【正文】 是比較器 C1 輸入端（也稱閾值端，用 TH 標(biāo)注）， 2Iv 是比較器 C2的圖 CB555 的電路結(jié)構(gòu)圖及引腳排列圖 15 輸入端（也稱觸發(fā)端，用 TR 標(biāo)注）。 555 定時(shí)器產(chǎn)品型號(hào)繁多，但所有雙極型產(chǎn)品型號(hào)最后的 3位數(shù)碼都是 555，所有 CMOS 產(chǎn)品型號(hào)最后的 4 位數(shù)碼都是 7555。利用它能方便的構(gòu)成各種觸發(fā)器、波形振蕩器以及定時(shí)延時(shí)電路、檢測(cè)電路、電源變換電路等多種實(shí)用電路 [9]。 圖 加入并聯(lián)二極管的電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路 14 555 定時(shí)器工作原理 555 定時(shí)器（又稱時(shí)基電路）是一種將模擬功能和邏輯功能巧妙 結(jié)合在同一塊硅片上的線性集成電路，它是數(shù)字電路和模擬電路相結(jié)合的電路，能夠產(chǎn)生時(shí)間延遲和多種脈沖信號(hào)。 下降時(shí)間 tf— 脈沖下降沿從 下降到 所需要的時(shí)間。 脈沖寬度 tw— 從脈沖前沿到達(dá) 起，到脈沖后沿到達(dá) 為止的一段時(shí)間。有時(shí)也使用頻率 1f T? 表示單位時(shí)間內(nèi)脈沖重復(fù)的次數(shù)。本設(shè)計(jì)中采用 555 構(gòu)成的多諧振蕩器直接產(chǎn)生矩形脈沖。 圖 電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路 13 （ 二 ） 脈沖信號(hào)源 獲取矩形脈沖波形的途徑不外乎兩種 [8]：一種是利用各種形式的多諧振蕩電路直接產(chǎn)生所需要的矩形脈沖，另一種是通過(guò)各種整形電路把已有的周期性變化波形變換為符合要求的矩形脈沖。當(dāng)然，也可選用負(fù) Rf 為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。 (3)穩(wěn)幅電路 由于 RC 選頻網(wǎng)絡(luò)本身存在的特點(diǎn)會(huì)使振蕩波形不穩(wěn)定，加之放大器的非線性會(huì)使波形質(zhì)量更差，因此采用線性放大器，引入電壓負(fù)反饋穩(wěn)幅電路，如圖 ，使放大器輸入阻抗提高，從而減小放大器對(duì)選頻網(wǎng)絡(luò)的影響；輸出阻抗減小，從而提高振蕩器帶負(fù)載的能力；負(fù)反饋本身就有改善波形，減小失真的功能。 ...111fR jwCRRjwC jwC????? ? ? ?OUFU （ 2–7） 整理可 得： . 113 ( )j w RC w RC? ??F （ 2–8） 令0 1w RC?， 則 0 12f RC?? 代入（ 2–8）式得 .0013 ( )ffj ff? ??F （ 2–9） 幅頻特性 為： .220013 ( )ffff???F （ 2–10） 圖 低頻段等效電路及其向量圖 圖 高頻段等效電路及其向量圖 12 相頻特性為 ： 001a r c ta n ( )3F ffff? ? ? ? （ 2–11） 由上述式子得： 當(dāng) 0ff? 時(shí) ， . 13F?， 即 ..013f ?UU， 0F? ? ? 。因此，對(duì)于 RC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)，必定存在一個(gè)頻率 f0,當(dāng) f= f0時(shí)， .fU 與 .OU 同相。逐漸變化到 90176。 ，且 .fU趨近于零。 圖 RC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò) 11 當(dāng)信號(hào)頻率足夠高時(shí)， 1 RwC??，因而網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)化電路及其電壓和電流的向量圖如圖 所示。 .fU 超前 .OU ，當(dāng)頻率趨近于零時(shí)，相位超前趨近于+90176。因?yàn)?RC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)在正弦波振蕩電路中既為選頻網(wǎng)絡(luò)，又為正反饋網(wǎng)絡(luò)，所以其輸入電壓為 .OU ，輸出電壓為 .fU 。目前應(yīng)用最為廣泛的是 RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，由 RC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的正弦振蕩電路稱為 RC 正弦波振蕩電路，又稱 RC 橋式振蕩電路或文式橋振蕩電路。