大家都熟知具有調(diào)節(jié)占空比的RC矩形脈沖發(fā)生器方案都有一個無法根除的缺點：改變脈沖填充因子(D)會不可避免地改變所生成的頻率。筆者曾經(jīng)描述了具有單獨頻率和填充因子控制的發(fā)生器方案，本文就此問題提供兩種新解決方案。
大家都熟知具有調(diào)節(jié)占空比的RC矩形脈沖發(fā)生器方案都有一個無法根除的缺點：改變脈沖填充因子(D)會不可避免地改變所生成的頻率。筆者曾經(jīng)描述了具有單獨頻率和填充因子控制的發(fā)生器方案(參考文獻1~3)，本文就此問題提供兩種新解決方案。
圖1：此邏輯門矩形脈沖發(fā)生器具有可調(diào)頻率和占空比。
圖1中的發(fā)生器工作原理如下：當將設備開啟時，電容器C1放電，因此U1A(U1)的輸出為高電平。這個高電平輸出通過D1-R4鏈路對電容器C1快速充電，直到C1達到邏輯元件從低變高的開關電壓閾值，此時U1A的輸出變低。當U1A的輸出變低時，電容器開始通過R1和R2+R3的并聯(lián)組合遵循指數(shù)曲線放電(圖2)。當C1達到從高變低的開關閾值時，U1A的輸出變?yōu)楦唠娖剑缓笱h(huán)往復。
圖2：發(fā)生器所產(chǎn)生的脈沖序列與輸出占空比無關
U1A開關閾值的滯回特性有助于決定所產(chǎn)生的脈沖序列的頻率。使用15V的電源電壓(Vdd)以及CD4093數(shù)據(jù)手冊(第4頁)中所給出的公式，開關頻率大致為：
f (單位：kHz) = 1,152/(Rs × C1)
其中，Rs = ((R1 × R2) + (R1 × R3))/(R1 + R2 + R3)
由于電位器的連接方式，電路所看到的電阻R3是可變的，因此電位器可用于設置頻率。發(fā)生器會在200Hz至1100Hz的頻率范圍內(nèi)可靠運行，并在向上至少500kHz的頻率下保持運行。
邏輯元件U1B的輸入引腳也連接到電容器C1以及電位器R1的中間引腳。調(diào)整這個充當分壓器的電位器，就可以調(diào)整U1B輸入引腳6上所看到的C1電壓的比例。這個比例越大說明輸入會越快達到開關閾值，而其越小則會越慢達到閾值。然后，調(diào)整R1就可以平滑地更改邏輯元件U1B開關周期中的時刻，從而調(diào)整其輸出脈沖的寬度(Uout)。該電路可實現(xiàn)從接近0%到100%的占空比。此外，這種占空比調(diào)整不會影響所生成的頻率。
圖3：此鋸齒波脈沖發(fā)生器也具有可調(diào)節(jié)的占空比
圖3中所示的另一種矩形脈沖發(fā)生器可在27Hz到1000Hz的頻率范圍內(nèi)運行，并且還可以單獨調(diào)整頻率和填充因子。該電路由鋸齒波脈沖發(fā)生器(U1 CD40106)和具有可調(diào)開關閾值的比較器(U2 LM339)所組成。
鋸齒波脈沖發(fā)生器使用Q1為U1A CD40106元件所創(chuàng)建的RC發(fā)生器提供穩(wěn)定的電流源。這種組合可在電容器C1上產(chǎn)生一個鋸齒形電壓，當頻率改變時，它的形狀不會改變(圖4)。電位器R2用來控制電流源，從而控制C1的充電速率，進而決定脈沖頻率。電位器R6用來控制比較器(U2A LM339)的開關閾值，并相應地控制輸出(Uout)波形的填充因子。電阻器R5和R7用來為調(diào)整脈沖填充因子D設置限值。
圖4：鋸齒波的線性上升時間確保了占空比也是電位器設置的線性函數(shù)
由于電容C1上的電壓隨時間線性變化，調(diào)節(jié)電位器R6時輸出信號的寬度也呈線性變化。這就與第一個發(fā)生器形成對比，第一個發(fā)生器是對填充因子進行非線性調(diào)整。
參考文獻
- The pulse generator with separate adjustment of frequency and duty cycle, M.A. Shustov, Radioamateur (Belarus), No 9, p. 21, 2018.
- Rectangular Pulse Generator with Independent Frequency and Duty Cycle Control, M.A. Shustov, Radiolotsman (Russia), No 5, pp. 52–53, 2018.
- Independent Width and Frequency Adjustment Bipolar Impulser, M.A. Shustov, Radiolotsman (Russia), No 5, pp. 54–55, 2018.
（本文授權編譯自EDN姐妹網(wǎng)站Planet Analog，原文參考鏈接：Rectangular pulse generators feature independent frequency and duty-cycle adjustment。由趙明燦編譯。）
本文轉(zhuǎn)載自《電子技術設計》網(wǎng)站
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