之前已知的具有调节占空比的RC矩形脉冲发生器方案都有一个无法根除的缺点：改变脉冲填充因子(D)会不可避免地改变所生成的频率。我在别处描述了具有单独频率和填充因子控制的发生器方案(参考文献1~3)。以下是针对RC发生器中独立频率和填充因子调整问题的两种新解决方案。
图1：此逻辑门矩形脉冲发生器具有可调频率和占空比。
图1中的发生器工作原理如下：当将设备开启时，电容器C1放电，因此U1A(U1)的输出为高电平。这个高电平输出通过D1-R4链路对电容器C1快速充电，直到C1达到逻辑元件从低变高的开关电压阈值，此时U1A的输出变低。当U1A的输出变低时，电容器开始通过R1和R2+R3的并联组合遵循指数曲线放电(图2)。当C1达到从高变低的开关阈值时，U1A的输出变为高电平，然后循环往复。
图2：发生器所产生的脉冲序列与输出占空比无关。
U1A开关阈值的滞回特性有助于决定所产生的脉冲序列的频率。使用15V的电源电压(Vdd)以及CD4093数据手册(第4页)中所给出的公式，开关频率大致为：
f (单位：kHz) = 1,152/(Rs × C1)
其中，Rs = ((R1 × R2) + (R1 × R3))/(R1 + R2 + R3)
由于电位器的连接方式，电路所看到的电阻R3是可变的，因此电位器可用于设置频率。发生器会在200Hz至1100Hz的频率范围内可靠运行，并在向上至少500kHz的频率下保持运行。
逻辑元件U1B的输入引脚也连接到电容器C1以及电位器R1的中间引脚。调整这个充当分压器的电位器，就可以调整U1B输入引脚6上所看到的C1电压的比例。这个比例越大说明输入会越快达到开关阈值，而其越小则会越慢达到阈值。然后，调整R1就可以平滑地更改逻辑元件U1B开关周期中的时刻，从而调整其输出脉冲的宽度(Uout)。该电路可实现从接近0%到100%的占空比。此外，这种占空比调整不会影响所生成的频率。
图3：此锯齿波脉冲发生器也具有可调节的占空比。
图3中所示的另一种矩形脉冲发生器可在27Hz到1000Hz的频率范围内运行，并且还可以单独调整频率和填充因子。该电路由锯齿波脉冲发生器(U1 CD40106)和具有可调开关阈值的比较器(U2 LM339)所组成。
锯齿波脉冲发生器使用Q1为U1A CD40106元件所创建的RC发生器提供稳定的电流源。这种组合可在电容器C1上产生一个锯齿形电压，当频率改变时，它的形状不会改变(图4)。电位器R2用来控制电流源，从而控制C1的充电速率，进而决定脉冲频率。电位器R6用来控制比较器(U2A LM339)的开关阈值，并相应地控制输出(Uout)波形的填充因子。电阻器R5和R7用来为调整脉冲填充因子D设置限值。
图4：锯齿波的线性上升时间确保了占空比也是电位器设置的线性函数。
由于电容C1上的电压随时间线性变化，调节电位器R6时输出信号的宽度也呈线性变化。这就与第一个发生器形成对比，第一个发生器是对填充因子进行非线性调整。
本文授权编译自EDN姐妹网站Planet Analog，原文参考链接：Rectangular pulse generators feature independent frequency and duty-cycle adjustment。由赵明灿编译。）
本文为《电子技术设计》2021年7月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。
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