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。

电容

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：

U 0

U N

U P U z

U c

R 3

R 2

R 1

R

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U O =+U Z ，则同相输入端电位U P =+U T 。U O 通过R 对电容C 正向充电。反相输入端电位U N 随时间t 增长而逐渐升高，当t 趋近于无穷时，U N 趋于+U z ;

当U N =+U T ，再稍增大，U O 就从+U Z 越变为-U Z ，与此同时U p 从+U T 越变为-U T 。随后，U O 又通过R 对电容C 放电。

反相输入端电位U N 随时间t 增长而逐渐降低，当t 趋近于无穷时，U N 趋于-U Z ；当U N =-U T ，稍减小，U O 就从-U Z ，于此同时，U p 从-U T 跃变为+U T ,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U O =+U Z 的时间与U O =-U Z 的时间相等，U O 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U C 和电路输出电压U O 波形如图所示。矩形波的宽度T k 与周期T 之比称为占空比，因此U O 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/)T R C R R =+

振荡频率为： 1/f T =

调整电压比较器的电路参数R 1，R 2和U Z 可以改变方波发生电路的振荡幅值，调整电阻R 1，R 2，R 3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

6.19

Z

U ±O

图

5.14占空比可调电路

电路工作原理：当U O =+U Z 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()W R R C

τ=+

当U O =-U Z 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()W R R C τ=+

利用一阶RC 电路的三要素法可以解出

1

112

2ln(1)R T R τ≈+

1

222

2ln(1)R T R τ≈+

1

1232

2(2)ln(1)W R T T T R R C R =+≈++

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。