根據(jù)任務(wù)要求產(chǎn)生振蕩頻率為 20HZ～ 2KHZ的正弦信號(hào)，選擇 RC 型選頻網(wǎng)絡(luò)就可以滿足。15 無(wú)負(fù)載 — 50 85 mW 注：測(cè)試條件： T=25℃， VCC=VEE=15V 圖 uA741 引線排列圖 (a) 引腳排列圖 (b)仿真圖標(biāo) 10 (2) 選頻網(wǎng)絡(luò) 選頻網(wǎng)絡(luò)有很多種，有 RC 組成的選頻網(wǎng)絡(luò)也有 LC、石英晶體組成的選頻網(wǎng)絡(luò)。177。12177。18V — 30 150 u V/V AVO 開(kāi)環(huán)電壓增益 RL≥ 2KΩ V0=177。13V 70 90 — dB PSRR 電源抑制比 VS=177。 177。 9 它具有輸出零電位穩(wěn)定性高、輸入阻抗高 ，價(jià)格低廉，易于購(gòu)買(mǎi)等 優(yōu)點(diǎn) 。 理論上，任何滿足放大倍數(shù)要求的放大電路與 RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)都可組成正弦波振蕩電路，但是實(shí)際上所選用的放大電路應(yīng)具有盡可能大的輸入電阻和盡可能小的輸出電阻。例如 D41集成運(yùn)放的電源電壓可達(dá) 177。若要提高輸出電壓或增大輸出電流 ， 集成運(yùn)放外部必須要加輔助電路。 6高壓大功率型運(yùn)算放大器 運(yùn)算放大器的輸出電壓主要受供電電源的限制。18V ，消耗電流為 50～ 250mA。常用的有 TL022C、 TL060C 等 ， 其工作電壓為 177。常見(jiàn)的運(yùn)放有 LM31 mA715等 ， 其 SR=50~70V/ms，BWG＞ 20MHz。 8 4高速型運(yùn)算放大器 在快速 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器、視頻放大器中 ， 要求集成運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)換速率 SR 一定要高 ， 單位增益帶寬 BWG 一定要足夠大 ， 像通用型集成運(yùn)放是不能適合于高速應(yīng)用的場(chǎng)合的。低溫漂型運(yùn)算放大器就是為此而設(shè)計(jì)的。常見(jiàn)的集成器件有 LF35 LF35 LF347（四運(yùn)放）及更高輸入阻抗的 CA31 CA3140等。實(shí)現(xiàn)這些指標(biāo)的主要措施是利用場(chǎng)效應(yīng)管高輸入 阻抗的特點(diǎn) ,用場(chǎng)效應(yīng)管組成運(yùn)算放大器的差分輸入級(jí) 。它們是目前應(yīng)用最為廣泛的集成運(yùn)算放大器。這類器件的主要特點(diǎn)是價(jià)格低廉、產(chǎn)品量大面廣 ,其性能指標(biāo)能適合于一般性使用。盡管品種繁多，內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)也各不相同，但是基本組成部分，結(jié)構(gòu)形式，組成原則基本一致 [6]。對(duì)于正弦振蕩電路來(lái)說(shuō)，對(duì)放大電路的要求是放大倍數(shù) A 必須與選頻網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù) F 相匹配，滿足兩者向量點(diǎn)積大于等于 1，并且在實(shí)際中，具有盡可能大的輸入電阻和盡可能小的輸出電阻，目的是減小這部分電路對(duì)選頻特性的影響，使振蕩頻率幾乎僅僅決定 7 于選頻網(wǎng)絡(luò)。從電路穩(wěn)定性、可靠性以及簡(jiǎn)易方面考慮直接采 用集成運(yùn)算放大電路。 （ 1）放大電路 放大電路是保證電路能夠起振的部分 ,也是整個(gè)振蕩電路中不可少的部分。 另外為了使輸出量在合閘后能夠有一個(gè)從小到大直至平衡在一定幅值的過(guò)程，電路的起振條件為 ..1?AF （ 2–6） 圖 利用瞬時(shí)極性法判斷相位條件 6 橋式振蕩電路的組成 一個(gè)完整的正弦振蕩電路主要由四部分電路組成：放大電路保證電路能夠有從起振到平衡的過(guò)程，使電路獲得一定幅值輸出量并且實(shí)現(xiàn)能量控制；選頻網(wǎng)絡(luò)確定電路振蕩頻率使電路產(chǎn)生單一頻率的振蕩，即保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩；正反饋網(wǎng)絡(luò)使放大電路的輸入信號(hào)等于反饋信號(hào)，在不少實(shí) 用電路中常將選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)合二為一；穩(wěn)幅環(huán)節(jié)即非線性環(huán)節(jié)，作用是使輸出信號(hào)穩(wěn)定。