555做的型号发生器Word文件下载.docx

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3、设计方案论证：

信号发生器一般由一个电路产生方波或者正弦波，通过波形变换得到其他几种波形。

考虑到RC震荡产生正弦波的频率调节不方便且可调频率范围较窄，本设计采用先产生方波，后变换得到其他几种波形的设计思路。

采用555组成的多谐振荡器可以在接通电源后自行产生矩形波，再通过积分电路将矩形波转变为三角波，再经积分网络转变为正弦波。

波形转变框架图

思路

三角波

多谐振荡器

方波

正弦波

积分器（低通滤波）

积分器波

﹍

4整体电路设计和分析计算

㈠555定时器接成多谐振荡器工作形式产生方波

（1）555定时器芯片工作原理,功能及应用

555定时器是一种数字电路与模拟电路相结合的中规模集成电路。

该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳态触发器和多谐振荡器等，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。

555定时器产品有TTL型和CMOS型两类。

TTL型产品型号的最后三位都是555，CMOS型产品的最后四位都是7555，它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。

555定时器的电路如图9-28所示。

它由三个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电晶体管T、与非门和反相器组成。

555定时器原理图

分压器为两个电压比较器C1、C2提供参考电压。

如5端悬空（也可对地接上0.01uF左右的滤波电容），则比较器C1的参考电压为

，加在同相端；

C2的参考电压为

，加在反相端。

u11是比较器C1的信号输入端，称为阈值输入端；

u12是比较器C2的信号输入端，称为触发输入端。

￣RD是直接复位输入端。

当￣RD为低电平时，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端u0为低电平。

u11和u12分别为6端和2端的输入电压。

当u11>

，u12>

时，C1输出为低电平，C2输出为高电平，，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端u0为低电平。

当u11<

，u12<

时，C1输出为高电平，C2输出为低电平，基本RS触发器被置1，晶体管T截止，输出端u0为高电平。

2/3Ucc，u12>

1/3Ucc时，基本RS触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。

◆综上所述，可得555定时器功能如表所示。

◆555定时器的电路功能

输入

输出

阀值输入（V11）

触发输入（V12）

复位（￣RD）

输出（V0）

放电管T

×

<

>

>

0

1

1

不变

导通

截止

（2）用555定时器组成的多谐振荡器如下图所示

接通电源后，电容C2被充电，当Vc上升到

时，使V0为低电平放电三极管T导通，此时电容C2通过R3.R7.T放电，Vc下降。

当Vc下降到

时，V0翻转为高电平。

放电结束时，T截止，Vcc通过R2→R3→RP→C2向电容C2充电，当Vc从

上升到

时，电路又翻转为低电平。

如此周而复始，在输出端得到一个周期性的矩形波。

波形图大致如下

电容C2放电所需的时间为：

Tpl=（R3+RP’）C2㏑21-1

电容C2充电所需的时间为：

Tph=（R3+R2+RP’）C2㏑21-2

占空比=

1-3

振荡频率f=

1-4

㈡积分电路产生三角波

电路的时间常数R*C，构成积分电路的条件是电路的时间常数必须要大于或等于10倍于输入波形的宽度。

Uo=Uc=（1/C）∫icdt,因Ui=UR+Uo,当t=to时，Uc=Oo.随后C充电，由于RC≥Tk,充电很慢，所以认为Ui=UR=Ric,即ic=Ui/R,故

