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波形发生器设计实验报告教案
一、?实验目的?
(1)熟悉555型集成时基电路结构、工作原理及其特点。?
(2)掌握555型集成时基电路的基本应用。?
(3)掌握由555集成型时基电路组成的占空比可调的方波信号发生器。
二、实验基本原理
555电路的工作原理
555集成电路开始是作定时器应用的,所以叫做555定时器或555时基电路。但后来经过开发,它除了作定时延时控制外,还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。此外,还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路,用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。由于它工作可靠、使用方便、价格低廉,目前被广泛用于各种电子产品中,555集成电路内部有几十个元器件,有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及缓冲器等,电路比较复杂,是模拟电路和数字电路的混合体。
555芯片管脚介绍?
555集成电路是8脚封装,双列直插型,如图2(A)所示,按输入输出的排列可看成如图2(B)所示。其中6脚称阈值端(TH),是上比较器的输入;2脚称触发端(TR),是下比较器的输入;3脚是输出端(Vo),它有O和1两种状态,由输入端所加的电平决定;7脚是放电端(DIS),它是内部放电管的输出,有悬空和接地两种状态,也是由输入端的状态决定;4脚是复位端(MR),加上低电平时可使输出为低电平;5脚是控制电压端(Vc),可用它改变上下触发电平值;8脚是电源端,1脚是地端。
用555定时器组成的多谐振荡器如图所示。接通电源后,电容C2被充电,当电容C2上端电压Vc升到2Vcc/3时使555第3脚V0为低电平,同时555内放电三极管T导通,此时电容C2通过R1放电,Vc下降。当Vc下降到Vcc/3时,V0翻转为高电平。电容器C2放电所需的时间为?
( 1-1)??????????????????????
当放电结束时,T截止,Vcc将通过R1,R2,R3向电容器C2充电,Vc由Vcc/3?上升到2Vcc/3所需的时间为?
?????????? (1-2)???
当Vc上升到2Vcc/3时,电路又翻转为低电平。如此周而复始,于是,在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。电路的工作波形如图4,其中的震荡频率为?:
f=1/(tpL+tpH)=1.43/(2R1+R2+R3)?C2????????????? (1-3)??
三、实验设计目标
波形发生器是建立在模拟电子技术基础上的一个设计性实验,它是借助综合测试板上的555芯片和一片通用四运放324芯片,以及各种电阻、电感、电容等基本元器件,从而设计制作一个频率可变的同时输出脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ的波形产生电路,其借助于计算机软件multisim仿真以及电路板硬件调试输出来实现的。
具体设计目标如下:
1、同时四通道输出、每通道输出脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ中?的一种波形,每通道输出的负载电阻均为600欧姆。?
2、四种波形的频率关系为1:1:1:3(3次谐波);脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ?输出频率范围为8KHz——10KHz,输出电压幅度峰峰值为1V;正弦波Ⅱ输出频率范围为24KHz——30KHz,输出电压幅度峰峰值为9V。脉冲波、锯齿波和正弦波输出波形应无明显失真,频率误差不大于10%;通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于5%。脉冲波占空比可调整。?
电源只能选用+10V单电源,由稳压电源供给,不得使用额外电源。?4、要求预留脉冲波、锯齿波、正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ和电源的测试端子。?5、每通道输出的负载电阻600欧姆应标清楚、至于明显位置,便于检查。
四. 电路分析内容和方案比较
方案一:
首先我们想到的设计方案的思路是首先由555定时器组成的多谐振荡器产生方波,即利用555与外围元件构成多谐振荡器,来产生方波。其电路模块如图1所示,然后由积分电路将方波先转化为三角波,RC积分电路是一种应用比较广泛的模拟信号运算电路。其常用积分电路作为调节环节。此外,RC积分电路还可以用于延时、定时以及各种波形的产生或变换。
?
图1
由555定时器组成的多谐振荡器输出的方波输出后经RC积分电路,从而输出三角波。其基本原理是电容的充放电原理,采用RC低通滤波的方法将三角波变换为正弦波。得到三角波以后,最后用低通滤波器将方波转化为正弦波,经过放大器后即可得到我们想要幅值的波形,从而得到方波和正弦波,得到方波和正弦波的完整电路见图2所示。
图2
得到两个波形输出后,再从方波输出端连出一根线作为输入,接到图3所示的电路模块的输入端,利用二极管D1连接
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