555定時(shí)器產(chǎn)生三種波形發(fā)生器講解

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目 錄摘要各種電器設(shè)備要正常工作，常常需要各種波形信號(hào)的支持。電器設(shè)備中常用的信號(hào)有正弦波、矩形波、三角波和鋸齒波等。在電器設(shè)備中，這些信號(hào)是由波形產(chǎn)生和變換電路來提供的。波形產(chǎn)生電路是一種不需外加激勵(lì)信號(hào)就能將直流能源轉(zhuǎn)化成具有一定頻率、一定幅度和一定波形的交流能量輸出電路，又稱為振蕩器或波形發(fā)生器。在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。波形發(fā)生器通過與波形變換電路相結(jié)合，它能產(chǎn)生正弦波、矩形波、三角波和階梯波等各種波形，能滿足現(xiàn)代測量、

2、通信、自動(dòng)控制和熱加工、音視頻設(shè)備及數(shù)字系統(tǒng)等對(duì)各種信號(hào)源的需求。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把音頻（低頻）、視頻信號(hào)或脈沖信號(hào)運(yùn)載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器等。關(guān)鍵字：方案確定、參數(shù)計(jì)算、信號(hào)、發(fā)生器等。第一章 方案提出三種波形都是比較簡單且常見的波形，產(chǎn)生的方法由很多種，可以先產(chǎn)生方波，然后得到三角波和正弦波，也可以先得到正弦波，然后翻過來再輸出另外兩種波形;可以用集成芯片，同時(shí)也可以用運(yùn)用各種元器件來實(shí)現(xiàn)振蕩電

3、路。（1）利用專用直接數(shù)字合成芯片的函數(shù)發(fā)生器。（2）可以選用專門的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，如8038 （3）由555定時(shí)器所構(gòu)成的多諧振動(dòng)器產(chǎn)生方波, 方波經(jīng)過積分器的作用產(chǎn)生三角波，三角波在經(jīng)過差分放大電路的非線性轉(zhuǎn)換為正弦波。比較以上幾種方案：（1）方案比較簡單同時(shí)也能產(chǎn)生任意波形并達(dá)到很高的頻率。但成本較高。（2）它們雖然能夠甚好的實(shí)現(xiàn)波形的產(chǎn)生但是功能較少，太單一。（3）過程相對(duì)來說比較繁瑣，但是思路很明亮，同時(shí)，555定時(shí)器所構(gòu)成的多諧振動(dòng)器產(chǎn)生方波是一種和常用的信號(hào)產(chǎn)生器，很具有實(shí)用價(jià)值，同時(shí)，也很容易買到，同時(shí)選用改進(jìn)的555多諧振蕩形式產(chǎn)生方波可以通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻的阻值來調(diào)節(jié)產(chǎn)生方波

4、的頻率，產(chǎn)生的方波經(jīng)過積分器的作用產(chǎn)生三角波，三角波在經(jīng)過差分放大電路的非線性轉(zhuǎn)換為正弦波。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)，可以有效地抑制零點(diǎn)漂移因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。因此，就我個(gè)人而言，選擇第三種方案。用改進(jìn)過的555多諧振蕩形式產(chǎn)生方波，經(jīng)過積分器的作用產(chǎn)生三角波，三角波在經(jīng)過差分放大電路的非線性轉(zhuǎn)換為正弦波。電路圖如下圖.第二章 電路的基本組成及工作原理由原理圖可知該店路由三部分組成，555定時(shí)器構(gòu)成多諧振動(dòng)器、積分器、差分放大電路。第一節(jié) 系統(tǒng)組成框圖圖2.1.1總體框圖三角波方波正弦波555定時(shí)器積分網(wǎng)絡(luò)差分放大電路第二節(jié) 方波的產(chǎn)生有555定時(shí)

5、器構(gòu)成多諧振動(dòng)器產(chǎn)生方波（如下圖）圖2.2.1 方波產(chǎn)生電路 當(dāng)電容c2被充電時(shí)，2和6引腳的電壓都上升，此時(shí)二極管D1導(dǎo)通，接通+12V電源后，電容C被充電，Vc上升，當(dāng)Vc上升到2Vcc/3時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，同時(shí)放電BJT T導(dǎo)通，此時(shí)輸出電平Vo為低電平，電容C通過R2和T放電，使Vc下降。當(dāng)Vc下降到Vcc/3時(shí)，觸發(fā)器又被置位，Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。 電容器C經(jīng)R2，R23，R21他們此時(shí)說分的總阻值設(shè)為R1放電,放電所需的時(shí)間為： tPL=R1C ln20.7 R1C；      當(dāng)C放電結(jié)束時(shí)，T截止，Vcc將通過R1、R22、R21

6、所分得的阻值為R2向電容器C充電，Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3所需的時(shí)間為                              tPH=R2C ln20.7R2C；    當(dāng)Vc上升到2Vcc/3時(shí)，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端就得到了

