555振荡电路低频段失真的研究与改进.docx

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555振荡电路低频段失真的研究与改进

毕业设计任务书

（工科及部分理科专业使用）

题目：

555振荡电路低频段失真的研究与改进

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

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学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

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日期：

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注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

摘要

针对555振荡电路低频段失真的问题进行的研究，首先对555振荡电路做了简单的介绍，555电路在电路中能得到广泛应用。

但通过实验发现，由555电路产生的波在低频段时，波形不稳定、失真，有比较大的上升沿、幅频特性不好。

这样低频端波形是不能直接应用于电路之中的，容易使后继电路产生误动作，然后，进行了555集成电路的应用分析与研究，为了便于我们分析和识别电路，更好的理解555电路，这里我们这里按555电路的结构特点进行分类和归纳，把555电路分为3大类、8种、共18个单元电路。

每个电路除画出它的标准图型，指出他们的结构特点或识别方法外，还给出了计算公式和他们的用途。

方便大家识别、分析555电路。

并以555电路定时器为例进行分析，通过设计电路是波形有所改善，使555产生的信号能在电路中得到应用。

关键词：

失真振荡触发双稳态

Abstract

Inviewoftheproblemsofthe555oscillatorcircuitfrequencydistortionoftheoscillationcircuit,thefirstofthe555todoasimpleintroduction,the555circuitcanbewidelyusedinthecircuit.Butthroughtheexperiment,thewavegeneratedbythe555circuitinlowfrequency,waveforminstability,distortion,alargerrise,amplitudefrequencycharacteristicsoflowfrequencywaveformisnotgood.Itiscannotbedirectlyappliedtothecircuit,easytomakethesubsequentcircuitmalfunction,andthen,theapplicationoftheanalysisandresearchof555integratedcircuit,inordertofacilitateouranalysisandidentificationcircuit,abetterunderstandingofthe555circuit,herewehereaccordingtothestructurecharacteristicsofthe555circuitclassificationandtheinduction,the555circuitisdividedinto3categories,8species,atotalof18unitcircuit.Eachcircuitinadditiontodrawastandardpatternofit,pointsouttheircharacteristicsandidentificationmethods,formulasandtheirapplicationsaregiven.Tofacilitatetheidentification,analysisof555circuit.Taking555timercircuitasanexample,throughthedesignofthecircuitisimprovedsothatthesignalwaveform,the555generationcanbeusedinthecircuit.

Keywords:

DistortionOscillationThetriggerBistable

目录：

摘要1

关键词：

失真振荡触发双稳态1

Abstract2

一、555振荡电路简介35

二、555时基集成电路的应用36

三、555集成定时器为例的研究41

致谢35

说明35

一、555振荡电路简介

555在电路中能得到广泛应用．但通过实验发现，由555电路产生的波在低频段时，波形不稳定、失真，有比较大的上升沿、幅频特性不好．这样低频端波形是不能直接应用于电路之中的，容易使后继电路产生误动作．因此，本人做了一些实验，认为如果要想得到低段频率，可由555电路产生的高端频率经整形分频为低端频率，再接到应用电路中实验仪器：

ST-16示波器、MF47万用表、DT930数字万用表、稳压电源、JXD-11低频信号发生器．实验材料；实验板、555集成块、3DK2B三极管、各容量的电阻、电容及二极管若干。

基本555电路的幅频特性和上升沿分析555电路内部结构的简化原理图

被充电，Vc上升，当上升到2／3V时，内部触发器被复位，同时BJTT导通，此时V。

为低电平，电容c通过R和内部T放电，使下降到1／3Vc。

时，触发器又被置位，翻转为高电平，电容器C放电所需导cD

当c放电结束时，T截止，cr将通过R、Rz向电容器C充电，由1／3℃上升到2／3，所需时间为T一（Rl+R2）Cln2~0．7（R1+R2）C．

当Vc上升到2／3V时，触发器又发生翻转，如此循环，在输出端就得到一个周期的方波。

电容c一定，调节R、尺z在处可得所需频率，实验数据用ST-16测量）．

1OHzR2—5kQR1—4．3kfl2V／div10ms／divV一2V

15HzR2：

2．6knR一4．3kn2V／div10ms／divV一3V

2OHzR2—2．6kflR一2kQ2V／div5ms／divV一4V

30HzR2—1．05knR一2kQ2V／div5ms／divV一4．4V

40HzR2=1．05knR一1．475kQ2V／div2ms／divV一5V

5OHzR2—0．69kQR一1．475kQ2V／div2ms／divV一5V

60HzR2—794flR一794kn2V／div1ms／divV一5V

10OHzR2—0．5kQRl一0．43kQ2V／div1ms／divV一5V

由表1数据作一幅频特性的曲线

555电路产生的波形频率低时，电压也低，10Hz以下的波形不是很稳定，随着频率的上升至40Hz的时候电压才趋于平稳最大为5V．低端频率不但波形不稳定，而且波形也不好，从低频的波形，我们可以清楚地看到上升沿。

