1、電路組成及工作原理
因為矩形波電壓只有兩種狀態(tài)，不是高電平就是低電平，所以電壓比較器是它的重要組成部分；因為產(chǎn)生振蕩，就要求輸出的兩種狀態(tài)自動地相互裝換，所以電路中必須引入反饋；因為輸出狀態(tài)應按一定的時間間隔交替變化，即產(chǎn)生周期性變化，所以輸出電路中要有延時環(huán)節(jié)來確定每種狀態(tài)維持的時間。圖1所示矩形波發(fā)生電路，它由反相輸入的滯回比較器和rc電路組成。rc回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡，通過rc充、放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。
圖1(a) 矩形波發(fā)生電路
圖1(b) 電壓傳輸特性
圖1中滯回比較器的輸出電壓uo=±uz，閥值電壓為
(1)
因而電壓傳輸特性如圖1(b)所示。
設某一時刻輸出電壓uo=±uz，則同相輸入端電位uo=±ut。uo通過r3對電容c正向充電，如圖中虛箭頭所示。反相輸入端電位un隨時間t增長而逐漸升高，當t趨近于無窮時，un趨于+uz；但是，一旦un=+ut，再稍增大，uo就從+uz躍變?yōu)?uz，與此同時up從+ut躍變?yōu)?ut。隨后，uo又通過r3對電容c反向充電，或者說放電，如圖中實線箭頭所示。反相輸入端電位un隨時間t增長而逐漸降低，當t趨近于無窮時，un趨于-uz；但是，一旦un=-ut，再稍減小，uo就從-uz躍變?yōu)?uz，與此同時up從-ut躍變?yōu)?ut，電容又開始正向充電。上述過程周而復始，電路產(chǎn)生了自激振蕩。
2、波形分析及主要參數(shù)
由于圖1(a)所示電路中電容正向充電與反向充電的時間常數(shù)均為r3c，而且充電的總幅值也相等，因而在一個周期內(nèi)uo=+uz的時間與uo=-uz的時間相等，uo為對稱的方波，所以也稱該電路為方波發(fā)生電路。電容上電壓 （集成運放反相輸入端電位 ）和電路輸出電壓波形如圖2所示。矩形波的寬度tk與周期t之比稱為占空比，因此uo是占空比為1/2的矩形波。
圖2 方波發(fā)生電路的波形圖
根據(jù)上述電壓波形可知，在1/2周期內(nèi)，電容充電的起始值為-ut，終了值為+ut，時間常數(shù)為r3c，時間t趨于無窮時，uc趨于+uz，利用一階rc電路的三要素法可列出方程：
(2)
將式（1）代入上式，即可求出振蕩周期為
(3)
振蕩頻率：f=1/t。
通過以上分析可知，調(diào)整電壓比較器的電路參數(shù)r1、r2及uz?？梢愿淖兎讲òl(fā)生電路的振蕩幅值，調(diào)整電阻r1、r2、r3和電容c的數(shù)值可以改變電路的振蕩頻率。
3、占空比可調(diào)電路
通過對方波發(fā)生電路電路的分析，可以想象，欲改變輸出電壓的占空比，就必須使電容正向和反向充電的時間常數(shù)不同，即兩個充電回路的參數(shù)不同；利用二極管的單向?qū)щ娦钥梢砸龑щ娏髁鹘?jīng)不同的通道，占空比可調(diào)的矩形波發(fā)生電路如圖3(a)所示，電容上電壓和輸出電壓波形如圖3(b)所示。
圖3(a) 電路圖
圖3(b) 波形分析
當uo=+uz時，uo通過rw1、d1和r3對電容c正向充電，若忽略二極管導通時的等效電阻，則時間常數(shù)：
(4)
當uo=-uz時，uo通過rw2、d2和r3對電容c反向充電，若忽略二極管導通時的等效電阻，則時間常數(shù)：
(5)
利用一階rc電路的三要素法可列出方程：
(6)
(7)
(8)