7、一個(gè)周期性的方波，其頻率為 f=1 / (tPL+tPH) 1.43 / (R1+R2) C穩(wěn)態(tài)時(shí)555電路輸入端處于電源電平，部放電開關(guān)管T導(dǎo)通，輸出端Vo輸出低電平，當(dāng)有一個(gè)外部負(fù)脈沖觸發(fā)信號(hào)加到Vi端。并使2端電位瞬時(shí)低于1/3Vcc，低電平比較器動(dòng)作，單穩(wěn)態(tài)電路即開始一個(gè)穩(wěn)態(tài)過程，電容C開始充電，Vc按指數(shù)規(guī)律增長。當(dāng)Vc充電到2/3Vcc時(shí)，高電平比較器動(dòng)作，比較器A1翻轉(zhuǎn)，輸出Vo從高電平返回低電平，放電開關(guān)管T重新導(dǎo)通，電容C上的電荷很快經(jīng)放電開關(guān)管放電，暫態(tài)結(jié)束，恢復(fù)穩(wěn)定，為下個(gè)觸發(fā)脈沖的來到作好準(zhǔn)備。波形圖見圖2.2.2。圖2.2.2 同時(shí)電路的頻率可以通過調(diào)節(jié)電阻R21、R

8、22、R23來改變電路的頻率，從而使得電路的頻率可以在一定的圍進(jìn)行調(diào)節(jié)。第三節(jié) 由方波輸出為三角波（利用積分器來實(shí)現(xiàn)）圖2.3.1 波形發(fā)生器及圖形 如上圖是一個(gè)由方波轉(zhuǎn)換為三角波的電路圖及其輸出波形 當(dāng)A很大時(shí)，運(yùn)放兩輸入端為"虛地"，忽略流入放大器的電流，令輸入電壓為Vi輸出為Vo，流過電容C的電流為i1則 ，有                     即輸出電壓

9、與輸入電壓成積分關(guān)系。    當(dāng) 為固定值時(shí)                 上式表明 輸出電壓按一定比例隨時(shí)間作直線上升或下降。當(dāng) 為矩形波時(shí)， 便成為三角波。此外，由于電容和滑動(dòng)變阻器的存在，使得輸出的三角波在輸入矩形波頻率一定的時(shí)候也能適當(dāng)調(diào)整，同時(shí)電容的存在，又濾除了其他波的干擾。提高了系統(tǒng)的抗干擾性。第四節(jié) 由三角波輸出正弦波圖2.4.1 波形轉(zhuǎn)換 分析表明，傳輸特性曲線的表達(dá)式為： i

10、C=aI/1+exp(-Uid/UT) I 差分放大器的恒定電流； UT 溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)室溫為25oc時(shí)， 26mV。如果Uid為三角波，設(shè)表達(dá)式為 Uid(t)=4*Um*(t-T/4)/T (0<=t<=T/2) Uid(t)=-4*Um*(t-3*T/4)/T (T/2<=t<=T) 式中 Um三角波的幅度； T三角波的周期。 為使輸出波形更接近正弦波， （1）傳輸特性曲線越對(duì)稱，線性區(qū)越窄越好。（2）三角波的幅度Um應(yīng)正好使晶體管接近飽和區(qū)或截止區(qū)。（3）圖為實(shí)現(xiàn)三角波正弦波變換的電路。其中RP1調(diào)節(jié)三角波的幅度，RP2調(diào)整電路的對(duì)稱性，其并聯(lián)電阻RE2用來

11、減小差分放大器的線性區(qū)。電容C6,C7為隔直電容，C7為濾波電容，以濾除諧波分量，改善輸出波形。隔直電容C6、C7要取得較大，因?yàn)檩敵鲱l率很低，取 ，濾波電容視輸出的波形而定，若含高次斜波成分較多， 可取得較小， 一般為幾十皮法至0.1微法。RE13=100歐與R25=100歐姆相并聯(lián)，以減小差分放大器的線性區(qū)。 第三章 555定時(shí)器的介紹555定時(shí)器是一種應(yīng)用極為廣泛的中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而廣泛用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。     目前生產(chǎn)的定時(shí)器有雙極型和CMOS兩種

12、類型，其型號(hào)分別有NE555(或5G555)和C7555等多種。它們的結(jié)構(gòu)及工作原理基本相同。通常，雙極型定時(shí)器具有較大的驅(qū)動(dòng)能力，而CMOS定時(shí)器具有低功耗、輸入阻抗高等優(yōu)點(diǎn)。555定時(shí)器工作的電源電壓很寬，并可承受較大的負(fù)載電流。雙極型定時(shí)器電源電壓圍為516V，最大負(fù)載電流可達(dá)200mA；CMOS定時(shí)器電源電壓圍為318V，最大負(fù)載電流在4mA以下。第一節(jié) 電路組成圖12.1-1為555集成定時(shí)器555定時(shí)器的電氣原理圖和電路符號(hào)，其由五個(gè)部分組成：（1）由三個(gè)阻值為5k的電阻組成的分壓器；（2）兩個(gè)電壓比較器C1和C2： v+v，vo=1； v+v，vo=0。（3）基本RS觸發(fā)器；（4

