请问矩形波发生器的占空比改变机理

yellowtoot · 发表于 2009-5-1 12:50:10

下图是偶见过的矩形波发生器，

有两个输入控制端，平时都为高电平11，此时输出方波，即占空比50%

有时输入为01，或10，此时会输出矩形波，点空比分别会为75%或25%

有时输入00，则无波输出，即占空比为0%

请问其工作机理，谢谢！

查了好多电路，都是通过两个正反向二极管实现充放电时间常数不同来实现占空比改变的，但这个好像充放电时间常数相同啊：（ [em03]

yellowtoot · 发表于 2009-5-1 12:51:00

[upload=jpg]UploadFile/2009-5/0951@52RD_方波发生器.JPG[/upload]

dabayi2003 · 发表于 2009-5-2 19:08:54

感觉这个图好像有点问题，就是个人理解其工作过程为：
输入00时，通过a，b控制端口经二极管v1001加在场效应管v1003栅极上的电压为0 ，则场效应管截止，使得三极管无法正常工作，则无波形输出。
除此之外，场效应管的栅极上都会有电压，使得场效应管导通，三极管正常工作。v1001两个二极管构成或门电路。
改变占空比的关键在于ad8541同相端参考电压的改变。改变a，b端的控制信号，可以可以控制三极管v1002的导通与截止，则同时经过分别电阻1021和1024支路在其右端形成电压的与电路，从而因为a，b的不同组合形成了三种不同的电压（似乎应该考虑的三极管v1002带来的电压降），也就影响了方波发生器的工作。但似乎这个图有点小的问题就是三极管v1002的极性，感觉应该是pnp管，而不是npn管，不知道是不是我理解错了，请高手指点

cylbailey · 发表于 2009-5-2 22:37:38

以下是引用dabayi2003在2009-5-2 19:08:54的发言：
感觉这个图好像有点问题，就是个人理解其工作过程为：
输入00时，通过a，b控制端口经二极管v1001加在场效应管v1003栅极上的电压为0 ，则场效应管截止，使得三极管无法正常工作，则无波形输出。
除此之外，场效应管的栅极上都会有电压，使得场效应管导通，三极管正常工作。v1001两个二极管构成或门电路。
改变占空比的关键在于ad8541同相端参考电压的改变。改变a，b端的控制信号，可以可以控制三极管v1002的导通与截止，则同时经过分别电阻1021和1024支路在其右端形成电压的与电路，从而因为a，b的不同组合形成了三种不同的电压（似乎应该考虑的三极管v1002带来的电压降），也就影响了方波发生器的工作。但似乎这个图有点小的问题就是三极管v1002的极性，感觉应该是pnp管，而不是npn管，不知道是不是我理解错了，请高手指点

我也认为管子类型画错了，原理是通过改变后面运放3脚的工作电位实现占空比调整。

yellowtoot · 发表于 2009-5-3 09:00:09

两位大侠，这个管子的确是画错了的，是PNP管。

图中两个V1002其实是一对管子放在一个封装里，但一个是NPN，一个是PNP，画的人可能没注意到：）

只是偶还有个问题：

尽管参考电压（运放V+）改变了，但它只改变了运放-极电容充放电翻转的判决电压，而并不能改变翻转的周期和占空比啊。

因为充放电的时间是由电容及电阻决定的啊，而不论判决电压是多少，电容充放电后两者的压差是不变的啊，即同一个电容在同一个电压差下充放电，其时间即周期不变啊。

另外，同一个电容，在充电时的时间如果与放电的时间不同，即占空比不同，则说明该电容的电压将一直不断地升高或降低，而不会像方波时，其电压能回到起始点，并周而复始的进行下去。

还有参考电压是每一状态下（11，10或01）是恒定不变的吗？ R1026是否会影响参考电压呢？

百思不得其解：（

请帮忙分析一下啊，谢谢啦！

yellowtoot · 发表于 2009-5-3 09:39:52

[upload=jpg]UploadFile/2009-5/0953@52RD_未命名1.JPG[/upload]

一、方波发生器
方波（Square wave）发生器是非正弦发生器中应用最广的电路，数字电路和微机电路中时钟信号就由方波发生器提供。
1.电路组成
方波发生器电路如图4.5.6a所示。它由滞回比较器和具有延时作用的RC反馈网络组成。

