555定时器产生三种波形发生器讲解

1、摘要 2第一章方案提出 3第二章电路的基本组成及工作原理 4第一节系统组成框图 4第二节方波的产生 5第三节 由方波输出为三角波（利用积分器来实现） 7第四节由三角波输出正弦波 9第三章555定时器的介绍 10第一节电路组成 11第二节引脚的作用 12第三节基本功能 13第四章元件清单 15第五章总结 16附录及参考文献 17第一节附录 17一多谐振荡器一一产生矩形脉冲波的自激振荡器 17二电路原理图 19第二节参考文献 20摘要各种电器设备要正常工作，常常需要各种波形信号的支持。电 器设备中常用的信号有正弦波、矩形波、三角波和锯齿波等。在电 器设备中，这些信号是由波形产生和变换电路来提供的。

2、波形产生 电路是一种不需外加激励信号就能将直流能源转化成具有一定频 率、一定幅度和一定波形的交流能量输出电路，又称为振荡器或波 形发生器。在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可 以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如三角波、锯齿 波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。波形发生器通过与波形变换电路相结合，它能产生正弦波、矩 形波、三角波和阶梯波等各种波形，能满足现代测量、通信、自动 控制和热加工、音视频设备及数字系统等对各种信号源的需求。例 如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的 射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载

3、出去,就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内， 如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需 要功率或大或小、频率或高或低的振荡器等。关键字：方案确定、参数计算、信号、发生器等。第一章方案提出三种波形都是比较简单且常见的波形，产生的方法由很多种，可以先产生方波，然后得到三角波和正弦波，也可以先得到正弦波，然后翻过来再输出另外两种波形；可以用集成芯片，同时也可以用运用各种元器件来实现振荡电路。(1 )利用专用直接数字合成D D S芯片的函数发生器。(2)可以选用专门的函数信号发生器，如 8038(3)由555定时器所构成的多谐振动器产生方波,方波经过积分器的作用

4、产生三角波，三角波在经过差分放大电路的非线性转换为正弦波。比较以上几种方案：(1)方案比较简单同时也能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较局。(2)它们虽然能够甚好的实现波形的产生但是功能较少，太单一。(3)过程相对来说比较繁琐，但是思路很明亮，同时， 555定时器所构成的多谐振动器产生方波是一种和常用的信号产生器，很具有实用价值，同时，也很容易买到，同时选用改进的555多谐振荡形式产生方波可以通过调节可调电阻的阻值来调节产生方波的频率，产生的方波经过积分器的作用产生三角波，三角波在经过差分放大电路的非线性转换为正弦波。差分放大器具有工作点稳定，输入阻 抗高，抗干扰能力较强，可以有效地抑制零

5、点漂移因此可将频率很 低的三角波变换成正弦波。因此，就我个人而言，选择第三种方案。用改进过的 555多谐振荡形式产生方波，经过积分器的作用产生三角波，三角波在经过差分放大电路的非线性转换为正弦波。电路图如下图第二章电路的基本组成及工作原理由原理图可知该店路由三部分组成，555定时器构成多谐振动器、积分器、差分放大电路。第一节系统组成框图图2.1.1总体框图第二节方波的产生有555定时器构成多谐振动器产生万波（如下图） =- -X图2.2.1方波产生电路当电容c2被充电时，2和6引脚的电压都上升，此时二极管D1导通，接通+12V电源后，电容 C被充电，Vc上升，当Vc上升 到2Vcc/3时，触发

6、器被复位，同时放电BJT T导通，此时输出电平Vo为低电平，电容 C通过R2和T放电，使 Vc下降。当 Vc下降 到Vcc/3时，触发器又被谿位，Vo翻转为高电平。电容器C经R2 , R23 , R21他们此时说分的总阻值设为R1 '放电，放电所需的时间为：tPL=R1 ' C ln2 =0.71R ©当C放电结束时，T截止, 的阻值为R2'向电容器C充电,Vcc将通过 R1、R22、R21所分得Vc由Vcc/3上升到2Vcc/3所需的时间为tPH=R2'C ln2 弋 0.R2'C ;当Vc上升到2Vcc/3时，触发器又发生翻转，如此周而复始

