方波发生器与波形图

方波可以定义为非正弦周期波形，可以表示为正弦波的无限总和。在相同的持续时间内，它在固定的最小值和最大值之间以规则频率交替出现振幅。方波发生器通常用于电子设备和信号处理中。方波是矩形波的特例。方波发生器就像施密特触发器电路一样，其中比较器的参考电压取决于输出电压。也被称为不稳定的多谐振荡器。

一、方波发生器电路图与波形说明

方波发生器可以使用诸如TTL之类的施密特触发器反相器来构建。这是制作基本的不稳定波形发生器的简单方法。在产生时钟或定时信号时，该不稳定的多谐振荡器会产生一个在H??IGH和LOW之间切换的方波发生器波形。

众所周知，施密特逆变器的输出与其输入相反或相反。通过提供迟滞，它可以在不同的电压电平下改变状态。它使用施密特触发器动作，随着输入电压信号在上下阈值电平之间改变状态，并在输入端子附近增大和减小。在此，较高的阈值级别设置输出，而较低的阈值级别重置输出。

这个简单的方波发生器电路由单个TTL 74LS14施密特反相器逻辑门组成，该逻辑门的输入端和地之间连接有一个电容器，反馈电阻提供了电路振荡所需的正反馈。

假设电容器板上的电荷低于施密特的下阈值水平。因此，使反相器的输入为逻辑零电平，从而产生逻辑一输出电平。

二、方波发生器的工作原理

现在，电阻器连接到逻辑ONE电平的输出，而电阻器的另一端连接到电容器的逻辑零电平。现在，电容器开始通过电阻以正方向充电，其速率由组合的RC时间常数确定。

当电容器两端的电荷达到施密特触发器的上限阈值电平时，施密特反相器的输出从逻辑电平ONE迅速变为逻辑电平零状态，流经电阻的电流改变方向。

常数的整数表示“C”将是t的“C”倍，其中t是进行积分的时间，这意味着正常数将给出正斜率，而负常数将积分到负斜率。通过将它们加在一起，我们得到一个三角波，然后得到我们的方波发生器，从三角波产生一个方波。

现在，这里的变化会导致最初通过电阻器充电的电容器开始通过同一电阻器自身放电，直到电容器板上的电荷达到较低的阈值水平。逆变器输出再次切换状态，只要存在电源电压，该循环便会不断重复自身。

在施密特逆变器的输入上限和下限阈值电平之间的每个周期中，电容器会不断对其自身进行充电和放电，从而在逆变器输出端产生逻辑电平ONE或逻辑电平ZERO。由于TTL反相器的输入门特性，由于HIGH和LOW之间的标记与空白之比分别为1to2，因此该波形不是对称的，产生的占空比约为三分之一。

为了使电路振荡，反馈电阻还必须保持低至1k以下，大约300 k左右是好的，并且可以通过改变电容器的值来改变频率。在高频电平下，由于TTL门的输入特性受快速充电和放电的影响，输出波形的形状从方波形变为梯形波形。如图所示，给出了方波发生器的振荡频率。

三、波形和频率范围

电阻值介于100到1k之间，电容器值介于1到1000uf之间。这将使频率范围在1Hz到1MHz之间，高频会产生方波发生器失真。标准TTL逻辑门的平均输入和输出特性以及输出波形的失真和所需的低反馈电阻值，使其无法与方波发生器一起工作。这产生了用于低频操作的大容量电容器。如果反馈电容器的值太小，振荡器可能不会振荡。可以使用更好的CMOS逻辑技术（如施密特逆变器）在最小到最大电源下工作来制造不稳定的多谐振荡器。

四、函数发生器的电路图

函数发生器通常是一种电子设备，用于在很宽的频率范围内生成不同类型的电波。这些可以是重复的，也可以是单发的，需要内部或外部触发源。它用于生成波形，也可以描述为函数发生器IC。尽管方波发生器同时覆盖音频和RF频率，通常不适合需要低失真或稳定频率信号的应用。当需要这些特征时，另一个信号发生器会更合适。函数发生器是电子工程师必备的工具之一。这在产生音频信号甚至在逆变器电路中非常有用。

对于工程师来说，它是负担得起的，我们可以选择各种方式来生成各种波形。它只需要一堆电阻和电容即可构建整个电路。我们可以用函数发生器产生方波，正弦波和三角波。