555做的型号发生器Word文件下载.docx

1、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555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

2、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5k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

3、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，u121/3Ucc 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 11不变 导通

4、 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V c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，V c下降。当V c下降到时，V0翻转为高电平。放电结束时，T截止，Vcc通过R2R3RPC2向电容C2充电，当V c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）C22 1-1电容C2充电所需的时间为：Tph=（R3+R2+RP）C22 1-2占空比= 1-3振荡频率f= 1-4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

5、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RCTk,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：RCTk当输入信号为方波时，积分电路的输出为三角波RC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

6、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 R C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

7、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1.272ms4.998v333.147mv一次滤波的正弦波48.983mv二次滤波的正弦波9.854mv RP=100%时969.828us5.008v255.533mv30.351mv4.802mv7实验结果和误差分析实物测量的结果如下：250us*6=1.5ms3.4v1.5ms300mv68mv8mv250*3.2=800us800us170mv32mv3mv误差分析

8、：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

9、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

10、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

11、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

12、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

13、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。