占空比可調(diào)方波發(fā)生器電路及其原理分析

　　在電氣專業(yè)及日常生活中，常常會(huì)用到方波信號(hào)。有很多方法可以實(shí)現(xiàn)方波的產(chǎn)生，為方便以后實(shí)驗(yàn)和生活中遇到產(chǎn)生方波的情況，需要設(shè)計(jì)出通過(guò)改變參數(shù)以實(shí)現(xiàn)占空比可調(diào)的方波產(chǎn)生器。利用到模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，如波形發(fā)生器原理、555定時(shí)器原理以及更多的擴(kuò)展。將理論運(yùn)用于實(shí)踐，設(shè)計(jì)出切實(shí)可行的電路來(lái)，并用Multisim仿真軟件進(jìn)行電路的模擬運(yùn)行。這就要求我們也必須熟練地掌握Multisim的運(yùn)用，用它來(lái)仿真出各種電路。

　　設(shè)計(jì)一個(gè)占空比可調(diào)的方波發(fā)生器；其占空比調(diào)節(jié)范圍為：minD=%3.8；maxD=%7.91。方波頻率約為1KHz。

　　分析用555定時(shí)器設(shè)計(jì)的方案：

　　555定時(shí)器是一種多用途的單片中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、家用電器和電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。目前生產(chǎn)的定時(shí)器有雙極型和CMOS兩種類型，其型號(hào)分別有NE555（或5G555）和C7555等多種。通常，雙極型產(chǎn)品型號(hào)最后的三位數(shù)碼都是555，CMOS產(chǎn)品型號(hào)的最后四位數(shù)碼都是7555，它們的結(jié)構(gòu)、工作原理以及外部引腳排列基本相同。一般雙極型定時(shí)器具有較大的驅(qū)動(dòng)能力，而CMOS定時(shí)電路具有低功耗、輸入阻抗高等優(yōu)點(diǎn)。555定時(shí)器工作的電源電壓很寬，并可承受較大的負(fù)載電流。雙極型定時(shí)器電源電壓范圍為5～16V，最大負(fù)載電流可達(dá)200mA；CMOS定時(shí)器電源電壓變化范圍為3～18V，最大負(fù)載電流在4mA以下

　　圖為555集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖：

　　其中由三個(gè)5KΩ的電阻1R、2R和3R組成分壓器，為兩個(gè)比較器C1和C2提供參考電壓，當(dāng)控制端MV懸空時(shí)（為避免干擾MV端與地之間接一0.01μF左右的電容），3/2CCAVV?，3/CCBVV?，當(dāng)控制端加電壓時(shí)MAVV?，2/MBVV?。

　　放電管TD的輸出端Q‘為集電極開(kāi)路輸出，其集電極最大電流可達(dá)50mA，因此具有較大的帶灌電流負(fù)載的能力。555集成電路的輸出級(jí)為推拉式結(jié)構(gòu)。

　　DR是置零輸入端，若復(fù)位端DR加低電平或接地，不管其他輸入狀態(tài)如何，均可使它的輸出OV為“０”電平。正常工作時(shí)必須使DR處于高電平。

　　555定時(shí)器的功能主要是由兩個(gè)比較器1C和2C的工作狀況決定的。由圖1可知，當(dāng)AVV?6、BVV?2時(shí)，比較器1C的輸出01?CV、比較器2C的輸出12?CV，基本RS觸發(fā)器被置0，TD導(dǎo)通，同時(shí)OV為低電平。

　　當(dāng)AVV?6、BVV?2時(shí)，11?CV、12?CV，觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變，因而TD和輸出的狀態(tài)也維持不變。

　　當(dāng)AVV?6、BVV?2時(shí)，11?CV、02?CV，故觸發(fā)器被置1，OV為高電平，同時(shí)TD截止。

　　占空比可調(diào)的方波信號(hào)發(fā)生器

　?。?strong>1） 占空比可調(diào)的方波信號(hào)發(fā)生器電路圖

　　電路只要一加上電壓DDV，振蕩器便起振。剛通電時(shí)，由于C上的電壓不能突變，即2腳電位的起始電平為低電位，使555置位，3腳呈高電平。C通過(guò)AR、1D對(duì)其充電，充電時(shí)間CRtA7.0?充。壓充到閾值電平DDV3/2時(shí)，555復(fù)位，3腳轉(zhuǎn)呈低電平，此時(shí)C通過(guò)1D、BR、555內(nèi)部的放電管放電，放電時(shí)間CRtB7.0?放。則振蕩周期為放充t=t充+t放

　　1.單穩(wěn)態(tài)電路如圖所示，

? ? ? ? ?設(shè)置信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)頻率為100赫茲，幅度為5伏，方波；記錄輸出結(jié)果并進(jìn)行理論分析。

　　輸出波形如下：

　　由555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以知道，當(dāng)TR輸入為低電平時(shí)，Vo輸出高電平，當(dāng)TR為回到高電平時(shí)，Vo輸出低電平，由此原理產(chǎn)生方波。

　　實(shí)驗(yàn)電路產(chǎn)生的波形如上，由圖可知，當(dāng)輸入信號(hào)為低電平時(shí)，輸出信號(hào)變?yōu)楦唠娖剑斎胄盘?hào)回到高電平時(shí)，輸出信號(hào)回到低電平，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與555工作原理應(yīng)該得到的結(jié)果一致。

　　2 試?yán)?55定時(shí)器接成方波發(fā)生器

　　產(chǎn)生的波形如圖：

　　3 利用555定時(shí)器設(shè)計(jì)占空比可調(diào)的方波發(fā)生器。

　　調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，改變放電端接入的電阻大小，可改變放電時(shí)間，故能實(shí)現(xiàn)占空比可調(diào)的方波發(fā)生器

　　555定時(shí)器可與占空比可調(diào)的方波產(chǎn)生電路連接構(gòu)成占空比可調(diào)的方波長(zhǎng)生器，通過(guò)調(diào)節(jié)3R的觸頭來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)占空比從8.3%到91.7%的的目的，555定時(shí)器能改變閾值電壓的值，輸出高電平或低電平，就可以產(chǎn)生方波。利用改變電阻的值來(lái)控制高低電平的時(shí)間就可以調(diào)占空比（正脈沖的持續(xù)時(shí)間與脈沖總周期的比值）。利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娞匦?，把電容充電和放電回路隔離開(kāi)來(lái)，再加上一個(gè)電位器（滑動(dòng)變阻器），便可得到占空比可以調(diào)節(jié)的多諧振蕩器。