实验六、占空比可调的矩形波发生器

• 一、实验要求
• 二、设计任务与要求
• 三、设计实验报告要求

• 一、实验要求
  • 查阅资料，确定方案
  • 用 Multisim 进行验证，并打印电路、输出波形、元器件参数表
  • 电路基于uA741集成运算放大器构成
  • 要求电路震荡频率为300Hz，输出电压峰峰值为14v

• 二、设计任务与要求

  设计一个占空比可调的矩形波震荡电路

  • 根据ELA-II型电路实验仪器所提供的元器件设计电路
  • 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
  • 自拟实验步骤，进行测试，将理论值与实测值进行比较

元器件清单

原件序号	型号	主要参数	数量	备注
U1	uA741	电源±12~18V	1	实验箱提供-12V、+12V电源
R1	电位器	10K	1	可以1.7k电阻代替
R2	电位器	1K	1	可用700R电阻代替
R5	电位器	100K	1
R3	电阻	2K	1
R4	电阻	4K	1
C1	电容	0.1uF	1
VDC	电源	-12V、+12V	2
D1、D2	D1N4148	整流二极管	2	对二极管型号无要求

uA741引脚图

设计思路

利用RC震荡电路及选频网络产生频率可调的正弦信号，然后通过电压比较器将正弦波信号转换成同频的方波信号。
最后接入调幅网络，产生幅度、频率可调的方波

电路

电路图分析

因为矩形波电压只有两种状态，不是高电平就是低电平，所以电压比较器是它的重要组成部分；因为产生振荡，就
要求输出的两种状态自动地相互装换，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
产生周期性变化，所以输出电路中要有延时环节来确定每种状态维持的时间。图所示矩形波发生电路，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。
通过分析可知，想改变输出电压的占空比，就必须使电容正向充电和反向充电的时间常数不同，即两个回路的参数
不同。利用二极管的单向导电性可以引导电流流经不同的通路，占空比可调电路如图所示

反馈系数

$$\pm U=\pm \frac{R}{R+R}{U}_z$$

频率计算公式

$$T=2(R_3+R_w)C_{1}ln(1+\frac{2R_2}{R_4})$$
$$T=(4+100)\ast 0.1\ast ln(1+\frac{2}{4})=4.22ms$$
$$F=\frac{1}{T}=237Hz$$

占空比计算公式

$$q=\frac{t_w}{T}=\frac{R_w^{\prime }+r_{D1}+R_1}{R_w+r_{D1}+r_{D2}+2R_1}$$

通过调节R'_w、R_1,改变占空比

范围
$$\frac{R_3}{2R_3+R_w}<\sigma <\frac{R_3+R_w}{2R_3+R_w}$$
$$q_{min}=\frac{0+2}{100+2\ast 2}=0.019$$
$$q_{max}=\frac{100+2}{100+2\ast 2}=0.981$$

可调范围： 1.9% - 98.1%

波形

2}{100+22}=0.019 q_{max} = \frac{100+2}{100+22}=0.981$$

可调范围： 1.9% - 98.1%

波形

2021-6-7