555经典电路

1、555介绍：

555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压ＶCC /3 和 2ＶCC /3
1引脚：接地端，与地相接；
2引脚：触发输入端；
3引脚：电压输出端；
4引脚：RD复位端：当 端接低电平，则时基电路不工作，此时不论 、TH处于
何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5引脚：电压控制端；若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
6引脚：阈值输入端；
7引脚：放电端；
8引脚：电源输入端

2、研究内容：

用集成555电路设计一脉冲波、三角波、正弦波电路：一路输出10kHZ脉冲波，另一路输出10kHZ三角波，第三路输出30kHZ正弦波，三路输出幅度为1V

3、设计方案：

方波：

用555定时器组成的多谐振荡器的典型电路如图3-3所示。R1、R2和C为定时元件，C2的作用是防止干扰电压对电路的影响。接通电源后，电容C1被充电，当电容C1上端电压Uc1升到2Ucc/3时使555第3脚Uo为低电平，同时555内放电三极管T导通，此时电容C1通过R2放电，Uc1下降。当Uc1下降到Ucc/3时，Uo翻转为高电平。当放电结束时，T截止，Ucc将通过R1、R2 向电容器C2充电，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。对555，R1的取值一般要大于1kΩ，对7555，则应在2kΩ以上，否则易损坏器件。波形主要参数估算公式：

正脉冲宽度：T1=(R1+R2)C㏑2≈0.7(R1+R2)C

负脉冲宽度：T2=R2C㏑2≈0.7R2C

重复周期：T=T1+T2≈0.7(R1+2R2)C

占空比：D= T1/T=(R1+R2)/ (R1+2R2)

仿真电路图：

输出波形：f=1/(99.434/1000000)=10.057Hz

Up=1V

满足设计要求

方波到三角波：

积分运算电路是模拟电路中应用较广泛的一种功能电路,它的原理电路如下图所示图中,输入信号ui经输入电阻R接入运放反相输入端,电容C接在负反馈回路中。与反相比例运算电路相比,只是将其中的反馈电阻用电容来代替,因而,积分电路也属于反相输入电路运用理想运放反相输人时的“虚短”和"虚断"概念可推出相关表达式，在使用电路中，为了防止低频信号增益过大，常在电容上并联一个电阻加以限制，如下图虚线所示：

仿真电路图：

输出波形：f=1/(99.434/1000000)=10.057Hz

Up=1V

满足设计要求

方波到正弦波：

带通滤波器输入的方波滤波得到3倍基波频率的正弦波，本实验为有源带通滤波器,对电阻R及电容C进行调节,从而实现对实验要求的3次谐波的提取。

二阶有源带通滤波器：带通滤波器是允许某一频段内的信号通过，因此它具有两个截止频率fH和fL。

通过高通滤波和低通滤波电路进行组合，可获得带通滤波电路。它的电路如图3-4所示。

该电路的传递函数为：

其中： ；；

对于带通滤波器，Q值越高，幅频响应曲线越尖锐，滤波器的选择性越好。但随着曲线变尖，通带范围也会相应变窄，因此Q值也不能太高，一般取Q≤10较好。另外，从通带宽度Δf的公式可看出，通过调节R4和R5的比例，即可改变带宽而不会影响中心频率。

仿真电路：

三倍基波频率正弦波输出波形：

总体仿真电路：

-

输出波形：

输出波形：

4、结果分析：

在多次调整电路参数后得到了正确的输出波形图，555多谐振荡器产生方波，方波积分得到同频率正弦波，方波通过带通滤波得到三倍基波频率的正弦波；在电路调试的过程中出现了不同程度的波形失真，555多谐振荡器产生波形失真可以归结为以下几点：3端输出带负载能力有限或负载过大、4端电压不稳、5端参考电压不稳、电压质量不好、Ucc电源供电能力不足等；积分电路波形失真原因可以归结为以下几点：电阻电容参数选取不当、电压Ucc过小或是单电源供电、低频信号增益过大进入饱和区；带通滤波电路波形失真原因可以归结为以下几点：电阻电容参数选取不当、滤波器阶数太低、电压Ucc过小或是单电源供电

5、总结：

555电路不仅可以构成多谐振荡器而且还可以构成单稳态触发器、锯齿波发生器、施密特触发器，是一种应用广泛的集成电路；任何一个周期信号都可以展开成傅里叶级数，也就是若干次谐波（正弦波）之和，根据这一原理，将方波展开为傅里叶级数，用带通滤波器滤得30kHZ的正弦波信号；利用积分电路的积分功能不仅可以进行一些积分运算功能而且还可以将方波积分成三角波；在电路设计的过程中遇到过很多问题，参数也调了很久，但在这基础上最基本的是要把设计电路的特性搞清楚，在之后的参数计算过程中才不至于手忙脚乱。

6、参考文献：

[1]陆勇.模拟集成电路基础(第三版)[M].北京：中国铁道出版社，2010

[2]侯建军.数字电子技术基础(第三版)[M].北京：高等教育出版社，2015