(完整word版)矩形波发生器

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1.实验2占空比可调矩形波发生器实验1， 实验目的1. 掌握NE555 ICM7555等定时器芯片的使用方法；2. 了解空比可调矩形波发生器的设计方法。 实验原理1. 定时器介绍555 定时器是一种多用途单片中的大型集成电路。该电路使用灵活、方便，只有少量外部电阻元件才能形成稳定、多和谐的施密 触发器。因此，它已广泛应用于波形的生产和变换、测量和控制、家用电器和电子玩 工具等领域。目前生产的定时器有双极和 CMO两种型号分别是 NE555(或5G555和C7555等等。通常，双极产品型号的最后三位数是 55，CMO 75是产品型号最后四位数字。

2.55.它们的结构、工作原理和外引脚排列基本相同。一般双极定时器驱动能力大，而CMO定时电路功耗低，输入阻抗高。555 定时器工作的电源电压很宽，可以承受较大的负载电流。双极定时器的电源电压范围为5 16V,最大负载电流可达2000mA CMO定时器电源电压变化范围为318V,最大负载电流为4mA下图1为555集成电路内部结构框图。其中有三个5KQ的电阻R1、 R2和R3组成分压器，为两个比较器Ci和G当控制端 VM(为避免干扰 Vm端与地之间接一 0.01 F左右电容)，VA=2VCC/，3 VB=VCC/，3 当控制端加电压时， VA=。

3、VM，VB=VM/2 。Vcc复位RD图1555定时器结构框图放电管TD的输出端Q集电极的最大电流可达50mA因此具有较大的带灌电流负载能力。555集成电路输出 级为推拉结构。Rd是零输入端，如果复位端Rd无论其他输入 状态如何，都可以使其输出 V0为0电平。正常工作时必须使用Rd 高电平. 555 定时器的功能主要由两个比较器组成C1和C 的工作条件决定。从图1可以看出，当V6VA V2VB0寸，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，TD导通，同时VO为 低电平V6VB时，VC1 = 1 V。

4、C2=1.触发器的状态保持不变，因为 TD当输出状态保持不变时。V6VaVb10导通Vb1不变不变3. 应用3.1由555定时器组成的施密特触发器具有回差电压特性，可将边缘变化缓慢的电压 波形整形成陡峭的矩形脉冲。1 电路组成及工作原理图2 55定时器施密特触发器（1）vi =0V时，vo输出高电平。(2)当Vi上升到-Vcc时，Vo输出低电平Vi由-Vcc继续上升，33Vo保持不变。(3)当Vi下降到dec当电路输出跳转为高电平时。vi继续下降到0V在电路状态不变的图中，R、VCC构成另一个输出端Vo通过改变 VCC2进 。

5.线路调节。2 电压滞回特性和主要参数电压滞回特性V0H -V0L04-VCC 3VCCVCC VI(b)施密特触发器的电路符号和电压传输特性主要静态参数(1) 上限阈值电压VT Vi输出电压上升时Vo由高电平 V0h跳转到低电平VOL相应的输入电压值。VT =?Vcc。3(2) 下限阈值电压VT vi在下降过程中，V。由低电平V0l跳转到高 电平V0h相应的输入电压值。VT=-Vcc。3(3)回差电压回差电压又称滞回电压，定义为 VT= Vt - VT=如果心3在电压控制端 Vc (5脚)外加电压VS,则将有VT 二VS、VT=VS/2、 VT= Vs而且当改。

6、变VS它们的值也随之改变。.2 55定时器单稳态触发器单稳态触发器具有以下特点：第一，具有稳定状态和临时稳定状态；第二，在外部触发脉冲的作用下，可以从稳定状态转向临时稳定 状态；第三，在保持临时稳定状态一段时间后，将自动返回到稳定状态。临时 稳定时间的长度与触发脉冲无关，仅取决于电路本身的参数。单稳态触发器一般用于定时（产生一定宽度的脉冲）、整形手术（将不规则波形转换为等宽、等幅脉冲）、 延迟（输入信号延迟一定时间后输出）等。1电路组成和工作原理（1）当电路没有触发信号时，电路在稳定状态下工作，VI保持高电平，电路处于稳定状态，即 输出端Vo保持低电。

7、平，555内放电三极管T饱和导通，管脚7接地 电容电压Vc为0V。(2)Vi沿触发时下降Vi555触发输入端555触发输入端(2脚)由高电平跳转为低电 平，电路被触发，V。由低电平跳转为高电平，电路由稳态转为暂稳态。(3)暂稳态的维持时间在暂稳态期间，555内放电三极管T截止，Vcc经R向C充电。 充电电路为VCc-FH三、时间常数t i=RC电容电压Vc由0V 开始增加，在电容电压下vc上升到阈值电压2vcc在此之前，电路将保持的暂稳态。V|单稳态触发器和由555定时器组成的工作波形(4)自动返回(暂稳态结束)时间VC上升到阈值电压？Vcc输出电压V。从高电平跳到低电平，35。

