实验十七 占空比可调的矩形波振荡器
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 0U NU P U zU cR 3R 2R 1R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。
占空比可调的方波发生器电路设计(0~100%可调)
华中师范大学武汉传媒学院课程设计课程名称__________________题目__________________专业__________________ 班级__________________ 学号__________________ 姓名__________________ 成绩__________________ 指导教师_________________________年_______ 月_______日实现占空比可调发生器1.目标（1）占空比可调范围0<D<100%（2）输出方波电压值：Vo=2v（3）振荡频率：f=1kHz（4）波形稳定2.思路根据555定时器改变阀值电压的值使之输出高电平或低电平的原理，就可以产生方波，通过电位器改变电阻的阻值来控制高低电平的时间就可以调节占空比了；通过调节输入的电压值，再通过万用表测量输出的电压值就可以保证输出幅度为某一定值；根据振荡频率公式，已知电阻值和输出振荡频率就可以算出需要电容值，以保证振荡频率为某一定值；为保证波形稳定，采用差分电路形式，用555定时器组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小；而为了简化电路及运算，采用两个二极管的单向导电特性，使电容器的充放电回路分开，回路不再重复，计算更加简便。
3.电路图（1）输入模块二极管D1，D2的单向导电性，使电容器C的充放电回路分开，调节电位器，就可以调节多谐振荡器的占空比。
（2）处理模块：555定时器各引脚功能如下：1脚：外接电源负极或接地（GND）。
2脚：TR触发输入。
3脚：输出端（OUT或Vo）。
4脚：RD复位端，移步清零且低电平有效，当接低电平时，不管TR、TH输入什么，电路总是输出“0”。
要想使电路正常工作，则4脚应与电源相连。
5脚：控制电压端CO(或VC)。
若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
矩形波发生器分析与测试
矩形波发生器分析与测试作者：余辉晴来源：《科技创新导报》2020年第04期摘; ;要：矩形波发生器由运算放大器和RC电路构成，通过改变电位器滑动触头的位置，可以改变RC电路的充放电时间常数，调整输出矩形波的占空比。
判断矩形波发生器能否振荡的方法是判断反馈信号能否使比较器从一种状态跳变到另一种状态。
采用Multisim软件对矩形波发生器进行虚拟仿真，可以直观地看到矩形波发生器能否振荡，以及波形失真情况和占空比的变化情况。
关键词：矩形波发生器; Multisim; 计算机仿真中图分类号：TV143; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码：A; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文章编号：1674-098X（2020）02（a）-0121-02矩形波发生器可以同时产生方波和三角波，当调节外部电路参数时，可以获得占空比可调的矩形波，因此广泛用于仪器仪表中。
1; 矩形波发生器分析启动Multisim，创建如图1所示电路。
矩形波发生器由滞回比较电路和积分电路构成，滞回比较器起开关作用，通过开关的不断闭合来破坏稳态，积分电路起反馈延时作用，用来控制暂态过程时间。
基准电压由正反馈网络产生，比较电压由RC积分电路产生。
比较器输出状态的翻转，取决于积分电容C上的比较电压与相应基准电压的比较。
电源接通瞬间，设电容两端电压为零，电路输出为高电平，这时基准电压为。
此后，U0通过Rf对电容充电，电容两端电压uc按指数规律上升，当uc上升到略大于UT+時，比较器翻转，u0由高电平跳变到低电平，与此同时，基准电压变为; ; ;这时电容开始通过Rf放电，当电容两端电压降为零时，然后反向充电，uc按指数律下降，当uc下降到略小于UT-时，比较器再次翻转，U0又从低电平跳变到高电平。
这样一直循环，电路产生一系列矩形波。
根据电容器充放电规律，得电容充放电时间计算公式为。
RW2从中点触头分为从中点触头分为。
占空比可调方波发生器电路及其原理分析
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。
占空比可调的矩形波发生器
占空比可调的矩形波发生器实验一、二、实验目的1.掌握NE555 ICM7555等定时器芯片的使用方法；2.了解占空比可调的矩形波发生器的设计方法。
二、实验原理1.定时器介绍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CMO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, CMO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CMO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 CMO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1为555集成电路内部结构框图。
其中由三个5K Q的电阻R1、R2和R3组成分压器，为两个比较器C i和G提供参考电压，当控制端VM悬空时（为避免干扰 V M端与地之间接一0.01卩F左右的电容），VA=2VCC/3 VB二VCC/3 当控制端加电压时V=V>, V F V/2图1 555定时器结构框图放电管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。