用1V／div、5ms／div挡，上升沿所用时间为Tr一0．5×5ms一2.5ms．

综上所述，555电路在频率较高的时候波形稳定而且较好，但是在低端（≤10Hz）时波形不稳定，而且有比较明显的上升沿，不能达到我们的要求。

双稳态触发器和CD4017计数器分析由于双稳态触发器具有两个稳定状态，它能长期地保持在一个稳定状态下工作，只有在外加触发信号作用下才能翻转到另一个稳定状态。

故选用双稳电路作为555电路输出的整形分频单元，双稳电路是由两个直接耦合放大器互为正反馈连接构成的。

这电路也可以说是由两个反相器首尾相接构成的。

二、555时基集成电路的应用

555电路在应用和工作方式上一般可归纳为3类。

每类工作方式又有很多个不同的电路。

在实际应用中，除了单一品种的电路外，还可组合出很多不同电路。

如：

多个单稳、多个双稳、单稳和无稳，双稳和无稳的组合等。

这样一来，电路变的更加复杂。

为了便于分析和识别电路，更好的理解555电路，这里按555电路的结构特点进行分类和归纳，把555电路分为3大类、8种、共18个单元电路。

每个电路除画出它的标准图型，指出的结构特点或识别方法外，还给出了计算公式和他们的用途。

方便识别、分析555电路。

下面将分别介绍这3类电路。

单稳类电路单稳工作方式，它可分为3种。

第1种是人工启动单稳，又因为定时电阻定时电容位置不同而分为2个不同的单元，并分别以1.1.1和1.1.2为代号。

他们的输入端的形式，也就是电路的结构特点是：

“RT-6.2-CT”和“CT-6.2-RT”。

第2是脉冲启动型单稳，也可以分为2个不同的单元。

他们的输入特点都是“RT-7.6-CT”，都是从2端输入。

1.2.1电路的2端不带任何元件，具有最简单的形式；1.2.2电路则带有一个RC微分电路。

第3种是压控振荡器，单稳型压控振荡器电路有很多，都比较复杂。

为简单起见，我们只把它分为2个不同单元。

不带任何辅助器件的电路为1.3.1；使用晶体管、运放放大器等辅助器件的电路为1.3.2。

图中列出了2个常用电路。

双稳类电路这里我们将对555双稳电路工作方式进行总结、归纳。

555双稳电路可分成2种。

第一种（见图1）是触发电路，有双端输入（2.1.1）和单端输入（2.1.2）2个单元。

单端比较器（2.1.2）可以是6端固定，2段输入；也可是2端固定，6端输入。

第2种（见图2）是施密特触发电路，有最简单形式的（2.2.1）和输入端电阻调整偏置或在控制端（5）加控制电压VCT以改变阀值电压的共2个单元电路。

双稳电路的输入端的输入电压端一般没有定时电阻和定时电容。

这是双稳工作方式的结构特点。

2.2.2单元电路中的C1只起耦合作用，R1和R2起直流偏置作用。

无稳电路就是多谐振荡电路，是555电路中应用最广的一类。

电路的变化形式也最多。

为简单起见，也把它分为三种。

第一种（见图1）是直接反馈型，振荡电阻是连在输出端VO的。

第二种（见图2）是间接反馈型，振荡电阻是连在电源VCC上的。

其中第1个单元电路是应用最广的。

第2个单元电路是方波振荡电路。

第3、4个单元电路都是占空比可调的脉冲振荡电路，功能相同而电路结构略有不同。

第三种（见图3）是压控振荡器。

由于电路变化形式很复杂，为简单起见，只分成最简单的形式和带辅助器件的两个单元。

无稳电路的输入端一般都有两个振荡电阻和一个振荡电容。

只有一个振荡电阻的可以认为是特例。

例如：

3.1.2单元可以认为是省略RA的结果。

有时会遇上三端并联，只有一个电阻RA的无稳电路，这时可把它看成是3.2.1单元电路省掉RB后的变形555的3类8种18个单元电路，虽然它们不可能包罗所有555应用电路，古话讲：

