可变占空比方波发生器的设计与应用
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如图3-1所示。
图3-1 集成运放电路方波发生器
3.1.3 集成运放电路方波发生器工作原理
迟滞电压比较器是一种特殊的开关电路，它可以判别出两种控制状态，在自动控制电路中具有广发应用。将集成运放比较器的输出电压通过反馈网络加到同（反）相端，形成正（负）反馈，此设计方案中采用的为反向迟滞电压比较器，如图3-1所示。迟滞电压比较器又可理解为加正反馈的单限电压比较器。在理想情况下，它的比较特性如图3-2所示。由图可见,它有两个门限电压，分别称为上门限电UOH和下门限电压UOL，其中两者的差值称为门限宽度。
图3-2 迟滞电压表比较器比较特性
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迟滞电压比较器的上门限电压UOH?下门限电压UOL?-R6 R5?R6 （3-1）
R6 R5?R6 （3-2）
当电路接通后，同相输入端电压为UT1,电容C1两端电压为零，此时输出电压
UO=?UZ，二极管D1反向截止，二极管D2正向导通，电流通过R2和R3对电容C1进行充电，电压由零不断增加，当电容C1两端电压小于等于UT1时，输出电压UO=?UZ保持不变；当电容C1两端电压大于UT1时，输出电压UO立即由?UZ跃变到-UZ，此时二极管D1正向导通，二极管D2反向截止，电容C1进行放电，当电容C1两端电压大于等于UT1时，输出电压UO=-UZ保持不变；电容C1两端电压减小到小于UT1时，输出电压UO立即由
-UZ跃变到?UZ，电路又开始对电容C1进行充电。可以看出此电路是振荡电路，输出端输出电压一直在?UZ和-UZ之间变换。
2R6 （3-3）其振荡周期为T?(R1?R2?2R3)C1ln（ 1?)R5R2?R3 （3-4）占空比为D? R1?R2?2R3此公式3-2可以看出调节电路中R1和R2电阻值大小，可以调节产生方波信号的占空
比。
3.2 555定时器方波发生器
555定时器方波发生器利用555定时器构成多谐振动器产生方波信号，再利用控制元器件的参数，调节产生方波信号的占空比。 3.2.1 555定时器简介
555定时器在我们生活具有广泛的应用，其内部是由中等集成规模数字与模拟电路组成。555定时器只需要外接简单的元器件（电源、电阻、电容等），就可以实现一些简单功能，像多谐振荡器等。目前电子设备厂商生产的555定时器主要有两种，分别是采用双极性（Bipolar Junction Transistor，BJT）和互补金属氧化物（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）的制作工艺。
由于现代工艺的不断进步，555定时器的生产成本不断降低，目前其成本较为低廉。555定时器广泛应用于时钟控制，电机转速调节，电子电路测量等。尤其是利用555定时器内振荡性质来生产的方波信号，其方波信号的质量非常好，具有较强的应用前景[9]。
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3.2.2 555定时器方波发生器组成
采用555定时器的方波发生器，主要是由555定时器和RC电路，RC电路所起到充放电作用。通过RC充、放电过程实现输出状态的转换。如图3-3所示，其为555定时器电路符号[10]。
图3-3 555定时器电路符号
1引脚:接地端，与地相接； 2引脚:触发输入端； 3引脚:电压输出端；
4引脚:RD复位端：若此端接入为信号为低电平时，555定时器不工作，电路输出为0。
5引脚:电压控制端：如果外部电压接入这个端口时，555定时器中的电压比较器的参考电压将发生改变改变。在不使用时，应串入一个0.01μF的电容，并接地，以防止干扰。
6引脚: 阈值输入端； 7引脚:放电端；
8引脚: 电源输入端。双极型555定时器外接电源VCC的范围是4.5 ~ 16V，CMOS型555定时器外接电源VCC的范围是3 ~ 18V，一般都是用5V[10]。 3.2.3 555定时器方波发生器原理
如图3-4所示为基于555定时器的方波发生器。
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图3-4 555定时器方波发生器电路
当接通电源后，充电二极管D1正向导通，电源VDD通过电阻RA对电容C1充电，当电容C1两端电压UC小于三分之一的VDD时，555定时器输出电压UO=1，放电二极管D2反向截止。当电容C1两端电压UC充电到大于等于三分之二的VDD后，555定时器输出电压UO翻转变为0，此时放电二极管D2正向导通，充电二极管D1反向截止,使放电端接地，电容C1通过电阻RB对地放电，使电容C1两端电压UC下降。当电容C1两端电压UC下降到小于等于三分之一的VDD后，555定时器输出电压UO又翻转变为UO=1，此时放电二极管D2反向截止，使放电端不接地，电源VDD通过RA又对电容C1进行充电，当电容C1两端电压UC从三分之一的VDD上升到三分之二的VDD,触发器又发生翻转变为0。如此周而复始，从而在555定时器输出端UO得到连续变化的振荡脉冲波形[11]。如图3-5所示。
电容器的充电周期：tP1?0.695RAC （3-5） 电容器的放电周期为：tP2?0.695RBC （3-6）
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方波信号的占空比：tD?
RB （3-7）
RA?RB
图3-5 555定时工作波形
由公式2-7可以看出调节电路中R3电阻值大小，可以控制对电容器的充电和放电周期，进而达到对555定时器输出的方波信号占空比的调控。
3.3 555定时器+集成运放方波发生器
3.3.1 555定时器+集成运放方波发生器组成
根据前两种方案的优缺性，555定时器+集成运放方波发生器结合电压比较器和555定时器的优缺性设计，将两者结合，利用555定时器的产生稳定的方波，再利用电压比较器调节输出方波的幅度。
3.3.2 555定时器+集成运放方波发生器原理
555定时器+集成运放方波发生器中555定时器的工作原理与上一节所述一致，此电路中集成运放电路主要是起到幅度调节作用，对555定时器产生方波信号的幅度值U1进行调节。当方波信号输入到集成运放电路后，其电压的幅度值会进行相应的幅度调节，即增大或减小，其输出为U0。
555定时器+集成运放方波发生器的原理图，如图3-6所示。