占空比可调的矩形波发生器

占空比可调的矩形波发生器实验一、

二、实验目的

1.掌握NE555、ICM7555等定时器芯片的使用方法；

2.了解占空比可调的矩形波发生器的设计方法。

二、实验原理

1.定时器介绍

555定时器是一种多用途的单片中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用。目前生产的定时器有双极型和CMOS两种类型，其型号分别有NE555（或5G555）和C7555等多种。通常，双极型产品型号最后的三位数码都是555，CMOS产品型号的最后四位数码都是7555，它们的结构、工作原理以及外部引脚排列基本相同。一般双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS定时电路具有低功耗、输入阻抗高等优点。555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。双极型定时器电源电压范围为5～16V，最大负载电流可达200mA；CMOS定时器电源电压变化范围为3～18V，最大负载电流在4mA以下。

图1为555集成电路内部结构框图。其中由三个5KΩ的电阻R1、R2和R3组成分压器，为两个比较器C1和C2提供参考电压，当控制端VM悬空时（为避免干扰V M端与地之间接一0.01μF左右的电容），

VA=2VCC/3，VB=VCC/3，当控制端加电压时V A =V M ，V B =V M /2。

放电管TD 的输出端Q'为集电极开路输出，其集电极最大电流可达50mA ，因此具有较大的带灌电流负载的能力。555集成电路的输出级为推拉式结构。

D R 是置零输入端，若复位端D R 加低电平或接地，不管其他输入

状态如何，均可使它的输出VO 为“０”电平。正常工作时必须使D

R 处于高电平。 2．功能

555定时器的功能主要是由两个比较器C1和C2的工作状况决定的。由图1可知，当V6>VA 、V2>VB 时，比较器C1的输出VC1=0、比较器C2的输出VC2=1，基本RS 触发器被置0，TD 导通，同时VO 为低电平。

当V6VB 时，VC1=1、VC2=1，触发器的状态保持不变，因而TD 和输出的状态也维持不变。

当V6

图1 555定时器结构框图

─ 阈值触发控制

平，同时TD 截止。

这样我们就得到了表1 555定时器的功能表。 3．应用

3.1用555定时器构成的施密特触发器

施密特触发器——具有回差电压特性，能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。 [1] 电路组成及工作原理

O O 1

2I

v 2t

t

v I

O v 1

23CC V CC

1V 3(a)电路图

(b)波形图

v

图2 555定时器构成的施密特触发器

（1） v I =0V 时，v o1输出高电平。

（2）当v I 上升到cc V 3

2时，v o1输出低电平。当v I 由cc V 3

2继续上升，

v o1保持不变。

放电管状态T D

表1 555定时器的功能表 输 入

触发输入V 2

输出V O

复位D R

×

不变

截止 导通 0 0 0 1 1 1 1

× >V A

V B >V B

不变

导通

（3）当v I 下降到cc V 3

1时，电路输出跳变为高电平。而且在v I 继续

下降到0V 时，电路的这种状态不变。

图中，R 、V CC2构成另一输出端v o2，其高电平可以通过改变V CC2进行调节。

[2] 电压滞回特性和主要参数 电压滞回特性

v V V I

o

OH

OL

V V V v CC CC

CC 13

230

I

v v o

(a)(b)电路符号电压传输特性

图3 施密特触发器的电路符号和电压传输特性

主要静态参数

（1） 上限阈值电压V T+——v I 上升过程中，输出电压v O 由高电平

V OH 跳变到低电平V OL 时，所对应的输入电压值。V T+=cc V 3

2。

（2）下限阈值电压V T ———v I 下降过程中， v O 由低电平V OL 跳变到高电平V OH 时，所对应的输入电压值。V T —=cc V 3

1。

（3）回差电压ΔV T

回差电压又叫滞回电压，定义为

ΔV T = V T+－V T — =cc V 3

1

若在电压控制端V IC （5脚）外加电压V S ，则将有V T+=V S 、V T —=V S /2、

ΔV T = V S /2，而且当改变V S 时，它们的值也随之改变。

3.2 用555定时器单稳态触发器

单稳态触发器具有下列特点：第一，它有一个稳定状态和一个暂稳状态；第二，在外来触发脉冲作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳状态；第三，暂稳状态维持一段时间后，将自动返回到稳定状态。暂稳态时间的长短，与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。 单稳态触发器在数字系统和装置中，一般用于定时（产生一定宽度的脉冲）、整形（把不规则的波形转换成等宽、等幅的脉冲）以及延时（将输入信号延迟一定的时间之后输出）等。 [1]电路组成及工作原理

（1）无触发信号输入时电路工作在稳定状态

当电路无触发信号时，v I 保持高电平，电路工作在稳定状态，即输出端v O 保持低电平，555内放电三极管T 饱和导通，管脚7“接地”，电容电压v C 为0V 。 （2）v I 下降沿触发

当v I 下降沿到达时，555触发输入端（2脚）由高电平跳变为低电平，电路被触发，v O 由低电平跳变为高电平，电路由稳态转入暂稳态。 （3）暂稳态的维持时间

在暂稳态期间，555内放电三极管T 截止，V CC 经R 向C 充电。其充电回路为V CC →R →C →地，时间常数τ1=RC ，电容电压v C 由0V 开始增大，在电容电压v C 上升到阈值电压cc V 3

2之前，电路将保持暂稳态不

变。