7、， 在输出端就得到了一个周期性的方波，其频率为f=1 / (tPL+tPH) 弋 1.43 / (R1' +R2' ) C稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管 T导通，输出端Vo输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi端。并使2端电位瞬时低于1/3Vcc，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个稳态过程，电容 C开始充电，Vc按指数规律增长。当 Vc充电到2/3Vcc时，高电平比较器动作，比较器 A1翻转，输出 Vo从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容 C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳定，为下个触发脉冲的来到作好准备。波形图见图2.2

8、.2 0图 2.2.2同时电路的频率可以通过调节电阻R21、R22、R23来改变电路的频率，从而使得电路的频率可以在一定的范围内进行调节。第三节 由方波输出为三角波（利用积分器来实现）图2.3.1波形发生器及图形如上图是一个由方波转换为三角波的电路图及其输出波形当A很大时，运放两输入端为 “虚地"，忽略流入放大器的电流， 令输入电压为 Vi输出为Vo,流过电容 C的电流为i1则，有仆一/产-尉9 dt即输出电压与输入电压成积分关系。当吟为固定值时吟'CR上式表明 输出电压按一定比例随时间作直线上升或下降。当 为矩 形波时，便成为三角波。止匕外，由于电容和滑动变阻器的存在，使得

9、输出的三角波在输 入矩形波频率一定的时候也能适当调整，同时电容的存在，又滤除 了其他波的干扰。提高了系统的抗干扰性。第四节由三角波输由正弦波-nu图2.4.1波形转换分析表明，传输特性曲线的表达式为：iC=aI/1+exp(-Uid/UT)差分放大器的恒定电流;UT 温度的电压当量，当室温为250c时， 弋26mV。如果Uid为三角波，设表达式为Uid(t)=4*Um*(t-T/4)/T(0<=t<=T/2)Uid(t)=-4*Um*(t-3*T/4)/T(T/2<=t<=T)式中Um 三角波的幅度；T三角波的周期。为使输出波形更接近正弦波，(1)传输特性曲线越对称，线

10、性区越窄越好。(2)三角波的幅度 Um应正好使晶体管接近饱和区或截止区。(3)图为实现三角波 一一正弦波变换的电路。其中 RP1调节三角 波的幅度，RP2调整电路的对称性，具并联电阻RE2用来减小差分放大器的线性区。电容 C6,C7为隔直电容，C7为滤波电容，以滤 除谐波分量，改善输出波形。隔直电容C6、C7要取得较大，因为输出频率很低，取 ，滤波 电容视输出的波形而定，若含高次斜波成分较多，可取得较小，一般为几十皮法至 0.1微法。RE13=100欧与R25=100欧姆相并联， 以减小差分放大器的线性区。第三章555定时器的介绍555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。该电路使用灵活、

11、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。因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。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。它们的结构及工作原理基本相 同。通常，双极型定时器具有较大的驱动能力，而 CMOS定时器具 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定时器电源电压范围为 318V, 最大负载电流在 4mA以下。第一节电路组成图12.1-1为555集成定时器555定时器的电气原理图和电

12、路符号，其由五个部分组成：(1)由三个阻值为 5kQ的电阻组成的分压器；(2)两个电压比较器 C1和C2 :v+ > v , vo=1 ；y+-%V+< v , vo=0 o(3)基本RS触发器；(4)放电三极管 T及缓冲器GVICVI1VI2VoVCc RD555(b)图3.1.1 555定时器的电气原理图和电路符号(a)原理图 (b)电路符号第二节引脚的作用1弓I脚：接地端，与地相接；2引脚：触发输入端；3引脚：电压输出端；4弓|脚：RD复位端：当 端接低电平，则时基电路不工作，此时 不论、TH处于何电平，时基电路输出为“ 0”，该 端不用时应接高电平。5引脚：电压控制端；若此

