占空比可调的方波振荡电路工作原理及案例分析

占空比可调的方波振荡电路工作原理及案例分析参考电路图5.12所示，测试电路，计算波形出差频率。方波输出波形电容R45.1kΩC100nFV112VR1100kΩR386kΩR2100kΩV212VU2741-DIV3247651图5.12方波发生电路(multisim)通过上述电路调试，发现为方波发生器。一、电路组成如图5.13，运算放大器按照滞回比较器电路进行链接，其输出只有两种可能的状态：高电平或低电平，所以电压比较器是它的重要组成部分；因为产生振荡，就是要求输出的两种状态自动的产生相互变换，所以电路中必须引入反馈；因为输出状态应按一定的时间，间隔交替变化，即产生周期性的变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。电路组成：如图所示为矩形波发生电路，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。电压传输特性如图6.8所示：U0UNUPUzUcR3R2R1R图5.13方波发生电路二、工作原理从图5.13可知，设某一时刻输出电压UO=+UZ，则同相输入端电位UP=+UT。UO通过R对电容C正向充电。反相输入端电位UN随时间t增长而逐渐升高，当t趋近于无穷时，UN趋于+Uz;当UN=+UT，再稍增大，UO就从+UZ越变为-UZ，与此同时Up从+UT越变为-UT。随后，UO又通过R对电容C放电。反相输入端电位UN随时间t增长而逐渐降低，当t趋近于无穷时，UN趋于-UZ；当UN=-UT，稍减小，UO就从-UZ，于此同时，Up从-UT跃变为+UT,电容又开始正向充电。上述过程周而复始，电路产生了自激振荡。三、波形分析及主要参数由于矩形波发生电路中电容正向充电与反向充电的时间常数均等于R3C,而且充电的总幅值也相等因而在一个周期内UO=+UZ的时间与UO=-UZ的时间相等，UO对称的方波，所以也称该电路为对称方波发生电路。电容上电压UC和电路输出电压UO波形如图所示。矩形波的宽度Tk与周期T之比称为占空比，因此UO是占空比为1/2的矩形波。利用一阶RC电路的三要素法可列出方程，求出振荡周期。3122(12/)TRCRR振荡频率为：1/fT调整电压比较器的电路参数R1，R2和UZ可以改变方波发生电路的振荡幅值，调整电阻R1，R2，R3和电容C的数值可以改变电路的振荡频率。四、占空比可调电路占空比的改变方法:使电容的反向和正向充电时间常数不同。利用二极管的单向导电性可以引导电流流经不同的通路，占空比可调的矩形波发生电路如图2-5所示，电容上电压和输出波形的如图6.19ZUOU1RW2RWR45.1kΩC3D1V112V60%D2R3R1R2V212VU2741-DIV3247651D3图5.14占空比可调电路电路工作原理：当UO=+UZ时，通过RW1，D1，和R3对电容C正向充电，若忽略二极管导通时的等效电阻，则时间常数为：113()WRRC当UO=-UZ时，通过RW2，D2和R3对电容C反向充电，若忽略二极管导通时的等效电阻，则时间常数223()WRRC利用一阶RC电路的三要素法可以解出11122ln(1)RTR12222ln(1)RTR112322(2)ln(1)WRTTTRRCR从上式改变电位器的滑动端可改变占空比，但不能改变周期。