万变不离其中，相信它对我们理解大多数555电路还是很有帮助的。

各种应用电路555触摸定时开关集成电路IC1是一片555定时电路，在这里接成单稳态电路。

平时由于触摸片P端无感应电压，电容C1通过555第7脚放电完毕，第3脚输出为低电平，继电器KS释放，电灯不亮。

如上图所示：

当需要开灯时，用手触碰一下金属片P，人体感应的杂波信号电压由C2加至555的触发端，使555的输出由低变成高电平，继电器KS吸合，电灯点亮。

同时，555第7脚内部截止，电源便通过R1给C1充电，这就是定时的开始。

当电容C1上电压上升至电源电压的2/3时，555第7脚道通使C1放电，使第3脚输出由高电平变回到低电平，继电器释放，电灯熄灭，定时结束。

定时长短由R1、C1决定：

T1=1.1R1*C1。

按图中所标数值，定时时间约为4分钟。

D1可选用1N4148或1N4001。

相片曝光定时器附图电路是用555单稳电路制成的相片曝光定时器。

用人工启动式单稳电路。

工作原理：

电源接通后，定时器进入稳态。

此时定时电容CT的电压为：

VCT=VCC=6V。

对555这个等效触发器来讲，两个输入都是高电平，即VS=0。

继电器KA不吸合，常开点是打开的，曝光照明灯HL不亮。

按一下按钮开关SB之后，定时电容CT立即放到电压为零。

于是此时555电路等效触发的输入成为：

R=0、S=0，它的输出就成高电平：

V0=1。

继电器KA吸动，常开接点闭合，曝光照明灯点亮。

按钮开关按一下后立即放开，于是电源电压就通过RT向电容CT充电，暂稳态开始。

当电容CT上的电压升到2/3VCC既4伏时，定时时间已到，555等效电路触发器的输入为：

R=1、S=1，于是输出又翻转成低电平：

V0=0。

继电器KA释放，曝光灯HL熄灭。

暂稳态结束，有恢复到稳态。

曝光时间计算公式为：

T=1.1RT*CT。

本电路提供参数的延时时间约为1秒~2分钟，可由电位器RP调整和设置。

电路中的继电器必需选用吸合电流不应大于30mA的产品，并应根据负载（HL）的容量大小选择继电器触点容量。

单电源变双电源电路附图电路中，时基电路555接成无稳态电路，3脚输出频率为20KHz、占空比为1：

1的方波。

3脚为高电平时，C4被充电；低电平时，C3被充电。

由于VD1、VD2的存在，C3、C4在电路中只充电不放电，充电最大值为EC，将B端接地，在A、C两端就得到+/-EC的双电源。

本电路输出电流超过50mA。

简易催眠器时基电路555构成一个极低频振荡器，输出一个个短的脉冲，使扬声器发出类似雨滴的声音。

扬声器采用2英寸、8欧姆小型动圈式。

雨滴声的速度可以通过100K电位器来调节到合适的程度。

如果在电源端增加一简单的定时开关，则可以在使用者进入梦乡后及时切断电源。

直流电机调速控制电路这是一个占空比可调的脉冲振荡器。

电机M是用它的输出脉冲驱动的，脉冲占空比越大，电机电驱电流就越小，转速减慢；脉冲占空比越小，电机电驱电流就越大，转速加快。

因此调节电位器RP的数值可以调整电机的速度。

如电极电驱电流不大于200mA时，可用CB555直接驱动；如电流大于200mA，应增加驱动级和功放级。

VD3是续流二极管。

在功放管截止期间为电驱电流提供通路，既保证电驱电流的连续性，又防止电驱线圈的自感反电动势损坏功放管。

电容C2和电阻R3是补偿网络，它可使负载呈电阻性。

整个电路的脉冲频率选在3~5千赫之间。

频率太低电机会抖动，太高时因占空比范围小使电机调速范围减小。

用555制作的D类放大器我们知道D类放大器具有体积小、效率高的特点。

这里介绍一个用555电路制作的简易D类放大器。

它是利用555电路构成一个可控的多谐振荡器，音频信号输入到控制端得到调宽脉冲信号，基本能满足一般的听音要求。

由IC555和R1、R2、C1等组成100KHz可控多谐振荡器，占空比为50%，控制端5脚输入音频信号，3脚便得到脉宽与输入信号幅值成正比的脉冲信号，经L、C3接调、滤波后推动扬声器。

风扇周波调速电路夏天要来了，电风扇又得派上用场。

这里介绍一个电风扇模拟阵风周波调速电路，可以为将我们家里的老式风扇增加一个实用功能，也算是一个迎接夏天到来的准备吧。

下面介绍其工作原理。

电路中NE555接成占空比可调的方波发生器，调节RW可改变占空比。

在NE555的3脚输出高电平期间，过零通断型光电耦合器MOC3061初级得到约10mA正向工作电流，使内部硅化镓红外线发射二极管发射红外光，将过零检测器中光敏双向开关于市电过零时导通，接通电风扇电机电源，风扇运转送风。