13、端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端用入一只0.01 F F电容接地，以防引入干扰。6引脚：阈值输入端；7引脚：放电端；8引脚： 电源输入端。外接电源 VCC ,双极型时基电路 VCC 的范围是4.5 16V , CMOS型时基电路 VCC的范围 为 3 18V。一般用 5V。第三节基本功能21 .Vcc - Vcc当5脚悬空时，比较器 C1和C2的比较电压分别为 3 和321VccVcc(1)当vI1> 3, vI2> 3 时，比较器 C1输出低电平，C2输出高电平，基本RS触发器被谿0,放电三极管T导通，输出端vO为 低电平。21.Vcc- Vc

14、c(2)当vI1< 3, vI2< 3 时，比较器 C1输出局电平，C2输出低电平，基本RS触发器被谿1,放电三极管T截止，输出端vO为 高电平。21VccVcc"(3)当vI1< 3, vI2> 3 时，比较器 C1输出局电平，C2也输出高电平，即基本 RS触发器R=1 , S=1 ,触发器状态不变，电路 亦保持原状态不变。2Vcc由于阈值输入端（Vil）为图电平（3 ）时，定时器输出低电平，因此也将该端称为高触发端（TH）。1Vcc、 一 .、因为触发输入端（vI2）为低电平（3 ）时，定时器输出高电平，因此也将该端称为低触发端（TL）0如果在电压控制端（

15、5脚）施加一个外加电压（具值在0VCC之间），比较器的参考电压将发生变化，电路相应的阈值、触发电平 也将随之变化，并进而影响电路的工作状态。另外，RD为复位输入端，当 RD为低电平时，不管其他输入端 的状态如何，输出 vo为低电平，即 RD的控制级别最高。正常工作 时，一般应将其接高电平。表3.3.3555定时器功能表阈值输入（VI1 ）触发输入1(Vl2)复位（R）输出（Vo）放电管TXX00导通2<-Vcc<31、，Vcc311截止2>2Vcc>31Vcc310导通2<-Vcc>31Vcc31/、变/、变第四章元件清单符号数目R22 R23可调电阻2R1

16、,R2,R3电阻3R4可调电阻1R6,R7电阻2R13电阻1R5滑动电阻1R25滑动电阻1R8, R9电阻2R10,R11电阻2D1, D2二极管2A运放1Q1,Q2,Q3,Q4三极管4C1,C2,C3,C5电容4C4电容1C6,C7,C8电容3NE555555计时器1第五章总结经过这些天的课程设计，使我明白课程设计不仅是对前面所学知识 的一种检验和综合，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课 程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还 很多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都容易懂，有点 眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过 程，在以后的工作、生

17、活中都应该不断的学习，努力提高自己知识 和综合素质。在这次的设计中虽然遇到了很多的问题，认识了一些以前不了解或 者不知道的元件，有些虽然没有用到，但是学习是无限的，虽然第 一次做课程设计有很多困难，但是，当自己搞成的时候有无比的喜悦，一种很自豪的感觉。我感觉设计是对学习知识的运用和个人自 己的能力的全面体现，体现了一个人学以致用的能力。只有在真正 的运用中才能更好的掌握知识，这样的学习才会有效率，才能长久 的记忆。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学， 并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛， 但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独

18、 立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学 习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个 设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设 计的最大收获和财富，使我终身受益。同时，通过对多种方案的分 析讨论让我们明白在对于不同的环境和要求相应的要作出最合适的 选择的合理性和重要性。附录及参考文献第一节附录一多谐振荡器一一产生矩形脉冲波的自激振荡器在数字电路中，常常需要一种不需外加触发脉冲就能够产生具有一定频率和幅度的矩形波的电路。由于矩形波中除基波外，还含有丰富的高次谐波成分，因此我们称这种电路为多谐振荡器。它常常用 作脉冲信号源。多谐振荡器没有稳态，只具有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换。电路组成及其工作原理:UcVccRi