占空比可调方波发生器电路及其原理分析

　　在电气专业及日常生活中，常常会用到方波信号。有很多方法可以实现方波的产生，为方便以后实验和生活中遇到产生方波的情况，需要设计出通过改变参数以实现占空比可调的方波产生器。利用到模拟电子技术和数字电子技术的相关知识，如波形发生器原理、555定时器原理以及更多的扩展。将理论运用于实践，设计出切实可行的电路来，并用Multisim仿真软件进行电路的模拟运行。这就要求我们也必须熟练地掌握Multisim的运用，用它来仿真出各种电路。

　　设计一个占空比可调的方波发生器；其占空比调节范围为：minD=%3.8；maxD=%7.91。方波频率约为1KHz。

　　分析用555定时器设计的方案：

　　555定时器是一种多用途的单片中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用。目前生产的定时器有双极型和CMOS两种类型，其型号分别有NE555（或5G555）和C7555等多种。通常，双极型产品型号最后的三位数码都是555，CMOS产品型号的最后四位数码都是7555，它们的结构、工作原理以及外部引脚排列基本相同。一般双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS定时电路具有低功耗、输入阻抗高等优点。555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。双极型定时器电源电压范围为5～16V，最大负载电流可达200mA；CMOS定时器电源电压变化范围为3～18V，最大负载电流在4mA以下

　　图为555集成电路内部结构框图：

　　

　　其中由三个5KΩ的电阻1R、2R和3R组成分压器，为两个比较器C1和C2提供参考电压，当控制端MV悬空时（为避免干扰MV端与地之间接一0.01μF左右的电容），3/2CCAVV，3/CCBVV，当控制端加电压时MAVV，2/MBVV。

　　放电管TD的输出端Q‘为集电极开路输出，其集电极最大电流可达50mA，因此具有较大的带灌电流负载的能力。555集成电路的输出级为推拉式结构。

　　DR是置零输入端，若复位端DR加低电平或接地，不管其他输入状态如何，均可使它的输出OV为“０”电平。正常工作时必须使DR处于高电平。

　　555定时器的功能主要是由两个比较器1C和2C的工作状况决定的。由图1可知，当AVV6、BVV2时，比较器1C的输出01CV、比较器2C的输出12CV，基本RS触发器被置0，TD导通，同时OV为低电平。

　　当AVV6、BVV2时，11CV、12CV，触发器的状态保持不变，因而TD和输出的状态也维持不变。

　　当AVV6、BVV2时，11CV、02CV，故触发器被置1，OV为高电平，同时TD截止。

　　占空比可调的方波信号发生器

　　（1） 占空比可调的方波信号发生器电路图

　　

　　电路只要一加上电压DDV，振荡器便起振。刚通电时，由于C上的电压不能突变，即2脚电位的起始电平为低电位，使555置位，3脚呈高电平。C通过AR、1D对其充电，充电时间CRtA7.0充。压充到阈值电平DDV3/2时，555复位，3脚转呈低电平，此时C通过1D、BR、555内部的放电管放电，放电时间CRtB7.0放。则振荡周期为放充t=t充+t放

　　

　　1.单稳态电路如图所示，

         设置信号发生器的输出信号频率为100赫兹，幅度为5伏，方波；记录输出结果并进行理论分析。

　　输出波形如下：

　　

　　由555的内部结构可以知道，当TR输入为低电平时，Vo输出高电平，当TR为回到高电平时，Vo输出低电平，由此原理产生方波。

　　实验电路产生的波形如上，由图可知，当输入信号为低电平时，输出信号变为高电平，输入信号回到高电平时，输出信号回到低电平，实验结果与555工作原理应该得到的结果一致。

　　2 试利用555定时器接成方波发生器

　　

　　产生的波形如图：

　　

　　3 利用555定时器设计占空比可调的方波发生器。

　

　　调节滑动变阻器，改变放电端接入的电阻大小，可改变放电时间，故能实现占空比可调的方波发生器

　　555定时器可与占空比可调的方波产生电路连接构成占空比可调的方波长生器，通过调节3R的触头来实现调节占空比从8.3%到91.7%的的目的，555定时器能改变阈值电压的值，输出高电平或低电平，就可以产生方波。利用改变电阻的值来控制高低电平的时间就可以调占空比（正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值）。利用半导体二极管的单向导电特性，把电容充电和放电回路隔离开来，再加上一个电位器（滑动变阻器），便可得到占空比可以调节的多谐振荡器。