但有一點(diǎn)必須注意的是只有電路滿足相位平衡條件的情況下判斷是否滿足幅值條件才有意義。判斷一個(gè)電路是否滿足振幅平衡條件的方法是分別求解電路的 .A 和 .F ，然后判斷 ..AF 是否等于 1。 幅值平衡條件 1AF??中， 0 iA U U? ，即 0 iU AU? ， 0fF U U? ，所以 00 1ffiiUUUAF U U U? ? ? ? ? （ 2–5） 即 fiUU? ，這就是說(shuō)，振幅平衡條件是反饋電壓的幅值等于放大器輸入電壓幅值。為保證振蕩器的工作頻率是惟一的，滿足相位平衡條件的平衡點(diǎn)只能是一個(gè)。反饋網(wǎng)絡(luò)的相移 F? 通常在窄帶范圍內(nèi)也可認(rèn)為與頻率無(wú)關(guān)。 A? 是輸出電壓 .0U 超前輸入電壓 .iU 的相位，當(dāng)放大器是一個(gè)非線性工作的晶體管放大器時(shí)，輸出電壓為 . . .10 cL??U I Z ， .1cI 是集電極電流基波分量， .LZ 是集電極負(fù)載阻抗，則 . . ...10.. Y Z AcL j j jLmiig e e A e? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?U I ZAZUU （ 2–3） 其中 A Y Z? ?? ?? , Y? 是晶體管集電極電流基波分量 .1cI 超前輸入電壓 .iU的相角， Z? 是負(fù)載的相角，即 .0U 超前 .1cI 的相角。 4 振蕩電路工作原理 要產(chǎn)生自激振蕩 [3]，電路中必須引入反饋信號(hào)且反饋量必須與放大電路的輸入量處在一個(gè)相對(duì)平衡的狀態(tài)，即 ..1?AF ，寫(xiě)成模與相角 的形式為： 2AF nn? ? ? ? ???? 取 整 數(shù) ） （ 2–1） ..1?AF （或 1AF??） （ 2–2） 式（ 2– 1）稱為相位平衡條件，式（ 2– 2）稱為幅值平衡條件。 正弦波振蕩電路是在沒(méi)有外加輸入信號(hào)的情況下，依靠電路自激振蕩而產(chǎn)生正弦波輸出電壓的電路。由此方法得到的信號(hào)波形雖不如市面出售的信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的波形信號(hào)，但該設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單易行，對(duì)我們知識(shí)的鞏固研究更有幫助。振蕩電路有很多種，應(yīng)用最廣泛，最易實(shí)現(xiàn)的就是 RC 橋式振蕩電路，理論上該電路可以 產(chǎn)生頻率 1MHZ 以下的正弦波；對(duì)于脈沖信號(hào)源，脈沖信號(hào)有很多種，本設(shè)計(jì)就以矩形脈沖為例進(jìn)行分析研究，由所學(xué)知識(shí)知道， 555 構(gòu)成的多諧振蕩電路 [1]就可以產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的矩形波，只要對(duì)電路進(jìn)行適當(dāng)?shù)母膭?dòng)就能產(chǎn)生符合要求的矩形波信號(hào)。 3 （ 三 ） 課題研究方法 根據(jù)書(shū)中知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)頻率、幅度或占空比可調(diào)的正弦信號(hào)源與脈沖信號(hào)源是完全可能的。學(xué)習(xí)了模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)以及高頻信號(hào)等學(xué)科的知識(shí)后發(fā)現(xiàn)自己也可以設(shè)計(jì)制作出滿足頻率、幅度、占空比可調(diào)的正弦信號(hào)和脈沖信號(hào)。國(guó)內(nèi)外也有很多關(guān)于這方面的研究，根據(jù)不同的要求設(shè)計(jì)不同的方案，有基于 DSP 實(shí)現(xiàn)正弦信號(hào)源的產(chǎn)生，基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)正弦信號(hào)源的產(chǎn)生，有基于 FPGA 進(jìn)行 高速脈沖信號(hào)源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [2]，也有高精度設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)正弦激勵(lì)信號(hào)源等等以及相關(guān)的一些技術(shù)研究問(wèn)題。波形發(fā)生電路是一種不需外加激勵(lì)信號(hào)就能將直流能源轉(zhuǎn)化為具有一定頻率、一定幅度和一定波形的交流能量輸出電路，又稱為振蕩器或波形