紧凑等优点。
本设计添加了按钮控制和显示功能，可通过按钮设定周期和脉宽，并通过数码管显示出周期和脉宽。
设计中如有不足之处请指导老师给与指正。
关键词：51单片机矩形波周期脉宽功能介绍：（1）矩形波发生器技术指标波形：矩形波幅值电压：5V 最小脉宽：10ms 最大周期：2s（2）操作设计：上电后，系统初始化，脉宽数码显示4个0,周期数码管显示4个0，四个按钮分别控制脉宽的加10ms减10ms，和周期的加10ms减10ms，数码管即时显示当前脉宽和周期。
设计思路：方波信号由P3.0引脚发出，分别用AT89C51单片机的两个定时器T0和T1控制方波的脉宽和周期，设置两定时器均为工作方式1，同样写入计数初值0D8F0H，开放中断，允许T0和T1中断，使定时器定时10ms产生定时中断，另外分别用R3和R4寄存器存放定时中断次数，初始状态设P3.0为高电平，定时器T0溢出R3次后信号变为低电平，定时器T1溢出R4次后信号变为高电平，通过两个按钮对R3和R4进行加一和减一操作，实现脉宽和周期的增减，脉宽增按钮接在P0.0引脚，脉宽减按钮接在P0.1引脚，周期增按钮接在P0.2引脚，周期减按钮接在P0.3引脚。
在P1和P2口接八个数码管，动态显示脉宽和周期，用查表指令使各数码管显示0~9的十进制数，其中P1口产生控制位选信号，P2口产生控制段码信号。
具体设计：1、硬件设计，见硬件结构图。
单片机的内部时钟用12MHZ的晶振电路产生，这样没一个机器周期为1微秒。
复位信号由TL7705芯片产生。
EA引脚接高电平。
P0口第四位分别接四个控制按钮，各串联10K ，上拉电阻，当按键按下，先P0引脚输入高电平。
矩形波发生器分析与测试
矩形波发生器分析与测试【摘要】本文详细介绍了矩形波发生器的工作原理、搭建与测试步骤、性能指标分析、应用场景探讨以及改进与优化方法。
通过对矩形波发生器进行全面的分析与测试，可以更深入地了解其在电子领域的应用和意义。
文章总结了矩形波发生器的特点和优势，展望了其未来的发展前景。
通过本文的阅读，读者可以对矩形波发生器有一个全面而深入的了解，为相关领域的研究和应用提供了重要参考。
【关键词】矩形波发生器、工作原理、搭建与测试步骤、性能指标、应用场景、改进与优化、总结、发展前景展望1. 引言1.1 矩形波发生器分析与测试矩形波发生器是一种常见的信号发生器，用于产生频率为f的矩形波信号。
在实际应用中，矩形波发生器的准确性和稳定性至关重要，因此需要进行分析和测试来确保其性能符合要求。
矩形波发生器的分析与测试是指对其工作原理、搭建与测试步骤、性能指标、应用场景以及改进与优化等方面进行深入研究和探讨。
通过对矩形波发生器的分析与测试，可以更好地了解其特点和优劣势，为进一步的应用和研究提供参考。
在本文中，将对矩形波发生器的工作原理进行详细解释，介绍其搭建与测试步骤，并分析其性能指标如频率稳定性、波形失真度等。
还将探讨矩形波发生器在各种应用场景中的实际应用，并提出改进与优化的建议。
通过本文的研究，可以对矩形波发生器的分析与测试有一个全面的了解，为未来相关领域的研究和发展提供重要参考。
2. 正文2.1 矩形波发生器的工作原理矩形波发生器是一种常见的信号发生器，其工作原理主要是通过一个集成电路或者其他电子元件实现将输入信号转换为一系列矩形波形的输出信号。
在实际应用中，矩形波发生器可以用来产生方波信号、脉冲信号等，通常用于数字电路中的时序信号产生、控制信号生成等方面。
矩形波发生器的工作原理可以简单描述为通过控制输入信号的高低电平以及占空比来控制输出信号的波形。
一般来说，矩形波发生器包含一个稳压电源、一个可变电阻、一个运算放大器以及一些电容电感等元件。
矩形波发生器分析与测试
矩形波发生器分析与测试
矩形波发生器是一种可以产生一个矩形波形的电路，它广泛应用在电子测量和通信等
领域。
本文将分析矩形波发生器的原理和测试方法。
1.原理
矩形波发生器的原理基于集成电路中的门电路。
门电路可以将输入信号进行逻辑操作，产生一个输出信号。
最常见的门电路有与门、或门、非门等。
矩形波发生器通常采用多个
门电路的组合，将输出信号进行筛选和调整，得到一个符合要求的矩形波形信号。
2.电路结构
矩形波发生器包括三个部分：信号源、时钟和输出信号处理电路。
信号源可以是一个
晶振、信号发生器或者其他稳定的信号源。
时钟电路可以是一个简单的555定时器电路，
