1、完整word版矩形波发生器实验二占空比可调的矩形波发生器实验一、 实验目的1. 掌握NE555、ICM7555等定时器芯片的使用方法;2. 了解占空比可调的矩形波发生器的设计方法。二、 实验原理1.定时器介绍 555定时器是一种多用途的单片中规模集成电路。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、多谐和施密特触发器。因而在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用。目前生产的定时器有双极型和CMOS两种类型,其型号分别有NE555(或5G555)和C7555等多种。通常,双极型产品型号最后的三位数码都是555,CMOS产品型号的最后四位数码
2、都是7555,它们的结构、工作原理以及外部引脚排列基本相同。一般双极型定时器具有较大的驱动能力,而CMOS定时电路具有低功耗、输入阻抗高等优点。555定时器工作的电源电压很宽,并可承受较大的负载电流。双极型定时器电源电压范围为516V,最大负载电流可达200mA;CMOS定时器电源电压变化范围为318V,最大负载电流在4mA以下。图1为555集成电路内部结构框图。其中由三个5K的电阻R1、R2和R3组成分压器,为两个比较器C1和C2提供参考电压,当控制端VM悬空时(为避免干扰VM端与地之间接一0.01F左右的电容),VA=2VCC/3,VB=VCC/3,当控制端加电压时VA=VM,VB=VM/
3、2。 放电管TD的输出端Q为集电极开路输出,其集电极最大电流可达50mA,因此具有较大的带灌电流负载的能力。555集成电路的输出级为推拉式结构。是置零输入端,若复位端加低电平或接地,不管其他输入状态如何,均可使它的输出VO为“”电平。正常工作时必须使处于高电平。2功能 555定时器的功能主要是由两个比较器C1和C2的工作状况决定的。由图1可知,当V6VA、V2VB时,比较器C1的输出VC1=0、比较器C2的输出VC2=1,基本RS触发器被置0,TD导通,同时VO为低电平。当V6VB时,VC1=1、VC2=1,触发器的状态保持不变,因而TD和输出的状态也维持不变。当V6VA、V2 tWtre即v
4、I周期的最小值Tmin应为tWtre,即 Tmin= tWtre因此,单稳态触发器的最高工作频率应为 需要指出的是,在图4所示电路中,输入触发信号vI的脉冲宽度(低电平的保持时间),必须小于电路输出vO的脉冲宽度(暂稳态维持时间tW),否则电路将不能正常工作。因为当单稳态触发器被触发翻转到暂稳态后,如果vI端的低电平一直保持不变,那么555定时器的输出端将一直保持高电平不变。解决这一问题的一个简单方法,就是在电路的输入端加一个RC微分电路,即当vI为宽脉冲时,让vI经RC微分电路之后再接到vI2端。不过微分电路的电阻应接到VCC,以保证在vI下降沿未到来时,vI2端为高电平。3.3用555定时
5、器构成的多谐振荡器多谐振荡器产生矩形脉冲波的自激振荡器。多谐振荡器一旦起振之后,电路没有稳态,只有两个暂稳态,它们做交替变化,输出连续的矩形脉冲信号,因此它又称作无稳态电路,常用来做脉冲信号源。1 电路组成及工作原理图5 用施密特触发器构成的多谐振荡器2振荡频率的估算(1)电容充电时间T1。电容充电时,时间常数1=(R1+R2)C,起始值vC(0+)=,终了值vC()=VCC,转换值vC(T1)=,带入RC过渡过程计算公式进行计算:(2) 电容放电时间T2电容放电时,时间常数2=R2C,起始值vC(0+)=,终了值vC()=0,转换值vC(T2)=,带入RC过渡过程计算公式进行计算:(3)电路
6、振荡周期TT=T1+T2=0.7(R1+2R2)C(4)电路振荡频率f (5)输出波形占空比q定义:q=T1/T,即脉冲宽度与脉冲周期之比,称为占空比。 三 实验内容及实验步骤1.利用NE555或ICM7555定时器,设计一个占空比可调的矩形波发生器电路;2要求画出具体的电路图,能使产生的方波占空比可调,即高电平持续时间与低电平持续时间的比值可调,占空比大约1095;3(图6仅作参考)利用半导体二极管的单向导电特性,把电容C充电和放电回路隔离开来,再加上一个电位器,便可构成占空比可调的多谐振荡器,如图6所示。图6 占空比可调的多谐振荡器由于二极管的引导作用,电容C的充电时间常数1=R1C,放电
7、时间常数2=R2C。通过与上面相同的分析计算过程可得 T1=0.7R1C T2=0.7R2C占空比:只要改变电位器滑动端的位置,就可以方便地调节占空比q,当R1=R2时,q=0.5,vO就成为对称的矩形波。四、预习要求 1复习555定时器的工作原理。 2 .进一步了解占空比可调的矩形波发生器的设计方法。五、注意事项 1ICM7555属于CMOS电路,其电源电压范围是318V。若采用NE555双极性定时器,电源电压范围将变成4.516V,功耗也会增大; 2该电路还可以用于调节数字仪表显示器亮度,有兴趣的同学可以查阅相关文献。六、实验报告 1写出实验目的、基本原理、内容、设计过程,画出实验电路图。2根据电路器件的具体参数,计算出占空比的可调范围。
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