《電子技術(shù)項(xiàng)目化教程》 課件 項(xiàng)目九 鋸齒波電路的設(shè)計(jì)與測(cè)試

項(xiàng)目九

鋸齒波電路的設(shè)計(jì)與測(cè)試學(xué)習(xí)目標(biāo)：知識(shí)目標(biāo)：掌握555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和工作原理。掌握555定時(shí)器的典型應(yīng)用。掌握用555定時(shí)器制作鋸齒波發(fā)生器的原理。技能目標(biāo)：能夠熟悉脈沖產(chǎn)生與整形電路的組成、工作原理及測(cè)試調(diào)整方法。能完成鋸齒波電路的設(shè)計(jì)、組裝和調(diào)試。2項(xiàng)目背景：在電子工程、通信工程、自動(dòng)控制等領(lǐng)域，有很多場(chǎng)合需要鋸齒波、正弦波、矩形波和三角波等作為基本測(cè)量信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)鋸齒波的波形先呈直線上升，隨后陡落，之后再上升，再陡落，如此反復(fù)，是一種非正弦波。由于波形類似鋸齒，即具有一條直的斜線和一條垂直于橫軸的直線的重復(fù)結(jié)構(gòu)，故被命名為鋸齒波。3任務(wù)555電路邏輯功能測(cè)試任務(wù)分析：555電路由于內(nèi)部含有3個(gè)5kΩ電阻而得名，開始時(shí)多作為定時(shí)器應(yīng)用，故又稱為555定時(shí)器或555時(shí)基電路。555定時(shí)器是一種將模擬電路與數(shù)字邏輯功能相結(jié)合的多用途中規(guī)模集成電路，具有定時(shí)精確、工作速度快、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于數(shù)字設(shè)備、工業(yè)控制、電子玩具、家用電器等領(lǐng)域。4任務(wù)555電路邏輯功能測(cè)試知識(shí)鏈接：1.555定時(shí)器的工作原理2．555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器3．555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器4．555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器51.555定時(shí)器的工作原理555定時(shí)器是一種模擬-數(shù)字混合集成電路，可以構(gòu)成波形產(chǎn)生電路，整形電路，定時(shí)、延時(shí)電路。集成定時(shí)器的產(chǎn)品可以分為雙極型和CMOS型；根據(jù)集成電路內(nèi)部定時(shí)器的個(gè)數(shù)，其可以分為單定時(shí)器和雙定時(shí)器。雙極型單定時(shí)器型號(hào)的最后3位數(shù)字為555；雙極型雙定時(shí)器型號(hào)的最后3位數(shù)字為556；CMOS型單定時(shí)器型號(hào)的最后4位數(shù)字為7555；CMOS型雙定時(shí)器的最后4位數(shù)字為7556。6不同類型的同型號(hào)芯片的邏輯功能和引腳排列完全一樣，便于互換。1.555定時(shí)器的工作原理555定時(shí)器的內(nèi)部電路和引腳排列圖如圖9-1所示，它由4部分組成：(1)3個(gè)5kΩ電阻組成的電阻分壓器；(2)2個(gè)電壓比較器C1、C2；(3)1個(gè)由G1和G2與非門構(gòu)成基本RS觸發(fā)器；(4)放電三極管VTD和輸出緩存器G3。71.555定時(shí)器的工作原理1)電阻分壓器它是由3個(gè)5kΩ電阻串聯(lián)組成的分壓電路。當(dāng)電壓控制端CO(引腳5)不外接控制電壓時(shí)，電壓比較器C1的同相輸入端提供

VCC的基準(zhǔn)電壓，電壓比較器C2的反向端提供

VCC的基準(zhǔn)電壓，為了防止高頻干擾，一般情況在CO端與地之間連接一個(gè)電容。當(dāng)電壓控制端CO(引腳5)外接控制電壓時(shí)，電壓比較器C1的同相輸入端輸入VCC，電壓比較器C2的反向輸入端輸入

VCC。2)電壓比較器電壓比較器由運(yùn)算放大電路組成，當(dāng)同相輸入端電壓大于反向輸入端電壓時(shí)，電壓比較器輸出高電平1；當(dāng)同相輸入端電壓小于反向輸入端電壓時(shí)，電壓比較器輸出低電平0。81.555定時(shí)器的工作原理3)基本RS觸發(fā)器它由G1和G2兩個(gè)與非門組成，輸入信號(hào)為電壓比較器的輸出電壓UC1和UC2，邏輯功能如表9-1所示。9UC1UC2QnQn+1說(shuō)明000×觸發(fā)器狀態(tài)不定001×0100觸發(fā)器置001101001觸發(fā)器置110111100觸發(fā)器保持不變11111.555定時(shí)器的工作原理4)放電三極管VTD和輸出緩存器G3三極管VTD作為開關(guān)管使用，受基本RS觸發(fā)器的輸出

控制，當(dāng)

為高電平時(shí)，三極管VTD導(dǎo)通，可以外接電容進(jìn)行放電；當(dāng)

為低電平時(shí)，三極管VTD截止，可以外接電容通過(guò)三極管VTD進(jìn)行充電。G3作為輸出緩沖器，目的是提高定時(shí)器的帶負(fù)載能力和隔離外接負(fù)載對(duì)定時(shí)器工作的影響。101.555定時(shí)器的工作原理555定時(shí)器的功能11輸

入輸

出THOUTVTD狀態(tài)××00導(dǎo)通VCCVCC10導(dǎo)通VCCVCC11截止VCCVCC1不變不變2．555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器利用555定時(shí)器及外接電阻R和電容C構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖9-2所示。單穩(wěn)觸發(fā)器有兩種不同工作狀態(tài)：穩(wěn)定狀態(tài)(簡(jiǎn)稱穩(wěn)態(tài))和暫時(shí)穩(wěn)定狀態(tài)(簡(jiǎn)稱暫穩(wěn)態(tài))，在外界觸發(fā)信號(hào)作用下，其可以從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)態(tài)，維持一段時(shí)間之后，再自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)。12圖9-2555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器3．555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器將555定時(shí)器的