　　Uo=（1/c）∫icdt=（1/RC）∫Uidt

　　这就是输出Uo正比于输入Ui的积分（∫Uidt）

RC电路的积分条件：

RC≥Tk

当输入信号为方波时，积分电路的输出为三角波

㈢RC低通滤波器

1、电路的组成

所谓的低通滤波器就是允许低频信号通过，而将高频信号衰减的电路，RC低通滤波器电路的组成如图所示。

三角波可以分解成由无数不同频率的正弦波组成的复合波。

当输入信号为三角波时，用低通滤波器将其高频成分滤掉后，波形将不再有尖顶部分，波形变得圆滑，从而变成类正弦波。

波形大致如下

图中的相位移动是由于RC网络成感性引起的。

2、电压放大倍数

令

，则

RC低通电路的频响特性

的模和幅角为

RC低通电路的幅频特性

RC低通电路的相频特性

5电路仿真分析

由上面分析可以做出如上图所示的电路原理图

上图中发光二极管支路为电源指示支路，二极管正常发光，说明电路供电正常；

C1滤掉电源中的交流不稳定成分；

C4为隔直电容，滤掉多谐振荡器中输出中的直流成分；

R4与C5组成积分电路，将方波变成三角波；

然后经过两级滤波将三角波高频分量去除，变成类正弦波输出。

6电路安装与调试

Multisim仿真电路图如下

仿真波形图

上图从上到下为方波、三角波、一次滤波输出、二次滤波输出。

一次滤波和二次滤波的输出均为类正弦波，不考虑干扰情况下，二次输出的波形由于滤掉了更多的高频分量，理论上更接近正弦波。

Multisim仿真结果

RP=0%时

仿真波形

周期

峰峰值

矩形波

1.272ms

4.998v

333.147mv

一次滤波的正弦波

48.983mv

二次滤波的正弦波

9.854mv

RP=100%时

969.828us

5.008v

255.533mv

30.351mv

4.802mv

7实验结果和误差分析

实物测量的结果如下：

250us*6=1.5ms

3.4v

1.5ms

300mv

68mv

8mv

250*3.2=800us

800us

170mv

32mv

3mv

误差分析：

1.测量时直流电源引起的误差

在MULTISIM仿真过程中，直流电源VCC接的是5V，而实际中的电源并不是准确的+5v。

2.元器件误差

在购买元器件时，没买到62K电阻和20K电位器，用68K电阻和47K的电位器代替，从理论上讲，这样的调整会加大频率的可调范围。

在MULTISIM上仿真时，各种元器件的值都是按标准值计算的，而在实际的测量中，各种元器件的值都与标准值有出入。

3.焊接时导线引起的误差

在电路焊接的过程中，焊点、导线等也存在着不可避免的误差

4.测量是各种仪器仪表引起的误差

5.人为误差

缺陷：

在实验测量波形图发现测得的正弦波很不明显，波形频率的可调范围小，误差较大。

正弦波不明显的可能原因：

因为此电路中的正弦波是从三角波经低通滤波器而来，由傅里叶变换将三角波转变为直流及正弦波各次谐波的形式经过R5.C6组成的低通滤波器输出来，可能含有多次谐波，使所得的正弦波失真，所以要改善正弦波，可以考虑改电容的大小使其他谐波的影响降低。

波形频率的可调范围小的原因:

在本实验的电路图中电位器RP的最大值是20K，而R2有62K所以波形的频率为f=f=

≈

由该式子可知RP对整个电路的频率影响不大，所以要想扩大频率范围可以尝试加大RP的阻值。

误差较大的原因：

根据上述实验误差分析最后输出的波形应是每阶段误差的叠加，要减少误差，应该采用比较精确的仪器，而且本实验的设计也存在不妥之处，用三角波积分转变为正弦波在理想状态下也是一个近似值，而在实验过程中存在很多的干扰及试验中的累积性误差，是得到的波形存在较大的失真。

还有很多影响的因素在实验之前没有考虑到。

8实验总结

本次试验的最终结果，是由多次调整得到的，在实践中，出现过以下问题：

1）第一次测量时，没能出现任何波形，所有的输出均为直线。

最初判定原因为555芯片是坏的，因为只要芯片能正常工作，就不可能没有任何波形。

但经过更换芯片后，仍然没有波形，说明电路焊接过程出现问题。

后经过对照电路图发现，原因为555芯片的7脚没有连接到电路中，致使芯片电路无法对电容C2进行正常的充放电，使电路无法产生波形。

现对555芯片7脚作用做一下简要介绍：

555芯片的多谐震荡电路要根据6引脚及2引脚上电压的大小,来决定3引脚输出高电平还是低电平。

输出有高低变化,7引脚就有个对地截止和导通的变化.当对地导通时,是放电。

6引脚和2引脚的的电压高低,与电容上的电压大小有关,电容上的电压,是VCC给他充的电压,如果电容C上的电压不变化,输出就不会有高和低的变化.所以电容上的电压要由VCC充电,和7引脚对地放电,才会有输出端的高低电平输出。

2）在这个电路中，最初的设计只有一个正弦波输出端，也就是第二级滤波输出。

但在实际测量中发现，这一级的滤波输出幅值相当之小，而且干扰很大，使波形很不清晰。

为解决干扰问题，首先想到的是滤掉高频干扰波，但是又示波器显示波形的干扰幅值较大，且频率与信号波形的差别并不是特别大。

采用一般的如RC滤波的方法不仅不能有效滤波，还可能引入新的干扰，因为滤波级数越多，引入干扰的可能性越大，干扰可能越严重。

考虑到这点，便想到了第一级的输出波形，经过测量，第一级的类正弦波波形清晰，干扰相对较小，但是与标准的正弦波波形的形状差别相对更大，有相对更大的失真。

从这里也可以看出，滤波级数越多，信号衰减越严重，而且干扰越明显，但是信号形状更接近正弦波；

滤波级数越少，干扰越小，信号的强度也相对较大，但是有形状失真。

两种方式都难以摆脱失真，无法得到想要的波形。

以上考虑说明，采用RC滤波在实际操作中存在着很难避免的问题，所以想到了更换实验原理。

不采用RC滤波产生正弦波。

在资料中查到了如下电路图

本电路可以将三角波转变成正弦波，其原理并未能弄透彻，仍然存在诸多疑点，如信号如何输入，在哪里取出，没有电容是不可能得到平滑正弦曲线的，这个电容要用多大，放在那个位置等，而且没能查到相关资料，所以未能付诸实施。

3）本电路未能进行方波占空比的调节，乃是设计指出就没考虑到这个指标。

现可对其进行一下改进，使其占空比可调。

在7脚与2脚之间接入一个电位器，利用二极管的单向导电性来改变电容C2的充放电时间常数R*C,从而改变占空比。

调整后电路图及其电位器在100%时的波形图如下：

本波形图中，可以看出每隔四个周期，便会出现一个异常波形，原因是什么未能搞明白。

还望老师能帮助解决。

4）

本实验的电路，未能实现频率不变时的幅度调节，为解决此问题，可在输出前加一个放大器，在学过的电路中，单输入单输出的查分放大器在此较合适，电路图如左图：

左图为有源差分放大器，采用+-12v双电源供电，上面部分为差分放大器，左侧输入信号，右侧输出信号。

下面部分为镜像恒流源，为放大器提供稳定的直流偏置。

调节RP4可以调节放大倍数，从而调节输出信号的幅度。