在NE555的3脚输出低电平期间，双向开关关断，风扇停转。

MOC3061本身具有一定驱动能力，可不加功率驱动元件而直接利用MOC3061的内部双向开关来控制电风扇电机的运转。

RW为占空比调节电位器，亦即电风扇单位时间内（本电路数据约为20秒）送风时间的调节，改变C2的取值或RW的取值可改变控制周期。

电路为MOC3061的典型功率扩展电路，在控制功率较大的电机时，应考虑使用功率扩展电路。

制作时可参考图示参数选择器件。

由于电源采用电容压降方式，请自制时注意安全，人体不能直接触摸电路板。

电热毯温控器一般电热毯有高温、低温两档。

使用时，拨在高温档，入睡后总被热醒；拨在低温档，有时醒来会觉得温度不够。

这里介绍一种电热毯温控器，它可以把电热毯的温度控制在一个合适的范围。

工作原理：

IC为NE555时基电路。

RP3为温控调节电位器，其滑动臂电位决定IC的触发电位V2和阀电位Vf，且V5=Vf=2Vz。

220V交流电压经C1、R1限流降压，D1、D2整流、C2滤波，DW稳压后，获得9V左右的电压供IC用。

室温下接通电源，因已调V2Vz，V6≥Vf时，IC翻转，3脚变为低电平，BCR截止，电热丝停止发热，温度开始逐渐下降，BG1的ICEO随之逐渐减小，V2、V6降低。

当V6元件选择：

BG1可选用3AX、3AG等PNP型锗管；BCR用400V以上的小型双向可控硅，其它元件按图标选用。

制作要点：

热敏传感器BG1可用耐温的细软线引出，并将其连同管脚接头装入。

一电容器铝壳内，注入导热硅脂，制成温度探头。

使用时，把该温度探头放在适当部位即可。

多用途延迟开关电源插座家用电器、照明灯等电源的开或关，常常需要在不同的时间延迟后进行，本电源插座即可满足这种不同的需要。

工作原理：

电路如图所示，它由降压、整流、滤波及延时控制电路等部分组成。

按下AN，12V工作电压加至延迟器上，这时NE555的②脚和⑥脚为高电平，则NE555的③脚输出为低电平，因此继电器K得电工作，触点K1-1向上吸合，这时“延关”插座得电，而“延开”插座无电。

这时电源通过电容器C3、电位器RP、电阻器R3至“地”，C3进行充电，对随着C3上的电压升高，NE555的②、⑥脚的电压越来越往下降，当此电压下降至2/3Vcc时，NE555的③脚输出由低电平跳变为高电平，这时继电器将失电而不工作，则其控制触点恢复原位，则“延关”插座失电，而“延开”插座得电。

就这样满足了不同的需求，LED、LED2作相应的指示。

本电路只要元器件是好的，装配无误，装好即可正常工作。

延时时间由C3及PR+R3的值决定，T≈1.1C3（PR+R3）。

RP指有效部分。

C3可用数十pF至1000μF的电容器，（PR+R3）的值可取2K～10MΩ。

C1的耐压值应≥400V，R1的功率应≥2W，AN按钮开关可选用K-18型的，继电器的型号为JQX-13F-12V。

其它元器件无特殊要求。

新颖实用的直流低压稳压电源新颖实用的直流低压稳压电源开关电源部分的VD1－VD4、R1、C1、C2组成整流滤波电路。

NE555和R2、R3、C4、VD6等元件组成多谐振荡电路，其频率约20KHz。

R4、C3、VD5组成降压稳压电路，为NE555提供12V工作电源。

大功率管VT1及变压器T构成开关电路。

VT1的工作状态由NE555的③脚控制，导通时间由脉冲宽度决定，调整R3即可改变脉冲宽度。

脉冲宽度变宽，输出电压升高；脉冲宽度变窄，输出电压降低。

VT2及R8、R9、C6组成过流保护电路。

当负载过重或发生短路故障时，VT2导通，强迫NE555复位停振，从而保护VT1不致损坏。

C7、R10为保护网络，防止VT1的c-e结被瞬间脉冲击穿。

两个次级绕组经整流滤波后分别输出20V及12V。

为了使制作简单，开关电源设计成不能自动稳压的，其功能类似于变压器，只是实现轻型化的隔离降压作用，稳压功能由后面的稳压电路实现。

12V直流电压经7805稳压后输出+5V电压；20V直流电压送至可调稳压电