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555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555用 CMOS 工艺制作的称为 7555除单定时器外还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽可在 4.5V~16V 工作7555 可在 3~18V 工作输出驱动电流约为 200mA因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。555 定时器成本低性能可靠只需要外接几个电阻、电容就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。。它内部包括两个电压比较器三个等值串联电阻一个 RS 触发器一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压CC /3 和 2CC /3 1引脚接地端与地相接 2引脚触发输入端 3引脚电压输出端 4引脚RD复位端当 端接低电平则时基电路不工作此时不论 、TH处于 何电平时基电路输出为“0”该端不用时应接高电平。 5引脚电压控制端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。 6引脚阈值输入端 7引脚放电端 8引脚电源输入端 2、研究内容
用集成555电路设计一脉冲波、三角波、正弦波电路一路输出10kHZ脉冲波另一路输出10kHZ三角波第三路输出30kHZ正弦波三路输出幅度为1V
3、设计方案 方波
用555定时器组成的多谐振荡器的典型电路如图3-3所示。R1、R2和C为定时元件C2的作用是防止干扰电压对电路的影响。接通电源后电容C1被充电当电容C1上端电压Uc1升到2Ucc/3时使555第3脚Uo为低电平同时555内放电三极管T导通此时电容C1通过R2放电Uc1下降。当Uc1下降到Ucc/3时Uo翻转为高电平。当放电结束时T截止Ucc将通过R1、R2 向电容器C2充电电路又翻转为低电平。如此周而复始于是在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。对555R1的取值一般要大于1kΩ对7555则应在2kΩ以上否则易损坏器件。波形主要参数估算公式
正脉冲宽度T1(R1R2)C㏑2≈0.7(R1R2)C
负脉冲宽度T2R2C㏑2≈0.7R2C
重复周期TT1T2≈0.7(R12R2)C
占空比D T1/T(R1R2)/ (R12R2) 仿真电路图 输出波形f1/(99.434/1000000)10.057Hz
Up1V
满足设计要求 方波到三角波
积分运算电路是模拟电路中应用较广泛的一种功能电路,它的原理电路如下图所示图中,输入信号ui经输入电阻R接入运放反相输入端,电容C接在负反馈回路中。与反相比例运算电路相比,只是将其中的反馈电阻用电容来代替,因而,积分电路也属于反相输入电路运用理想运放反相输人时的“虚短”和虚断概念可推出相关表达式在使用电路中为了防止低频信号增益过大常在电容上并联一个电阻加以限制如下图虚线所示 仿真电路图 输出波形f1/(99.434/1000000)10.057Hz
Up1V
满足设计要求 方波到正弦波 带通滤波器输入的方波滤波得到3倍基波频率的正弦波本实验为有源带通滤波器,对电阻R及电容C进行调节,从而实现对实验要求的3次谐波的提取。
二阶有源带通滤波器带通滤波器是允许某一频段内的信号通过因此它具有两个截止频率fH和fL。
通过高通滤波和低通滤波电路进行组合可获得带通滤波电路。它的电路如图3-4所示。 该电路的传递函数为
其中 对于带通滤波器Q值越高幅频响应曲线越尖锐滤波器的选择性越好。但随着曲线变尖通带范围也会相应变窄因此Q值也不能太高一般取Q≤10较好。另外从通带宽度Δf的公式可看出通过调节R4和R5的比例即可改变带宽而不会影响中心频率。 仿真电路 三倍基波频率正弦波输出波形 总体仿真电路
-
输出波形 输出波形 4、结果分析
在多次调整电路参数后得到了正确的输出波形图555多谐振荡器产生方波方波积分得到同频率正弦波方波通过带通滤波得到三倍基波频率的正弦波在电路调试的过程中出现了不同程度的波形失真555多谐振荡器产生波形失真可以归结为以下几点3端输出带负载能力有限或负载过大、4端电压不稳、5端参考电压不稳、电压质量不好、Ucc电源供电能力不足等积分电路波形失真原因可以归结为以下几点电阻电容参数选取不当、电压Ucc过小或是单电源供电、低频信号增益过大进入饱和区带通滤波电路波形失真原因可以归结为以下几点电阻电容参数选取不当、滤波器阶数太低、电压Ucc过小或是单电源供电
5、总结
555电路不仅可以构成多谐振荡器而且还可以构成单稳态触发器、锯齿波发生器、施密特触发器是一种应用广泛的集成电路任何一个周期信号都可以展开成傅里叶级数也就是若干次谐波正弦波之和根据这一原理将方波展开为傅里叶级数用带通滤波器滤得30kHZ的正弦波信号利用积分电路的积分功能不仅可以进行一些积分运算功能而且还可以将方波积分成三角波在电路设计的过程中遇到过很多问题参数也调了很久但在这基础上最基本的是要把设计电路的特性搞清楚在之后的参数计算过程中才不至于手忙脚乱。
6、参考文献
[1]陆勇.模拟集成电路基础(第三版)[M].北京中国铁道出版社2010
[2]侯建军.数字电子技术基础(第三版)[M].北京高等教育出版社2015
