基于555函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)

劉松武 符方彬 朱挺寧

【摘要】通過(guò)555定時(shí)器進(jìn)行函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)思路比較的簡(jiǎn)單而且成本比較的低廉。根據(jù)有關(guān)理論原理進(jìn)行電路參數(shù)的計(jì)算和選取，借助Multisim軟件進(jìn)行電路的創(chuàng)建，波形的仿真，并對(duì)有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了分析討論。

【關(guān)鍵詞】555定時(shí)計(jì)數(shù)器；函數(shù)發(fā)生器；波形仿真

中圖分類號(hào)：TP39

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-0278（2015）04-099-01

一、引言

函數(shù)發(fā)生器能自動(dòng)產(chǎn)生正弦波、方波、三角波及鋸齒波、階梯波等電壓波形?；镜暮瘮?shù)發(fā)生器用來(lái)產(chǎn)生正弦波、方波、三角波三種電壓波形，其電路構(gòu)成形式多種多樣，有全部采用分立元件的，也可由運(yùn)放級(jí)聯(lián)構(gòu)成，也有專用的集成電路直接得到（如單片集成電路函數(shù)發(fā)生器ICL8038）。本文通過(guò)555定時(shí)器，外加一些RC電路，設(shè)計(jì)得到能直接產(chǎn)生上述三種電壓波形的函數(shù)發(fā)生器。

二、555定時(shí)器概述

555定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng)5腳懸空時(shí)，則電壓比較器Cl的同相輸入端的電壓為2VCC/3，C2的反相輸入端的電壓為VCC/3。若觸發(fā)輸入端TR的電壓小于VCC/3，則比較器C2的輸出為0，可使RS觸發(fā)器置1，使輸出端OUT=1。如果閾值輸入端TH的電壓大于2VCC/3，同時(shí)TR端的電壓大于VCC/3，則Cl的輸出為0，C2的輸出為1，可將RS觸發(fā)器置0，使輸出為0電平。

555定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。555定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè)放電管T及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC/3和2VCC/3。

三、由555定時(shí)計(jì)數(shù)器構(gòu)成的函數(shù)發(fā)生器

本設(shè)計(jì)思路為：由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧自激振蕩器得到方波；方波通過(guò)一階RC積分電路得到三角波；三角波再通過(guò)二階RC積分電路得到正弦波。作為方波，在多諧自激振蕩器中使之R2遠(yuǎn)大于Rl，即可得到占空比為50%的矩形脈沖，即方波；作為三角波，由積分器實(shí)現(xiàn)，積分器的本質(zhì)就是RC電路，輸出電壓取之于電容，在時(shí)間常數(shù)=RC遠(yuǎn)大于信號(hào)寬度的條件下，輸出電壓隨時(shí)間線性變化，即得到三角波；后面變?nèi)遣檎也ǖ亩A積分電路又是三角波輸出電路負(fù)載的一部分，作為負(fù)載，為使前極電路不受太大的影響，其阻抗應(yīng)盡可能的大，單獨(dú)考慮三角波輸出時(shí)，可忽略它的負(fù)載效應(yīng)。因此，后面二階積分電路的電容值取前級(jí)電路電容的1/5左右。由理論分析，線性的三角波經(jīng)過(guò)此二階積分電路，輸出是一個(gè)隨時(shí)間成指數(shù)的非線性關(guān)系，但由于二階時(shí)間常數(shù)相除的因素，其對(duì)應(yīng)值很小，從而得到近似的正弦波。為使電路參數(shù)的取值既滿足電路的理論要求，又兼顧輸出幅度等因素，由此設(shè)計(jì)的函數(shù)發(fā)生器得到的三角波的幅度為方波的1/10左右，正弦波的幅度為三角波的1/50左右。

如圖所示為用555定時(shí)器組成的函數(shù)發(fā)生電路。該電路由一塊CH7555定時(shí)器和一些晶體管及阻容元件組成，可同時(shí)產(chǎn)生三角波、方波、正弦波、鋸齒波和掃頻方波。鋸齒波可以是正或負(fù)的。各種波形的頻率從O.lHz～lOOkHz分擋連續(xù)可調(diào)，方波幅度為5～15V，可直接驅(qū)動(dòng)TTL電路（5V電源時(shí)）。斜波的非線性在1%以下，正弦波失真率小于3%。

四、結(jié)語(yǔ)

由555計(jì)數(shù)器構(gòu)成的函數(shù)發(fā)生器電路簡(jiǎn)單，制作成本低廉，同時(shí)選用改進(jìn)的555多諧震蕩形式產(chǎn)生的方波可以通過(guò)調(diào)節(jié)電阻的值來(lái)調(diào)節(jié)產(chǎn)生的方波的頻率，產(chǎn)生的方波經(jīng)過(guò)積分器的作用產(chǎn)生三角波，三角波在經(jīng)過(guò)差分放大電路的非線性轉(zhuǎn)化為正弦波。差分放大器具有工作點(diǎn)穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強(qiáng)，可以有效地抑制零點(diǎn)漂移。

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