方波发生器

方波发生器

一、实验目的

（1）用555设计一个频率为1k占空比为50%的方波发生器。

（2）设计截止频率为1.6K的一阶RC低通滤波对（1）中的方波进行滤波。

二、实验原理

1、555定时器的电路结构与功能

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电路由电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、放电管和输

出缓冲器5个部分组成。基本RS触发器的输出状态受比较器C1、C2的输出端控制。

用555定时器设计方波发生器，其基本单元为施密特触发器。施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压，在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压。正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压。利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。输入的信号只要幅度大于vt+，即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。当输入电压由低向高增加，到达V+时，输出电压发生突变，而输入电压Vi由高变低，到达V-，输出电压发生突变，因而出现输出电压变化滞后的现象，可以看出对于要求一定延迟启动的电路，它是特别适用的.

由于比较器C1和C2的参考电压不同，因而SR锁存器的置0信号和置1信号必然发生在输入信号的不同电平。因此，输出电压V0由高电平变为低电平和由低电平变为高电平所对应的VI也不同，这样就构成了施密特触发特性。只要将555定时器的V I1和V I2两个输入端连在一起作为信号输入端，即可得到施密特触发器。

用555定时器设计方波发生器，可以先把它接成施密特触发器，再把施密特触发器的反相输出端经RC积分电路接回到它的输入端。555设计方波信号发生器如图所示

R

T C

其中：信号频率T A C R f 722

.0=

=KHz 1，占空比为1

21T T T +=50%，

C R T A 693.01=，C R T B 693.02=。若设计方波信号，令B A R R =。

注意：这里需要加二极管D ，否则占空比相差很大，不易设计方波。 设计KHz 1的方波信号，令μ22.0=T C F ，由计算得Ω==K R R B A 3.3 。

一阶低通滤波器的设计

一阶低通滤波器的传输函数

1

11

111

)(C R j C R j H +

Ω=

Ω

低通滤波器下降到中频增益的0.707倍，计算幅度谱∣H(j Ω)∣=2

1, 得截止角频率2=Ωc πf =

RC

1

所以一阶低通滤波器截止频率1

1121

C R f S π=

=KHz 6.1 设计截止频率为KHz 6.1的低通滤波器，则令μ1.01=C F 得Ω=K R 11

三、 实验内容 1、 电路仿真

1

1

o V

图中红线表示方波发生器产生的方波，蓝线表示经过RC低通滤波器后的输出信号。

2、焊接电路

3、实际电路测试

给实验板接入+5V直流电压，连接好电路，接好示波器探针。

图为方波发生器产生的方波信号和经过滤波器后的输出波形

根据图像，实验得到占空比为50%的方波，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。

该图为实验电路所设计的PCB板

四、实验总结

通过该综合实验，我们自己查找资料，设计电路，完成仿真和实际电路测试，锻炼了我们独立思考，独立动手的能力。通过查找相关资料，了解了555定时器的内部结构和功能，丰富了相关知识，培养了我们自主学习的精神。通过上台介绍与讲解相关电路的原理与功能，也让所有同学了解该电路。对Altium Designer的熟悉与使用，完成了对实验电路PCB板的设计。

同时也分享了其他人设计的不同电路，充分发挥了每个人的创新精神，同学之间相互促进，相互学习，共同进步。