8、55内放电三极管T从截止到饱和导通，管脚7 接地C 放电三极管对地快速放电后，电压VC由-Vcc迅速降至0V (放电三极管的3饱和压降)，电路由暂稳态重新转入稳态。(5)恢复过程当暂稳态结束后，电容C三极管通过饱和导通T放电，时间常 数T2二RCeSC,式中RCes是T饱和导通电阻的电阻很小，所以 T2 值也很小。通过(35) T 2后，电容C放电后，恢复过程结束 。恢复过程结束后，电路回到稳定状态，单稳态触发器可以接收 新的触发信号。2主要参数估算(1)输出脉冲宽度tw输出脉冲宽度是暂稳态维持时间，即定时电容器的充电时间。(b)所示电容电压Vc的工作。

9、波形不难看出 Vc (0OV,Vcg=VCC,VC (tw) =|Vcc 代入RC过渡过程的计算公式In Vc()Vc(0)vc()vc(tw)Incc2i In 31.1R C单稳态触发器输出脉冲宽度tw仅取决于定时元件R C 的取值，与输入触发信号和电源电压无关，调节R、C取值可以方便调整two(2) 恢复时间tre一般取tre二(3 5) T2.即常数电容在3 5倍后放电。(3) 最高工作频率fmax若输入触发信号VI是周期为T为保证单稳态触发 器能正常工作，应满足以下条件：T t w t re即Vi最小周期值Tmin应为t w。

10、 t re，即t W/ t re因此，单稳态触发器的最高工作频率应该是f Jmax Tmin tw tre需要指出的是，在图4所示电路中，输入触发信号VI脉冲宽度(低电平保持时间)必须小于电路输出V。脉冲宽度(暂稳态维持 维持时间tw),否则，电路将无法正常工作。因为如果单稳态触发器被触发 转向暂稳态，Vi如果端的低电平保持不变，那么555定时器的输出端将保持高电平不变。解决这个问题的简单方法是在电路的输入端添加一个 RC微 分电路，即当Vi让宽脉冲Vi经RC然后接收微分电路Vi两端。但微分电路的电阻应接收 VCC以保证在Vi当下降沿未来时，VI二 端为果电平。

11、.3由555定时器组成的多谐振荡器多谐振荡器一个接一个地产生矩形脉冲波的自激振荡器多谐振荡器一旦振动，电路不稳定，只有两个临时稳定状态， 交替变化，输出连续矩形脉冲信号，也称为无稳定电路，常用于脉冲信号源。1电路组成和工作原理(a)(b)图5由施密特触发器组成的多谐振荡器2振荡频率估算(1)电容充电时间 Ti。电容充电时，时间常数 ti二(R R) C,起始值 Vc (0 ) =-Vcc，终了值 Vc(X)二VCc,转换值 Vc (Ti) =-Vcc ,33带入RC计算过渡过程计算公式：iln心)心0) Vc( )Vc (Ti)VCC11nVCC23VCC11n 20.7(R。

12、1 R2)C(2)电容放电时间T2电容放电时，时间常数T2二RC,起始值Vc (0 ) =-Vcc，终了值Vc3(X)=0,转换值Vc ( TO =lvcc，带入RC过渡过程计算公式计算3T20.7R2C(3)电路振荡周期TT=Ti T2=0.7( R 2R) C(4) 电路振荡频率ff 丄 1.43T (Ri 2R2)C(5) 输出波形占空比q定义：q=Ti/T，脉冲宽度与脉冲周期之比称为占空比T0.7R R2)CR1R20.7( R1 2R2)CR2 R23 实验内容及实验步骤1. 利用NE555或ICM7555定时器设计了一个可调矩形波 发生器电路；2. 需要绘制特定的电路。

13.图可调节方波占空比，即高电平持续时间与低电平持续时间的比值，占空比约10%；3. (图6仅供参考)利用半导体二极管的单向导电特性，使电容 C将充放电电路隔开，再加上一个电位器，就可以形成一个占空比可调的多谐振荡器，如图6所示。R111IVcc,Rd8VCCD2IDiV|2VcC72Vo5550.01 叮-C由于二极管的引导作用，电容 C充电时间常数t 1二RC,放电时间常数T2=RC。通过与上述相同的分析计算过程T=0.7RC2=0.7 RC占空比:T)T|0.7 R1CT T| T20.7R1C 0.7R2C只要改变电位器滑动端的位置，就可以很容易地调整比例 q,当R二艮时，q=0.5 ,V。成为对称的矩形波。4、预习要求1 复习 55 定时器的工作原理。. 进一步了解可调矩形波发生器的设计方法。5、注意事项1 . ICM7555属于CMO电路，3 18的电源电压范围V。若采 用NE555双极定时器的电源电压范围将变为 4.5 16V,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。