和TH連接在一起作為外部觸發(fā)信號(hào)Ui的輸入端，即可構(gòu)成施密特觸發(fā)器，如圖9-4所示。13圖9-4555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器根據(jù)555定時(shí)器的功能表，將三角波作為輸入觸發(fā)信號(hào)，可以得到輸出波形如圖

9-5所示4．555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器利用555定時(shí)器及外接電阻R和電容C構(gòu)成的多諧振蕩器如圖9-6所示。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)狀態(tài)，不需要外加觸發(fā)信號(hào)，利用電容的不斷充、放電，就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生自激振蕩，輸出周期性的矩形波。14圖9-6555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器4．555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器根據(jù)555定時(shí)器各端口的功能表，可以得到輸出波形如圖9-7所示，電容上的電壓UC1將在

VCC和

VCC之間循環(huán)充、放電，使電路產(chǎn)生振蕩，輸出周期矩形脈沖。15圖9-7555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器波形圖任務(wù)555電路邏輯功能測(cè)試任務(wù)實(shí)施：任務(wù)目標(biāo)(1)掌握555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理。(2)掌握555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器的工作原理。(3)掌握555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩觸發(fā)器的工作原理。設(shè)備要求(1)PC一臺(tái)。(2)Multisim軟件。①所選元器件見表9-3。②示波器(XSC1)。16標(biāo)識(shí)符與元器件組系

列VCCGNDSourcesPOWER_SOURCESCLOCK_VOLTAGESourcesSIGNAL_VOLTAGE_SOURCESLM555CNMixed555_VIRTUALR1KΩBasicRPACKC1_10nFBasicCAPACITOPC2_1uFBasicCAPACITOP任務(wù)555電路邏輯功能測(cè)試實(shí)施內(nèi)容及步驟1．555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器驗(yàn)證（1）啟動(dòng)Multisim軟件，進(jìn)入主界面，選擇菜單欄中的保存命令后，會(huì)彈出“保存”窗口，選擇合適的保存路徑并輸入所需的文件名“Ex_1”，然后單擊“保存”按鈕，完成新文件的創(chuàng)建，如圖9-8所示。（2）文件新建完成后，將電路相關(guān)的元器件從器件庫(kù)中調(diào)出來(lái)，執(zhí)行菜單命令“Place”→“Component”即可打開“SelectaComponent”(選擇元器件)對(duì)話框，如圖9-9所示。參考表9-3，選擇實(shí)驗(yàn)所需要的元器件。選擇“Mixed”組下的“555_VIRTUAL”選項(xiàng)，再單擊“OK”按鈕即可。放置其他元器件，如電源、接地、電阻、電容、開關(guān)、時(shí)鐘源；選擇元器件時(shí)，元器件的輪廓呈現(xiàn)為虛線，等待用戶確定放置的位置。在此過(guò)程中，如果有必要對(duì)元器件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或鏡像等操作，可以使用通用的【Ctrl+R】【Ctrl+X】【Ctrl+Y】等快捷鍵。將光標(biāo)移動(dòng)到工作臺(tái)的合適位置上，再用鼠標(biāo)左鍵單擊一下即可放置此元器件。17任務(wù)555電路邏輯功能測(cè)試(3)按照?qǐng)D9-10連接仿真測(cè)試電路。所有的元器件都有用來(lái)連接其他元器件或儀器的引腳，將光標(biāo)放在元器件的引腳上，當(dāng)光標(biāo)變成十字準(zhǔn)線之后單擊一下鼠標(biāo)，然后移動(dòng)光標(biāo)，將其連接到其他引腳上之后再單擊一下鼠標(biāo)，即可完成引腳的連接操作。18任務(wù)555電路邏輯功能測(cè)試(4)啟動(dòng)仿真(單擊

按鈕)，改變R1、C1的值，記錄示波器輸出波形暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間，并將測(cè)試結(jié)果記錄在表9-4中。19參數(shù)R1C1T理論值測(cè)試值第1組1k

0.1

F

第2組3k

0.33

F

第3組6.8

0.1

F

任務(wù)555電路邏輯功能測(cè)試2．555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器驗(yàn)證(1)按照上述步驟，連接如圖9-11所示的仿真測(cè)試電路。(2)啟動(dòng)仿真(單擊

按鈕)，觀察示波器輸出波形并記錄測(cè)試結(jié)果。20任務(wù)555電路邏輯功能測(cè)試3．555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器驗(yàn)證(1)按照上述步驟，連接如圖9-12所示的仿真測(cè)試電路。(2)啟動(dòng)仿真(單擊

按鈕)，觀察示波器輸出波形，并將測(cè)試結(jié)果記錄在表9-5中。21參數(shù)R2CT占空比q理論值測(cè)試值理論值測(cè)試值第1組1k

0.1

F

第2組3k

0.33

F

第3組6.8

0.1

F

實(shí)訓(xùn)9鋸齒波電路的設(shè)計(jì)與測(cè)試實(shí)訓(xùn)9.1設(shè)計(jì)指標(biāo)(1)熟悉鋸齒波電路的工作原理及測(cè)試方法。(2)掌握鋸齒波的制作方法。實(shí)訓(xùn)9.2設(shè)計(jì)任務(wù)和要求利用555定時(shí)器構(gòu)成信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)生鋸齒波。(1)了解利用555電路構(gòu)成鋸齒波發(fā)生器的基本原理。(2)鋸齒波