电容C上电压因放电而开始下降，如图4.5.6 b曲线②，放电完毕后电容反向充电，当uc= u－=Uth2，电路发生翻转，uo=+UZ。电容反向放电，当放电完毕进行正向充电，当uc=Uth1时，电路又发生翻转，输出由+UZ突变为－UZ 。如此反复，在输出端即产生方波波形。波形如图4.5.6b所示。

yellowtoot · 发表于 2009-5-3 09:42:02

[upload=jpg]UploadFile/2009-5/0953@52RD_未命名2.JPG[/upload]

二、占空比可调的矩形波发生器
1.电路组成和工作原理

图中利用锗二极管VD1、VD2把电容的充电、放电电路隔开。当输出正电平uo1=UZ+UD时， VD1导通，VD2截止，电容C正向充电，（与图4.5.7b中曲线①相对应），充电时间常数由电阻R4、二极管VD1导通动态电阻rd1、电位器RP上半部分电阻RP‘及电容C决定。当输出为负电平uo2=－(UZ+UD)时，VD1截止，VD2导通，电容放电及反向充电时，（与图4.5.7 b中曲线②相对应），放电及反向充电常数由R4、VD2导通动态电阻rd2、电位器RP下半部分电阻RP“及电容C决定。调节电位器RP，即可调节占空比。当RP的动触点向上移动，充电时间常数减小，放电时间常数增大，占空比减小。反之，RP动触点向下移动，占空比增大。

dabayi2003 · 发表于 2009-5-3 09:47:44

电容的充放电的时间每个周期并不是固定的，会随着1脚输出电压持续的时间变化而变化的，也就是说输出为正电压时电容正向充电，输出为负电压时电容负向放电，由电容及电阻决定充放电的时间常数不变，但在其上加不同电压的时间是变化的，因此参考电压的改变不但改变门限值，同时也改变了充放电的时间，因为参考电压的改变会引发输出电压的改变。还有参考电压在每一状态下（11，10或01）是恒定不变的，但是三种不同的值。 R1026的值一旦固定时，就不会再影响参考电压的。

yellowtoot · 发表于 2009-5-3 11:11:24

上图（占空比可调）中改变占空比是通过改变充放电常数来实现的，因此尽管充放电时间（占空比）不同，但由于一个速度快（陡），一个速度慢（缓），因此两者造成的电压升和降的值相等。

如果充放电常数相同，只改变参考电压，怎么能改变占空比呢？如果占空比不同，而充放电的速度相同，则会造成电压一直上升或下降，因为充放电的时间（占空比）不同，速度相同，必然造成电压升和降的值不同。

请大侠帮解惑，谢谢！[em05]

yellowtoot · 发表于 2009-5-3 11:26:59

以下是引用dabayi2003在2009-5-3 9:47:44的发言：
电容的充放电的时间每个周期并不是固定的，会随着1脚输出电压持续的时间变化而变化的，也就是说输出为正电压时电容正向充电，输出为负电压时电容负向放电，由电容及电阻决定充放电的时间常数不变，但在其上加不同电压的时间是变化的，因此参考电压的改变不但改变门限值，同时也改变了充放电的时间，因为参考电压的改变会引发输出电压的改变。还有参考电压在每一状态下（11，10或01）是恒定不变的，但是三种不同的值。 R1026的值一旦固定时，就不会再影响参考电压的。

非常感谢这位大侠能仔细给偶讲解，但偶实在愚钝：

   偶总觉得，是先有蛋才有鸡的，即1脚的输出是后有的鸡，它是决定于电容充/放电何时达到翻转门限的这个蛋的：（

   换句话说，电容充/放电的时间不能说是由于1脚输出占空比变化而决定的，相反1脚输出占空比变化是由电容充/放电时间决定的：）

   另外，大侠也觉得充放电常数相同，假设占空比是由于加高低电压的时间不同造成的，那充放电时间就不同，两者升和降的电压就不同，因此会导致电容上的电压越来越高或越低，这是不合情理的：（

