实验二_占空比可调的矩形波发生器.doc

占空比可调的矩形波发生器实验 实验目的 掌握NE555、ICM7555等定时器芯片的使用方法； 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5～16V，最大负载电流可达200mA；CMOS定时器电源电压变化范围为3～18V，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5KΩ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端与地之间接一0.01μF左右的电容），VA=2VCC/3，VB=VCC/3，当控制端加电压时VA=VM，VB=VM/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“０”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V6VA、V2VB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、V2VB时，VC1=1、VC2=0，故触发器被置1，VO为高电平，同时TD截止。 这样我们就得到了表1 555定时器的功能表。 3．应用 3.1用555定时器构成的施密特触发器 施密特触发器——具有回差电压特性，能将边沿变化缓慢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2 555定时器构成的施密特触发器 （1） vI =0V时，vo1输出高电平。 （2）当vI上升到时，vo1输出低电平。当vI由继续上升，vo1保持不变。 （3）当vI下降到时，电路输出跳变为高电平。而且在vI继续下降到0V时，电路的这种状态不变。 图中，R、VCC2构成另一输出端vo2，其高电平可以通过改变VCC2进行调节。 [2] 电压滞回特性和主要参数 电压滞回特性 图3 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上升过程中，输出电压vO由高电平VOH跳变到低电平VOL时，所对应的输入电压值。VT+=。 （2）下限阈值电压VT———vI下降过程中， vO由低电平VOL跳变到高电平VOH时，所对应的输入电压值。VT—=。 （3）回差电压ΔVT 回差电压又叫滞回电压，定义为 ΔVT= VT+－VT— = 若在电压控制端VIC（5脚）外加电压VS，则将有VT+=VS、VT—=VS/2、ΔVT= VS/2，而且当改变VS时，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，暂稳状态维持一段时间后，将自动返回到稳定状态。暂稳态时间的长短，与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。 单稳态触发器在数字系统和装置中，一般用于定时（产生一定宽度的脉冲）、整形（把不规则的波形转换成等宽、等幅的脉冲）以及延时（将输入信号延迟一定的时间之后输出）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，电路工作在稳定状态，即输出端vO保持低电平，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下降沿触发 当vI下降沿到达时，555触发输入端（2脚）由高电平跳变为低电平，电路被触发，vO由低电平跳变为高电平，电路由稳态转入暂稳态。 （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。其充电回路为VCC→R→C→地，时间常数τ1=RC，电容电压vC由0V开始增大，在电容电压vC上升到阈值电压之前，电