Multisim是Interactive Image Technologies （Electronics Workbench）公司推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。

矩形波被廣泛用于數字開關電路，兩個二進制（2級）是從邏輯電路中產生。邏輯電路的同步操作，嚴格規定的時間間隔，使方波快速轉換和定時參考信號適當“時鐘”被使用。他們不在，造成電磁輻射脈沖電流，影響了閉路的結果，造成噪音和錯誤。公元準確和非常敏感的電路，如傳感器，以避免這個問題，以此作為時序參考方波，而不是正弦波。

因為矩形波電壓只有兩種狀態，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；因為產生振蕩，就是要求輸出的兩種狀態自動地相互轉換，所以電路中必須引入反饋；因為輸出狀態應按一定的時間間隔交替變化，即產生周期性變化，所以電路中要有延遲環節來確定每種狀態維持的時間。本文對矩形波信號發生器進行了電路設計及仿真及應用電路測試。

矩形波振蕩電路設計

矩形波發生器電路有多種方案，本設計以運算放大器為核心，由矩形波振蕩電路、幅值調節電路兩部分組成。電路設計方案和元器件選擇的原則是：工作穩定可靠、結構簡單合理、安裝調試方便、性能參數達標。

矩形波振蕩電路（又稱多諧振蕩器）由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。滯回比較器起開關作用，RC電路的作用是產生暫態過程。RC回路既是延遲環節，亦是反饋網絡，通過RC充、放電過程實現輸出狀態的自動轉換。在運放的輸出端引入限流電阻和兩個背靠背的穩壓管就組成了如圖1所示的雙向限幅矩形波發生器。

圖1中滯回比較器的閾值電壓

假設接通電源時，電容C兩端電壓uc=O，輸出電壓uo=+Uz，則運放同相輸入端電壓up=+UT，二極管VD2導通，VD1截止，uo通過電阻R3和R6給電容C充電，忽略二極管的動態電阻，充電時間常數近似為（R3+R6）C，使運放反相輸入端電壓uN由0逐漸上升，在uN《up時，uo=+Uz保持不變。當uN≥up時，uo立即從+Uz躍變為-Uz，同時up從+UT躍變為-UT，二極管VD1導通，VD2截止，電容C開始通過R3和R5放電，放電時間常數近似為（R3+R5）C，使運放反相輸入端電壓uN逐漸下降，在uN》up時，uo=-Uz保持不變。當uN≤up時，uo又從-Uz躍變為+Uz，電容C又開始充電，運放輸出狀態再次翻轉。如此周而復始，電路產生了自激振蕩，輸出端輸出矩形波信號。

通常將矩形波輸出高電平的持續時間與振蕩周期的比定義為占空比。圖1所示電路利用二極管的單向導電性使電容充、放電的通路不同，從而使它們的時間常數不同，實現了輸出電壓占空比的調節。

圖1矩形波發生器的輸出電壓幅值等于穩壓管的穩壓值，電路輸出電壓正、負幅度對稱。

由上述分析可知，調節電位器R5或R6可改變矩形波發生器的振蕩頻率及占空比。如果在圖1中電容C處通過一只多路開關投入不同數值的電容，則可實現輸出信號的頻段控制。

在低頻范圍（如10 Hz～1O kHz）以內，對于固定頻率來說，圖1所示電路是一種較好的振蕩電路。當振蕩頻率較高時，為了獲得前后邊沿較陡的矩形波，宜選擇轉換速率較高的運放。

Multisiin 10仿真分析

在Muhisim 10中建立如圖2所示的矩形波信號發生器，打開仿真開關，觀察電路的起振過程，并觀測當R5、R6及R7變化時電路輸出波形的參數。文中參數及波形以電容C1為例，開關撥至C2時電路的測試方法相同。

R5、R6均為最大值時，矩形波發生器輸出波形的頻率最小，如圖3（a）；R5、R6均為0時，輸出波形頻率最大，如圖3（b）。輸出信號頻率調節范圍為1．77～21．5 kHz。如作為方波信號源（占空比嚴格為50％）使用時，方波信號的頻率調節范圍為2．64—21．5 kHz。

R5為最大值、R6為0時，矩形波發生器輸出波形的占空比最小，如圖4（a）；R5為0、R6為最大值時，輸出波形的占空比最大，如圖4（b）。輸出信號占空比調節范圍為11％～94％。

通過參數掃描分析（Parameter Sweep Analysis）中的瞬態分析（Transient Analysis）選擇電阻R7為掃描元件，設置取樣電阻值由O至最大值時，矩形波輸出電壓幅值在0～10．45 V之間連續可調，如圖5所示。

在圖2電路輸出端并聯一只200 Ω負載電阻，測得電路的輸出阻抗為144 Ω，同理測出未接入幅值調節電路時的輸出阻抗為968 Ω。可見，幅值調節電路提高了矩形波信號發生器的帶負載能力。

應用電路測試

選用LF353P雙集成運放（±12 V雙電源供電），選用1N4001二極管、HZ5C2雙向穩壓管，對圖2所示矩形波信號發生器進行應用電路實測分析，調節電位器R5、R6及R7，通過示波器觀測應用電路的輸出波形分別如圖6、圖7所示。

由圖6、圖7測得矩形波發生器應用電路的輸出波形參數如下：頻率調節范圍為1．72～23．8 kHz，作為方波信號源時頻率調節范圍為2．6～23．8 kHz；占空比調節范圍為11．4％～94％；電壓幅值調節范圍為0～10．5 V；電路的輸出阻抗為224 Ω。未接入幅值調節電路時的輸出阻抗為l 042 Ω。所測參數與Multisim 10仿真分析結果基本接近。

本文亦對電容C2分別取100 nF和1μF時的應用電路進行了測試，綜合測試結果分析可知：圖2矩形波發生器相鄰兩擋頻率的可調范圍互相覆蓋，輸出信號的頻率在16 Hz～23．8 kHz之間連續可調，電路實現了多頻段的控制。