   请问，能再帮想想吗？万分感谢！

dabayi2003 · 发表于 2009-5-3 12:20:09

这个不能说是先有鸡还是先有蛋的问题的，一般这种电路都是有一个初始状态，在开始阶段Vo输出是正还是负电压完全是随机的，经过一段时间不稳定后，会进入一个稳定的阶段。一旦达到稳定状态，也就形成了你在6楼贴的图片所示的波形。至于你提到的电容上电压越来越高或者越来越低的问题，在稳定状态下是不会出现的，因为关于这个时间常数的选择并不是任意选择的，是有一定的原则的，足以避免你提到的那种情况的出现的

yellowtoot · 发表于 2009-5-3 12:47:10

还是不懂啊：（

看7楼图片，可知上升陡，下降缓，所以占空比不同。

如果上升与下降是同样斜率，定会导致占空比相同。倒过来说，如果占空比不同，斜率必然不同；如果斜率相同，占空比不同，必然是电压越来越高或低呀。

还有，时间常数应该是可以任意选择的，否则如何能任意指定个方波频率，就能给出一个电路实现呢？

另外，R1026在简单的方波电路中是可使参考电压变+和变-的，即随着输出极性而变化的。不知这里是否也能使参考电压来回翻转？只是简单电路是+/-电源供电，好理解些，这里是单电源供电，偶都搞不清参考电压是10/01/11情况下是分别如何翻转的了：（

如果哪位大侠能画出其电压波形图就爽了：）

晕了，彻底晕了[em13][em13]

dabayi2003 · 发表于 2009-5-3 13:18:20

你好，现在在么？刚才我想错了，不好意思

cylbailey · 发表于 2009-5-3 13:31:31

没什么特别的，因为V+的参考电压不一样，但是对于运放来说，输出不是+5V就是0，充电速率是固定的，只是翻转的目标电平会有差别，所以会带来占空比的改变啊。

yellowtoot · 发表于 2009-5-3 13:48:26

以下是引用dabayi2003在2009-5-3 13:18:20的发言：
你好，现在在么？刚才我想错了，不好意思

刚回来：）

太阳真好，热！

yellowtoot · 发表于 2009-5-3 14:01:21

以下是引用cylbailey在2009-5-3 13:31:31的发言：
没什么特别的，因为V+的参考电压不一样，但是对于运放来说，输出不是+5V就是0，充电速率是固定的，只是翻转的目标电平会有差别，所以会带来占空比的改变啊。

可否烦请解释一下“只是翻转的目标电平会有差别”啊？

是指参考电压不一样，翻转的门限也不一样吗？

翻转门限会随着参考电压的不同而不同，但是一旦11/10/01确定下来后，参考电压也就确定下来了，因此翻转门限也就确定下来了。

此时，电容充放电在+/-门限之间来回翻转。

如果充/放电常数相同，则必然是将+/-门限取平均形成一个方波，怎么会是占空比变化的呢？

如果是占空比变化，则必须是门限不断变化，例如+/-门限都不断提高，从而使充电时间比放电时间长。但这样，电压会越来越高的啊：（

请帮解释一下啊，谢谢啦！

yellowtoot · 发表于 2009-5-3 16:59:35

偶好像有点想明白了 :)

充电速度不一样, 从而造成了占空比不同.

而充速度的不同,不是由于充电常数变了,而是由于充电的电压变了.

例如, 用5V给电容充电, 电容电压从0-2.5和从2.5-5V的时间是不同的, 前者快, 后者慢.

该电路正是利用了这点.

因为输出端只有5V和0V两种电压,来回翻转.

而电容是的电压翻转门限与参考电压相等, 改变了参考电压, 就改变了电容电压的初始值.

当11时,其初始值接近5V/0V; 方波

当10或01时,初始值为5V/2.5V和2.5V/0V, 矩形波.

dabayi2003 · 发表于 2009-5-5 16:00:22

先上仿真的原理图，改变v1,v2来实现a,b控制端的11，10，01，状态
[upload=jpg]UploadFile/2009-5/0955@52RD_sch.JPG[/upload]

dabayi2003 · 发表于 2009-5-5 16:03:39

ab=11时的仿真波形，针对原理图中表示的3个测试点电压[upload=gif]UploadFile/2009-5/0955@52RD_ab11.GIF[/upload]
[upload=jpg]UploadFile/2009-5/0955@52RD_ab11.JPG[/upload]

dabayi2003 · 发表于 2009-5-5 16:09:27

ab=10[upload=jpg]UploadFile/2009-5/0955@52RD_ad10.JPG[/upload]
ab=01[upload=jpg]UploadFile/2009-5/0955@52RD_ab01.JPG[/upload]

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[讨论] 请问矩形波发生器的占空比改变机理

电路与仿真结果