占空比可调的方波发生器

目录

一、课程设计目的 (2)

二、课程设计正文 (2)

2.1总体论述 (2)

2.2方案选型 (2)

2.2.1总体方案 (2)

2.2.2各单元电路方案及集成电路 (2)

2.3电路原理图 (4)

2.4运行详细描述 (8)

2.5制作调试过程 (9)

2.6器件清单 (14)

三、实验设计总结或结论 (15)

四、参考文献 (15)

一、 课程设计目的

1、 掌握电子系统的一般设计方法。

2、 理解占空比可调的方波发生器的设计原理，掌握占空比的设计原理和计算。

3、 提高综合应用所学只是来指导实践的能力。 二、

课程设计正文

2.1总体论述 2.1.1设计任务

1、根据技术要求和现有开发环境，分析课设题目；

2、设计系统实现方案；

3、设计绘制电路原理图并选择元器件；

4、焊接电路、调试；

5、记录结果、修改并完善设计；

6、编写课程设计报告。 2.1.2、技术要求

（1）设计要求：设计一方波产生电路。输出要求：占空比可调；输出方波电压值：8v<|V 0|<15v;振荡周期：2ms

（2）设计方法：使用集成运算放大器555定时器、稳压二极管、二极管、电阻等器件。 2.2方案选型 2.2.1总体方案

图（1） 总体方案

2.2.2各单元电路方案及集成电路

直

流电源

电压控制

555

置

位

555充 电

555 复 位

555 放 电

方案一

图（2）555定时器内部结构

图（3）555定时器的输出波形

接通V CC后瞬间，V CC通过R 对C充电，当u c上升到2V CC/3时，将触发器置0，u o＝0，放电管T导通，C通过T放电，电路进入稳态。

u I到来时，因为u I＜V CC/3，使u O又由0变为1，电路进入暂稳态。放电管T截止，V CC 经R对C充电。直到u C上升到2V CC/3时，u O＝0，T导通，C放电，电路恢复到稳定状态。

综合上述分析，可得555定时器功能表如表（1）：

输入输出阈值输入(V11) 触发输入(V12) 复位(Rd) 输出(Vo) 放电管T X X 0 0 导通<2/3Vcc <1/3Vcc 1 1 截止

>2/3Vcc >1/3Vcc 1 0 导通

<2/3Vcc >1/3Vcc 1 不变不变

表（1）

2.3电路原理图

图（3）555定时器实现占空比可调的方波发生器电路

方案二

图（5）总体方案

（2）本方案采用电压比较器作为基础元件构成电路，完成占空比可调的方波函数发生

器电路。

当集成运放用作比较器时，它不施加负反馈，而是开环工作。因此，不需要为保证闭环

工作稳定而施加相位补偿电路。这种集成器件可以与各种数字电路要求的逻辑电平相匹配，

一般具有迟滞特性和锁定功能。当电压比较器处于锁定状态时，输出电平保持不变，与输入

电压大小无关。

图（6）电压比较器

选择电压比较器构成的迟滞比较器构成方波函数发生器的电路，输出无失真的脉冲波形。

图（7）迟滞比较器电路

图（8）迟滞比较器产生方波的电路

图中，占空比是恒定不变的，不符合占空比可调的设计要求，所以，要对图8进行改进，获得占空比可调的电路。采用图（9）电路进行设计，可以满足占空比可调的方波函数发生器要求。

图（9）迟滞比较器实现占空比可调的方波电路

图（10）迟滞比较器实现占空比可调的方波电路实物图

2.4 运行详细描述

(1)电路组成及其引脚如图（7）

图（11）555定时器内部结构及引脚图

(2)555的工作原理

它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压

由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器C1同相比较端和低电平比较器

C2的反相输入端的参考电平为Vcc 3

2

和Vcc 31。C1和C2的输出端控制RS 触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过Vcc 3

2

时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电

平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于Vcc 3

1

时，触发器置位，555的

(3)脚输出高电平，同时放电，开关管截止。

D R 是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接Vcc 。

Vco 是控制电压端（5脚），平时输出Vcc 3

2作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01F μ的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。

T 为放电管，当T 导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路.

电压比较器的作用是对两个输入电压进行比较，并根据比较结果输出高、低两个电平的电压，以满足后面连接的数字电路对1和0两个逻辑电平的要求。如图所示，I V 为待比较的输入信号电压，REF V 为输入参考电压。REF V 是比较的门限电压。若集成运放是理想的，则当I V 通过REF V 时，输出电压O V 发生突变，即：I V 由大减小通过REF V 时，O V 由低电平值min O V 上跃到高电平值max O V ，而I V 由小增大通过REF V 时，O V 则由max O V 下跃到min O V ，相应的比较特性如图所示。其中，max O V 和min O V 事集成运放输出的两个极限电压。 （4）利用迟滞比较器构成方波发生器

如下图所示，图中R 和C 为定时元件。比较器的两个门限电压分别为

IH V =OH

V 212R R R +,IL V =OL V 2

12

R R R +.假设t=0时，O V =OH V ，且C 上起始电压为零，这

时，OH V 通过R 向C 充电，C 上电压按指数规律上升，直到其值等于IH V 时，O V 由OH V 下跃到OL V 。C 将通过R 放电。C 上电压按指数规律下降，直到其值等于IL V 时，O V 由OL V 上跃到OH V 。之后C 又充电，如此重复，得到下图所示方波。可以证明，振荡周期为T=2RCln(1+

1

2

R R 2).