也可以是多级分频电路。
输出信号处理电路可以采用不同的门电路组合，例如三态门、反
向器、与门等。
其中输出信号处理电路的设计最为关键，它决定了输出信号的质量和频率。
3.测试方法
矩形波发生器的测试需要借助示波器。
示波器可以显示矩形波形的幅度、周期、占空
比等参数。
测试步骤如下：
(1)将矩形波发生器和示波器连接，调节示波器的输入通道。
(2)打开矩形波发生器并调节参数，使输出信号符合要求。
(3)观察示波器的显示，记录矩形波形的幅度、周期和占空比等参数，与理论值进行
比较。
(4)反复测试，确定输出信号的稳定性和可靠性。
4.总结
矩形波发生器是一种重要的电子测量仪器，广泛应用于通信、自动化等领域。
正确理
解其原理和结构，掌握测试方法，对于提高其质量和可靠性具有重要意义。
三角波-方波(锯齿波-矩形波)发生器实验报告
三角波-方波(锯齿波-矩形波)发生器实验报告一、实验背景及目的在电子技术中，经常需要产生特定频率和形态的波形信号。
三角波-方波(锯齿波-矩形波)发生器可以产生多种波形信号，因此应用广泛。
本实验的目的是学习如何设计和制作三角波-方波(锯齿波-矩形波)发生器，并且深入理解相关电路的工作原理。
二、实验原理本实验中，我们使用反相输入放大器作为比较器。
比较器会将输入的连续波形信号与阈值进行比较，若输入信号高于阈值，则输出高电平；反之，则输出低电平。
通过将两个反相输入放大器连接形成反馈环路，可以得到三角波和锯齿波的信号。
通过在反馈环路中添加开关管，可以将三角波信号转化为矩形波信号。
三、实验器材1. 实验板2. 集成电路 LM3583. 可变电阻4. 电容5. 二极管6. 开关管四、实验步骤1. 将 LM358 集成电路插入实验板正确位置。
2. 连接反馈电路：将时序电容和可变电阻串联，连接到反相输入端口。
将电容和电阻的另一端连接到非反相输入端口。
3. 连接反馈电路：将正输入端口连接到负电源的直流电压。
4. 连接输出端口：将反相输出端口连接到非反相输入端口。
5. 连接输出端口：将输出端口连接到输出负载电阻。
6. 添加电容：将一个电容连接到输出负载电阻的另一端，并将其连接到微调电器。
7. 连接矩形波开关管：将开关管连接到反馈环路中，通过它进行转换。
8. 连接锯齿波开关管：将开关管连接到反馈环路中，通过它进行转换。
9. 测试电路：检查电路是否连接正确。
10. 调节电阻：根据需要调节可变电阻以产生不同的波形信号。
五、实验结果在实验中，我们成功地设计和制作了三角波-方波(锯齿波-矩形波)发生器，并且得到了以下结果：1. 通过调节电阻，我们可以产生不同的波形信号，包括三角波、锯齿波和矩形波。
2. 我们发现，当添加了矩形波开关管时，产生的矩形波信号的占空比由电阻决定。
3. 我们发现，在添加锯齿波开关管时，电容和电阻的值将会影响锯齿波的斜率。
矩形波产生原理
矩形波产生原理矩形波是一种典型的非正弦波形，它的波形特点是在等间隔的时间内，以固定的幅值快速切换，形成一个有规则的矩形波形。
矩形波被广泛应用于各种电子设备中，如信号发生器、数字电路、电子音乐等领域。
本文将详细介绍矩形波的产生原理。
一、理论基础矩形波是一种周期性方波，可以由一组不同的正弦波叠加而成。
正弦波是一种单频振荡的波形，在物理学中，任意波形都可以看作是由一组或多组正弦波组成的。
因此矩形波也可以看作是由多个不同频率的正弦波所组成的波形。
这个过程称为傅里叶变换。
傅里叶变换能够将一个周期性的信号分解成多个不同频率的正弦波，而矩形波就是由多个正弦波叠加而成的。
二、产生原理矩形波的产生原理可以分为两类：电子学和数学。
1.电子学原理矩形波可以通过使用一个二极管和一个电容器来产生。
当电容器充电时，电压与时间之间的关系是线性的，因此输出信号将是一个正弦波。
当电容器放电时，输出信号将恒定为一个固定的电压，这是因为电容器中的电荷已经耗尽，电压不再变化。
这样，通过一个简单的电路，就可以得到一个以固定幅值快速切换的矩形波。
2.数学原理矩形波也可以通过傅里叶级数展开来产生。
一个矩形波可以看作是周期为T、幅值为A 的基本频率正弦信号的有限和。
这个信号的时间函数为：f(t)= A/2 + (A/π) ∑[ (-1)^n/(2n+1)sin(2π(2n+1)f0t)/f0 ]f0是基本频率，n是正整数。
