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1、2009年7月榆林学院学报July.2009第19卷第4期JOURNALOFYULINUNIVERSITYVol.19No.4基于555的函数发生器的设计与仿真分析乜国荃(青海民族学院电子工程与信息科学系,青海西宁810007)摘要:通过555定时器进行函数发生器的设计,电路简单,成本低廉。根据有关理论原理进行电路参数的计算和选取,借助Multisim9进行电路创建,波形仿真,并对有关问题进行了分析讨论。关键词:555定时器;函数发生器;波形仿真中图分类号:TP391.9文献标识码:A文章编号:1008-3871(2009)04-0036-031引言为放电时间:tW2=ln2R
2、2C=0.7R2C。函数发生器能自动产生正弦波、方波、三角波及锯齿波、阶梯波等电压波形。基本的函数发生器用来产生正弦波、方波、三角波三种电压波形,其电路构成形式多种多样,有全部采用分立元件的,也可由运放级联构成,也有专用的集成电路直接得到(如单片集成电路函数发生器ICL8038)。本文通过555定时器,外加一些RC电路,设计得到能直接产生上述三种电压波形的函数发生器。2555定时器概述555定时器是集模拟电路和数字电路为一体的中规模集成电路,只要适当配接少量的外围元件,可以很方便的构成脉冲产生电路、脉冲变换电路及其它具有定时功能的电路。在电子系统、电子玩具、家用电器、自动控制及
3、定时、延时电路中有着广泛的应图1多谐自激振荡器用。3由555定时器构成函数发生器多谐自激振荡器是555定时器的典型应用,如本设计思路为:由555定时器构成的多谐自激图1所示为多谐自激振荡器的基本电路。其中R1、振荡器得到方波;方波通过一阶RC积分电路得到R2、C为外围充放电电路,当定时器输出高电平时,7三角波;三角波再通过二阶RC积分电路得到正弦脚截止,电源通过R1、R2向电容C充电,使之6脚波。作为方波,在多谐自激振荡器中使之R2远大电位升高到内部参考电位(2/3UCC)时,电路翻转输于R1,即可得到占空比为50%的矩形脉冲,即方出低电平,7脚导通,电容通过R2放电,使之2脚
4、的波;作为三角波,由积分器实现,积分器的本质就是电位降低到内部参考电位(1/3UCC)时,电路翻转输一阶RC电路,输出电压取之于电容,在时间常数=出高电平,如此反复产生振荡输出矩形脉冲波。电RC远大于信号宽度的条件下,输出电压随时间线性路输出高电平的时间即为充电时间:tW1=ln2(R1+变化,即得到三角波;后面变三角波为正弦波的二阶R2)C=0.7(R1+R2)C;电路输出低电平的时间即积分电路又是三角波输出电路负载的一部分,作为收稿日期:2009—02—21作者简介:乜国荃(1956—),男,青海贵德人,教授,实验中心主任。主要从事人体脉搏测量与分析的研究工作。E-mail
5、:ngq-gqn@163.com乜国荃:基于555的函数发生器的设计与仿真分析·37·负载,为使前极电路不受太大的影响,其阻抗应尽可C区分别设置A、B、C通道输入信号在Y轴上的显能的大,单独考虑三角波输出时,可忽略它的负载效示刻度为:5V/Div、1V/Div、20mV/Div,并将示波器应。因此,后面二阶积分电路的电容值取前级电路背景调为白色,按动键盘A键,改变电阻R2的阻电容的1/5左右。由理论分析,线性的三角波经过值,观擦输出波形频率的变化情况,得到可变阻值为此二阶积分电路,输出是一个随时间成指数的非线51%时,三种波形的仿真如图3所示。双击失真度性关系,但由于二阶时间常
6、数相除的因素,其对应值测试仪图标,打开其面板,得到正弦波失真系数为很小,从而得到近似的正弦波。为使电路参数的取1.271%,如图4所示。值既满足电路的理论要求,又兼顾输出幅度等因素,由此设计的函数发生器得到的三角波的幅度为方波的1/10左右,正弦波的幅度为三角波的1/50左右。4由Multisim9进行电路设计及仿真分析进入Multisim9仿真界面,从元件库中调用555定时器及有关电阻、电容、直流电源等元件,从虚拟仪器工具栏中取出四踪示波器、失真度测试仪,根据以上设计思路,设计并创建如图2所示的函数发生器电路。图2由555构成的函数发生器4.1电路参数估算及选取为使输出方波幅
7、度较大,且兼顾555定时器的性能要求,取电源电压为12V;输出方波的频率以1KHz考虑,取C=0.01μF、R1=1KΩ,计算得R2=71KΩ,为使频率在1KHz左右有一定的调节范围,可取R2为一20KΩ移动示波器游标可读出方波幅度为6.08V(峰固定阻值和100KΩ可调阻值串联,由此得到多谐峰值与电源电压相一致),三角波幅度为0.61V,正自激振荡器;555输出通过隔直电容C2得到方波接弦波幅度为11.82mV,其值与理论值基本吻合,如示波器A通道;由于方波频率为1KHz,则脉冲宽度三角波