13、）放電三極管T及緩沖器G 圖3.1.1 555定時(shí)器的電氣原理圖和電路符號(hào) (a)原理圖 （b）電路符號(hào)第二節(jié) 引腳的作用1引腳：接地端，與地相接；2引腳：觸發(fā)輸入端；3引腳: 電壓輸出端；4引腳：RD復(fù)位端：當(dāng) 端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論 、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。5引腳: 電壓控制端；若此端外接電壓，則可改變部兩個(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。6引腳: 閾值輸入端；7引腳：放電端；8引腳： 電源輸入端。外接電源VCC，雙極型時(shí)基電路VCC的圍是4.5 16V，CMOS型時(shí)基電路VCC的圍為3

14、 18V。一般用5V。第三節(jié) 基本功能當(dāng)5腳懸空時(shí)，比較器C1和C2的比較電壓分別為和（1）當(dāng)vI1>，vI2>時(shí)，比較器 C1輸出低電平，C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器被置0，放電三極管T導(dǎo)通，輸出端vO為低電平。（2）當(dāng)vI1<，vI2<時(shí)，比較器 C1輸出高電平，C2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器被置1，放電三極管T截止，輸出端vO為高電平。（3）當(dāng)vI1<，vI2>時(shí)，比較器 C1輸出高電平，C2也輸出高電平，即基本RS觸發(fā)器R=1，S=1，觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路亦保持原狀態(tài)不變。由于閾值輸入端(vI1) 為高電平（>）時(shí)，定時(shí)器輸出低電平，因此也將

15、該端稱為高觸發(fā)端（TH）。因?yàn)橛|發(fā)輸入端(vI2)為低電平（<）時(shí)，定時(shí)器輸出高電平，因此也將該端稱為低觸發(fā)端（TL）。如果在電壓控制端（5腳）施加一個(gè)外加電壓（其值在0VCC之間），比較器的參考電壓將發(fā)生變化，電路相應(yīng)的閾值、觸發(fā)電平也將隨之變化，并進(jìn)而影響電路的工作狀態(tài)。另外，RD為復(fù)位輸入端，當(dāng)RD為低電平時(shí)，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出vo為低電平，即RD的控制級(jí)別最高。正常工作時(shí)，一般應(yīng)將其接高電平。表3.3.3 555定時(shí)器功能表閾值輸入(vI1) 觸發(fā)輸入(vI2) 復(fù)位(RD) 輸出(vO) 放電管T × × 0 0 導(dǎo)通< < 1 1

16、截止> > 1 0 導(dǎo)通< > 1 不變 不變第四章 元件清單符號(hào)類型數(shù)目R22 R23 可調(diào)電阻2R1,R2,R3電阻3R4可調(diào)電阻1R6,R7電阻2R13電阻1R5滑動(dòng)電阻1R25滑動(dòng)電阻1R8，R9電阻2R10,R11電阻2D1，D2二極管2A運(yùn)放1Q1,Q2,Q3,Q4三極管4C1,C2,C3,C5電容4C4電容1C6,C7,C8電容3NE555555計(jì)時(shí)器1第五章 總結(jié)經(jīng)過這些天的課程設(shè)計(jì)，使我明白課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)和綜合，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還很多，以前老是覺得自

17、己什么東西都會(huì)，什么東西都容易懂，有點(diǎn)眼高手低。通過這次課程設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。在這次的設(shè)計(jì)中雖然遇到了很多的問題，認(rèn)識(shí)了一些以前不了解或者不知道的元件，有些雖然沒有用到，但是學(xué)習(xí)是無限的，雖然第一次做課程設(shè)計(jì)有很多困難，但是，當(dāng)自己搞成的 時(shí)候有無比的喜悅，一種很自豪的感覺。我感覺設(shè)計(jì)是對(duì)學(xué)習(xí)知識(shí)的運(yùn)用和個(gè)人自己的能力的全面體現(xiàn)，體現(xiàn)了一個(gè)人學(xué)以致用的能力。只有在真正的運(yùn)用中才能更好的掌握知識(shí)，這樣的學(xué)習(xí)才會(huì)有效率，才能長久的記憶。在設(shè)計(jì)過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方

18、式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的也不太好，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。同時(shí)，通過對(duì)多種方案的分析討論讓我們明白在對(duì)于不同的環(huán)境和要求相應(yīng)的要作出最合適的選擇的合理性和重要性。附錄及參考文獻(xiàn)第一節(jié) 附錄一 多諧振蕩器產(chǎn)生矩形脈沖波的自激振蕩器在數(shù)字電路中,常常需要一種不需外加觸發(fā)脈沖就能夠產(chǎn)生具有一定頻率和幅度的矩形波的電路。由于矩形波中除基波外,還含有豐富的高次諧波成分,因此我們稱這種電路為多諧振蕩器。它常常用作脈沖信號(hào)源。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài),只具有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài),在自身因素的作用下,電路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間來回轉(zhuǎn)換。 電路組成及其工作原理： 圖6.1.1用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖6.1.1為555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，接通VCC后，VCC經(jīng)R1和R2對(duì)C充電。當(dāng)uc上升到2VCC/3時(shí)，uo=0，T導(dǎo)通，C通過R2和T放電，uc下降。當(dāng)uc下降到VCC/3時(shí)，uo又由0變