R D是置零输入端，若复位端R D加低电平或接地，不管其他输入_ 状态如何，均可使它的输出V0为“0”电平。
正常工作时必须使R D 处于高电平。
2.功能555 定时器的功能主要是由两个比较器C1和C2的工作状况决定的。
由图1可知，当V6>VA V2>VB寸，比较器C1的输出VC1=0比较器C2的输出VC2=1基本RS触发器被置0, TD导通，同时VO为低电平。
模拟电子技术实验教学大纲
模拟电子技术实验教学大纲电子技术是一门工程应用性质很强的学科，实验教学的的作用和重要性日益为人门所重视。
电子技术实验的目的不仅是巩固和加深课堂教学内容，验证已知理论，训练学生的基本实验技能，更重要的是培养和提高学生应用理论分析问题和解决问题的能力，培养科学作风和探索精神。
为学习后续课程和从事实际技术工作奠定良好的基础。
模拟电子技术实验就是为此目的开设的。
本实验共编排了二十三个实验，其中，既有测试、验证的内容，也有设计、研究的内容，以供不同层次、不同需要、不同专业教学要求的选择。
课程代码：071211D007（一）教学对象电子类专业，物理、化学类专业的本科二年级学生。
（二）教学内容实验一单级放大电路（6学时）一、实验目的1、熟悉电子元器件和电路实验箱。
2、掌握放大器静态工作点的调试方法及其对放大器性能的影响。
3、学习测量放大器静态工作点Q、Av 、ri、ro的方法，了解共射电路特性。
4、学习放大器的动态特性。
二、实验内容1、装接电路2、静态调整及测量：V BE、V CE、I C、I B。
3、动态研究：Av、动态范围、失真。
4、测量r i、r o。
三、实验报告1、注明完成的实验内容和思考题，整理实验数据，简述相应基本理论。
2、写出实验中感受最深的一个问题的详细报告（现象、分析、结论、体会）。
实验二两级放大电路（3学时）一、实验目的1、掌握合理设置静态工作点。
2、学会放大器频率特性测量方法。
3、了解失真及消除方法。
二、实验内容1、设置静态工作点Q、并测量。
2、负载变化对放大倍数Av的影响。
3、测量频率特性。
三、实验报告1、记录、整理实验数据，分析实验结果。
2、画出频率特性简图，标出f H 、f L。
3、写出增加频率范围的方法。
实验三负反馈放大电路（3学时）一、实验目的1、研究负反馈对放大器性能的影响。
2、掌握负反馈放大器性能的测试方法。
二、实验内容1、A vo、A vf的测试。
2、负反馈对失真的改善作用。
占空比可调的方波发生器
（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 = , = .假设t=0时， = ，且C上起始电压为零，这时， 通过R向C充电，C上电压按指数规律上升，直到其值等于 时， 由 下跃到 。C将通过R放电。C上电压按指数规律下降，直到其值等于 时， 由 上跃到 。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+ ).
三、实验设计总结或结论
作为整个学习体系的有机组成部分，此次课程设计虽然只安排短短一周时间，但并不具有绝对独立的意义。它的意义很广泛可是对于我们而言，其中最重要的一个功能，在于运用学习成果，检验学习成果，看一看课堂学习与实际动手到底有多大距离，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，改变学习内容与方法提供实践依据。
图（12） 迟滞比较器构成方波发生器
2.5制作调试过程
2.5.1电路板焊接
（1）依照原理图将各个元器件安放在电路板上并布局。
（2）进行焊接。焊接过程中要边焊接边检查，防止漏焊、连焊。
方波振荡占空比可调电路分析
方波振荡占空比可调电路分析通过上述电路调试，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 0U NU PU z U c R 3R 2R 1R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。
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实验十七占空比可调的矩形波振荡器
一、实验目的
1. 通过占空比可调的矩形波振荡器的设计，进一步熟悉集成运算放大器的应用。
2. 进一步熟悉常用电子仪器的正确使用方法；正确记录并分析实验结果。
3. 学会设计实验总结报告。
4. 熟悉EWB仿真软件的使用。
二、设计任务与要求
设计一个占空比可调的矩形波振荡器电路。
1. 根据要求查阅资料，确定实验方案。
2. 要求先用Multisim仿真软件进行仿真，确定元器件参数，并打印出仿真电路图（要求显示示波器的全部面板图并调整标尺使之显示“T2-T1=？”，即振荡器的振荡周期，在图中标出稳压管的稳压值）、输出波形图，波形图应包括占空比分别为20％、50％、80％时的波形，最后到实验室进行实验。
3. 电路用μA741集成运算放大器构成。
4. 要求电路的振荡频率为300H Z，输出电压的峰峰值14V。
5. 应根据ELA-Ⅱ型模拟电路实验仪所提供的元器件设计电路。
6. 预习报告中应包括元器件的有关资料，参数计算及电路的详细工作原理。
7. 自拟实验步骤，进行测试，将实测值和理论值进行比较。
8. 写出设计报告。
三、设计实验报告要求
设计实验总结报告是学生对规定实验内容设计全过程的系统总结。
学生应按规定的格式编写设计报告。
其主要内容有：
1. 课题名称、班级、姓名、同组人。
2. 实验目的
3. 设计任务与要求。
4. 方案选择与电路工作原理。
5. 单元电路原理图，总体电路图，以及它们的说明；单元电路的设计方案与计算说明；元器件选择和电路参数计算的说明等。
6. 电路调试。
对电路调试过程中出现的问题进行分析，并说明解决的措施；记录、整理测试结果。
将测量值和理论计算值进行比较。
7. EWB仿真结果。
8. 实验收获和体会、存在的问题和进一步的改进意见等。
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