这个公式描述了一个从-A/2到A/2范围内以1/2A的幅度快速切换的矩形波。
三、应用领域矩形波是一种常见的信号波形，在电子技术、物理学和工程学中广泛应用。
以下是一些常见的应用领域：1.信号发生器矩形波是信号发生器中最基本的波形之一。
它可以用于测试和调整其他电子设备的性能，如滤波器、调制器等。
它还可用于音频合成器或波形发生器的输出。
2.数字电路在数字电路中，矩形波用作时钟信号和数据传输。
时钟信号是微处理器和其他数字电路中的基本元素，它用于协调电路中的不同部件之间的操作。
矩形波发生器自激振荡原理
矩形波发生器自激振荡原理矩形波发生器是一种可将输入信号转换为具有特定频率和占空比的矩形波形的电路。
自激振荡是指一个电路可以在没有外部输入信号激励的情况下，通过自身反馈产生振荡信号。
本文将详细解释矩形波发生器自激振荡的基本原理，包括其工作原理、电路组成、振荡条件以及常见的实现方式。
1. 工作原理矩形波发生器自激振荡的工作原理可以简单描述为：通过反馈网络将一部分输出信号馈回到输入端，形成自激振荡回路。
具体来说，矩形波发生器的工作原理涉及以下几个关键要素：•反馈网络：反馈网络将一部分输出信号引入到输入端，以实现自激振荡。
反馈网络一般由电阻、电容和开关等元件组成，其具体结构和参数会直接影响振荡频率和波形的稳定性。
•比较器：比较器通常是矩形波发生器的核心，用于将输入信号与反馈信号进行比较，产生一个矩形波形的输出信号。
比较器的工作原理基于参考电压和输入信号的比较，产生相应的输出。
•积分器/延迟网络：积分器（也称为延迟网络）用于对比较器的输出信号进行积分或延迟处理，以满足矩形波发生器的振荡条件。
积分器一般由电容和电阻组成，可以提供一定的时间延迟和滤波功能。
•放大器：放大器用于放大矩形波发生器的输出信号，以输出较高的电压和电流。
放大器可以增加信号的幅度，并对输出信号进行修整和控制，以满足设定的波形要求。
综上所述，矩形波发生器自激振荡的基本原理是通过反馈网络将一部分输出信号馈回到输入端，并经过比较、延迟处理和放大，形成稳定的矩形波形输出。
2. 电路组成矩形波发生器的电路结构可以根据具体实现方式而异，但通常会包含以下几个基本组成部分：•比较器：比较器是矩形波发生器的核心，用于对输入信号和反馈信号进行比较，并产生相应的输出。
常见的比较器结构包括比较器集成电路、运算放大器等。
•反馈网络：反馈网络将一部分输出信号引回到比较器的输入端，以实现自激振荡。
反馈网络一般由电阻、电容和开关等元件组成，其具体结构和参数会直接影响振荡频率和占空比。
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设计题目：矩形波发生器
设计说明。
1.概述
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.设计方案选择论证
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电路。
图1 矩形波发生电路框图
3.单元电路设计
滞回比较器
滞回比较器可用于产生矩形波、三角波和锯齿波等各种非正弦波信号，也可用于波形变换电路。
用于控制系统时，滞回比较器的主要优点是抗干扰能力强。
当输入信号受干扰或噪声的影响而上下波动时，只要根据干扰或噪声电平适当调整滞回比较器两个门限电平UT+和UT-的值，就可以避免比较器的输出电压在高、低电平之间反复跳变。
滞回比较器的输入电压经电阻R1加在集成运放的反响输入端，参考电压REF U 经电阻R2接在同向输入端，此外从输出端通过电阻F R 引回同向输入端。
电阻R 和背靠背稳压管Z VD 的作用是限幅，将输出电压的幅度限制在±UZ 。
图2 滞回比较器的输入输出波形
当集成运放反向输入端和同向输入端的电位相等，即-+=u u 时，输出端的状态将发生跳变。
其中I u u =-
+u 则由参考电压REF U 及输出电压O u 两者共同决定，而O u 有两种可能的状态：+UZ 或-UZ 。
由此可见，使输出电压由+UZ 跳变成-UZ ，以及由-UZ 跳变成+UZ 所需的输如电压值是不同的。
也就是说，这两种比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回形状。
利用叠加原理可求的门限电平
