(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. 了解可调矩形波发生器的设计方法。二、 实验原理1. 定时器介绍555 定时器是多用途单片中的大型集成电路。该电路使用灵 生活方便，只需外接少量阻容元件即可构成单稳、多和谐和施密特 触发器。因此，家用电器和电子变换、测量和控制、家用电器和电子游戏中 它在许多领域得到了广泛的应用。 目前生产的定时器有双极和 CMO两种型号分别有两种型号 NE555(或5G555和C7555等多种。 通常，双极产品型号最多后三位数是 555, CMO产品型号最多 后四位数都是 75。

2.55、其结构、工作原理和外引脚排列基础 本相同。一般双极定时器驱动能力大，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， 并可承受较大的负载电流。双极定时器电源电压范围为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以下。图1为555集成电路内部结构框图。其中由三个5KQ的电阻R1、 R2和R三组成分压器是两个比较器Ci当控制端与G提供参考电压时 VM悬挂时(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 在控制端加电压时 VA=。

3、VM， VB=VM/2 。Vcc复位RD图1555定时器结构框图放电管TD输出端Q为集电极开路输出，集电极最大电流 达50mA因此具有较大的带灌电流负载能力。555集成电路输出 推拉结构等级。Rd是零输入端，如果复位端Rd无论其他输入如何，加低电平或接地 状态可以使其输出 V0为0电平。必须正常工作Rd 高电平。2. 功能555 定时器的功能主要由两个比较器组成 C1和C决定2的工作状况 的。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。当V6VB时，VC1 = 1 V。

4、C2=1触发器的状态保持不变，因 而TD输出状态也保持不变。当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施密特触发器具有回差电压特性，能缓慢改变边缘的电压 波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。1 电路组成及工作原理图2 施密特触发器由555定时器组成(1)vi =0V时，vo输出高电平。(2)当Vi上升到-Vcc时，Vo输出低电平。当Vi由-Vcc继续上升，33Vo1保持不变。(3)当Vi下降到dec当电路输出跳转为高电平时。而且在 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Vo2.它的高电平可以改变 VCC2进 。

5、行调节。2 电压滞回特性及主要参数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跳变到高 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 外加电压(5脚)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。3.2 用555定时器单稳态触发器单稳态触发器具有下列特点：第一，它有一个稳定状态和一个暂稳状态；第二，在外来触发脉冲作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳 状态；第三，保持暂稳状态一段时间后，自动返回稳定状态。暂 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。数字系统和装置中的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、等幅的脉冲）和 延迟(输入信号延迟一定时间后输出)等。1电路组成及工作原理(1)无触发信号输入时电路工作在稳定状态当电路无触发信号时，VI保持高电平，电路处于稳定状态，即 输出端Vo保持低电。

7.555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(2脚)从高电平跳转到低电 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。其 充电回路为VCc-FH三、时间常数t i=RC电容电压Vc由0V开始 在电容电压下增加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由截止到饱和导通，管脚7 电容C经接地 放电三极管对地快速放电，电压VC由-Vcc迅速降至0V (放电三极管3饱和压降)，电路由暂稳态重新转为稳态。(5)暂稳态结束后，电容C通过饱和导通的三极管T放电，时间往往是 数T2二RCeSC,式中RCes它是T的饱和导电阻，电阻很小，所以 T2 值也很小。经过(35) T 2.电容C放电后，恢复过程结束 束。恢复过程结束后，电路回到稳定状态，单稳态触发器可以连接 新的触发信号。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，即定时电容的充电时间。由图4 (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 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) T二、认为经过3 5倍时间常数电容器放置 电完毕。(3) 工作频率最高fmax若输入触发信号VI当周期为T的连续脉冲时，确保单稳态触发 工具能正常工作，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所示的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 持时间tw),否则，电路将无法正常工作。当单稳态触发器被触发时 转向暂稳态后，如果Vi端部的低电平保持不变，因此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Vi2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，VI2 端为果电平。3。

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，只有两个暂稳态 交替变化，输出连续矩形脉冲信号，又称无稳态电路， 常用于脉冲信号源。电路组成及工作原理(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。当电容充电时，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，即脉冲宽度与脉冲周期之比，称为占空比T0.7R R2)CR1R20.7( R1 2R2)CR2 R2三 实验内容及实验步骤1. 利用NE555或ICM设计一个占空比可调的矩形波，7555定时器 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可调，占空比约为10%;3. (图6仅供参考)利用半导体二极管的单向导电特性，电容 C充放电电路隔离，再加上电位器，可以形成空比 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只要电位器滑动端的位置发生变化，就可以轻松调整占空比 q,当R二艮时，q=0.5 ,V。成为对称矩形波。四、预习要求1 复习 555 定时器的工作原理。2 . 进一步了解可调矩形波发生器的设计方法。五、注意事项1 . ICM7555属于CMO电路的电源电压范围为 3 18V。若采 用NE555双极性定时器电源电压范围将变成 4.5 16V,功耗也 会增大；2 该电路还可用于调节数字仪表显示器的亮度。感兴趣的学生可以 查阅相关文献。六、实验报告1 写实验目的、基本原理、内容、设计过程，画实验电路图。2根据电路器件的具体参数计算空比的可调范围。