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方波发生器及低通滤波器 作者:江微 任务: 1.用555设计一个频率为1KHZ,占空比为50%的方波发生器 2.设计截止频率为1.6KHZ的一阶RC低通滤波器,并对前者的方波进行滤波。 电路的核心部分 555定时器是一种多用途的数字——模拟混合集成电路,利用它能既方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便,所以555定时器在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用 555电路是一种常见的集模拟与数字功能于一体的集成电路。只要适当配接少量的元件,即可构成时基振荡、单稳触发等脉冲产生和变换的电路,其内部原理图如图所示,其中(1)脚接地,(2)脚触发输入,(3)脚输出,(4)脚复位,(5)脚控制电压,(6)脚阈值输入,(7)脚放电端,(8)脚电源。 1脚gnd,2脚tri,3脚out,4脚rst,5脚con,6脚thr,7脚dis,8脚Vcc NE555内部构造 555定时器工作时过程分析如下:5脚经0.01uF电容接地,比较器C1和C2的比较电压为:UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。当VI1>2/3VCC,VI2>1/3VCC时,比较器C1输出低电平,比较器C2输出高电平,基本RS触发器置0,G3输出高电平,放电三极管TD导通,定时器输出低电平。当VI1<2/3VCC,VI2>1/3VCC时,比较器C1输出高电平,比较器C2输出高电平,基本RS触发器保持原状态不变,555定时器输出状态保持不来。当VI1>2/3VCC,VI2<1/3VCC时,比较器C1输出低电平,比较器C2输出低电平,基本RS触发器两端都被置1,G3输出低电平,放电三极管TD截止,定时器输出高电平。当VI1<2/3VCC,VI2<1/3VCC时,比较器C1输出高电平,比较器C2输出低电平,基本RS触发器置1,G3输出低电平,放电三极管TD截止,定时器输出高电平。 方波发生电路原理 R1,R2和C是外接定时元件,电路中将高电平触发端(6脚) 和低电平触发端(2脚)并接后接到R2和C的连接处,将放电端(7脚)接到R1,R2的连接处。 由于接通电源瞬间,电容C来不及充电,电容器两端电压uc为低电平,小于(1/3)Vcc,故高电平触发 端与低电平触发端均为低电平,输出uo为高电平,放电管VT截止。这时,电源经R1,R2对电容C充电,使电压uc按指数规律上升,当uc上升到(2/3)Vcc时,输出uo为低电平,放电管VT导通,把uc从(1/3)Vcc 上升到(2/3)Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态,其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关 。充电时间常数T充=(R1+R2)C。 T充=(R1+R2)Cln2 ,T放=R2Cln2 占空比50%,要求充电时间等于放电时间,则将冲放电的电路分开,使得T充=R1Cln2 , T放=R2Cln2 ,R1=R2,同时利用二极管的单向导通性,构建充电与放电的回路。 周期T=(R1+R2)Cln2 ,频率f=1/T=1kHz 取C=220nF,R1=3.3KΩ,R2=3.3KΩ 由三要素法知:VT=V末+(V初-V末)e-T/RC 从而得到:T=RCln(V末-V初)/(V末-VT) 所以T充=R1Cln2 ,T放=R2Cln2 一阶RC低通滤波电路 所以,f=2πωc=1/(2πRC)为所求得的截止频 率。已知f=1.6KHZ。 可取,R=1KΩ,C=100nF。 显示结果,得出结论 * * 4 8 3 7 6 2 5 1 便于看清 5脚到地接0.01u的滤波电容可旁路来自电源的噪声或纹波电压,使电路稳定工作。 ui R C ﹢ ﹢ ﹣ ﹣ uo 转移函数: 令 得: 其幅频特性 0.707 转折频率 带宽: 1 ui R C ﹢ ﹢ ﹣ ﹣ uo ω 经过RC滤波器后,信号上升沿变得平缓,说明信号高频分量被滤除,该滤波器为低通滤波器。 *
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