Z R R R REF R R R T U U U F F F +++=
+222 Z R R R REF R R R T U U U F F F ++-=-22
2
由以上两式可求的门限宽度 △Z R R R T U U F +=22
2
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例。
若将电位器的滑动端向下滑动，则充电时间常数减少，放电时间常数增大。
因此输出端端为高电平的时间缩短，输出端为低电平的时间变长，Uc 和Uo 的波形如图2所示，图中T1＜T2。
相反，如果将电位器滑动端向上移动，则充电时间常数增大，放电时间常数减小，可得T1＞T2
图2
图3
当忽略二极管的导通电阻时，利用类似的分析方法，可求的电容的充
电时间分别为
T1=(w R R ''+)C )1ln(21
2R R +
T2=(R +w R ')C )1ln(21
2R R +
输出波形的z 振荡周期为
R R T T T +=+=2(21+1ln()C w 21
2R R )
矩形波的占空比为 w R R w R R T T D '+'
'+==221
当D=0.2时令0='w R 得Rw =3R
当D=0.8时令Rw w R ='得Rw =3R
由f=1000Hz 得T=0.001秒
而 R R T T T +=+=2(21+1ln()C w 21
2R R )
令R=50K Ω 则Rw=150 K Ω
令C=0.01F μ R2=20K Ω
得R1=4.918 K Ω
所用元件如表1所示
表1 所用元件
4.测试及仿真方案
在输出端利用示波器观察波形，电压表测量输出电压，频率计测量频率。
仿真分析电路如图4所示。
图4 仿真分析原理图
仿真分析结果如图5所示。
频率计读数为994.868Hz电压表读数为5.485 V 波形没有明显的失真，基本满足要求。
存在误差的原因主要是元件参数误差，测量误差以及忽略了二极管的导通电阻等等。
图5仿真结果分析
6 设计体会
本学期我们开设了《模拟电子》，它是自动化专业基础课，对以后自动化专业更深一步的学习有重要的意义。
其重要性更是毋庸置疑的。
学好它是学好自动化的基础。
因此，这学期我卯足了劲去学习这门课。
但是“纸上得来终觉浅，
觉知此事要躬行。
”学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以在本学期刚刚学完模电后紧接着来一次模电课程设计是很及时、很必要的。
这样不仅能加深我们对模拟电子的认识，而且还及时、真正的做到了学以致用。
这几天的课程设计，先不说其他，就天气而言，确实很艰苦。
这几天都被高温笼罩着。
人在高温下的反应是很迟钝的，简言之，就是很难静坐下来动脑子做事。
但是炎炎烈日挡不住我们求知、探索的欲望。
通过我不懈的努力与切实追求，终于在规定时间内完成了课程设计。
本次课程设计所设计的方案基本上能满足要求。
波形基本上没有失真，测得的频率和理论值很接近，输出电压也在规定的范围内。
该电路由一个滞回比较器和一个RC充放电回路组成。
集成运放和电阻集成运放和电阻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。
但该设计也有一定得问题，在计算时由于没有考虑二极管的导通电阻，因此计算的理论值和实际测得的数值会有一定的差距，而且还会因此产生一定的波形失真。
由于二极管的导通电阻不可能为0，因此，选用不同的二极管会产生不同的结果，有时甚至会产生非常大的偏差，波形严重失真。
所以，在试验过程中要选择合适的二极管。
使得因为二极管而产生的偏差尽量减小。
在这次课程设计过程中，我也遇到了很多问题。
比如在刚开始仿真时，矩形波发生电路画出来之后，仿真结果是输出波形是一条直线，频率计和电压表均没有示数。
接下来，我就仔细地检查了一遍又一遍，最后终于在参考资料和同学的帮助下终于成功地仿真出了结果。
这次课程设计让我学到了很多有用的东西，我不仅是巩固了先前学的模电、的理论知识，而且也培养了我的动手操作能力，让我学到了很多电脑上的应用技巧，这是我以前很少接触的。
更为重要的是这次课程设计开拓了我的视野，使我的创造性思维得到拓展。
我感受到了知识的奥妙和学习的乐趣。
此外，这也将对我以后踏上工作岗位也有一定得帮助。
所以我希望希望今后类似这样课程设计、类似这样的锻炼机会能更多些！。