电子电路综合实验1作业

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1.设计目标:(课件、理论部分由此开始)

(1)理解和掌握555定时器的工作原理;
(2)利用其双稳态的特点设计一个1khz占空比可调的方波发生器;
(3)掌握和练习基本的硬件电路设计和制作方法;

2.原理分析:

555定时器:

555定时器电路图

R非是复位端,置0时,Q为0,Q非为1,则Uo输出为0,同时Q非为1加在三极管T的基极,三极管处于导通状态。
①R=0时,Q=1,uo=0,T饱和导通。
②R=1(此时没有复位功能)、UTH>2VCC/3、UTR>VCC/3时,C1=0、C2=1,Q=1、Q=0,uo=0,T饱和导通。(分析:C1的正输入端为2VCC/3,C1的负输入UTH端大于正输入端,工作在饱和状态, 输出0;C2的负输入端为1VCC/3,C2的负输入端小于正输入端UTH,输出1,RD和SD上面有一横,代表低电平有效,意义是ReSet,C1输出0,RD有效,则Q为0,Q非为1,Uo输出为0,同时Q非作用于三极管基极,三极管导通)
③R=1、UTH<2VCC/3、UTR>VCC/3时,C1=1、C2=1,Q、Q不变,uo不变,T状态不变。(分析同上)
④R=1、UTH<2VCC/3、UTR<VCC/3时,C1=1、C2=0,Q=0、Q=1,uo=1,T截止。(分析同上)

由555定时器构成的多谐振荡器:

方波发生器电路图及工作波形

首先电源VCC通过R1和R2给C电容充电,电容的电压肯定比较小,小于 1VCC/3,同样C1正端是2VCC/3,C2负端1VCC/3,TH和TR端是连接在一起的,刚开始是小于 1VCC/3,此时C1输出1,C2输出0,此时置位端有效(带详细确认),Q为1,Q非为0,uo为1,三极管截止,输出高电平。此时,电源仍然给电容充电,当TH和TR端是连接在一起的那点小于2VCC/3大于1VCC/3,C1输出1,C2输出1,三极管导通,uo为1,当电容大于2VCC/3的时候,此时C1输出0,C2输出1,此时Q为0,Q非为1,uo为0,输出低电平,三极管导通状态,电容会通过7脚进行放电,放电之后,TH和TR连接在一起的点的电压会慢慢减小,小于2VCC/3大于1VCC/3,之后又会小于 1VCC/3,重复,构成多谐振荡器。
第一个暂稳态的脉冲宽度tp1,即uc从VCC/3充电上升到2VCC/3所需的时间(通过两个电阻充电):tp1≈0.7(R1+R2)C
第二个暂稳态的脉冲宽度tp2,即uc从2VCC/3放电下降到VCC/3所需的时间:
tp2≈0.7R2C
震荡周期:T=tp1+tp2≈0.7(R1+2R2)C
占空比(高电平占整个周期的时间):q=T1/T=(R1+R2)/(R1+2R2),由此可知它的占空比始终大于50%。

占空比可调的电路(增加一个可调电阻):

原理图

可计算得:
T1=0.7R1C (T1为充电时间)
T2=0.7R2C(T2为放电时间)
总时间 T=T1+T2=0.7(R1+R2)C
所以R1、R2、C确定, 那么周期T,也就确定了。

占空比

3.设计要求:

(1)要求绘制原理图;
(2)电路设计时,必须要留下测试用引脚,例如电源地、方波输出端等地方添加测试用引脚;
(3)完成设计任务时需要上交和验收的材料有:电路原理图、电路板、设计报告。

4.设计过程:(实践部分由此开始)

1.元件清单:

NE555芯片、10nf电容x2、47kΩ电位器、47kΩ电阻、20kΩ电阻、1N4148二极管x2、洞洞板电源等

2.仿真实验:

按原理,在Multisim中将各元器件和示波器正确连接,如下图所示。

Multisim仿真

启动仿真,观察输出波形,为1khz方波,即电路基本工作正常。

1khz方波(50%占空比)

调节电位器,观察方波的占空比(高电平占整个周期的时间)是否随调节发生变化

占空比>50%的方波
占空比<50%的方波

可见,仿真结果正常,可使用实物焊接进行下一步实验。

3.实物焊接

焊接实物(手残莫怪)

焊接时预留了两个GND、一个VCC、OUT、THR&TRI的连接线

将GND和VCC分别连接至直流电源(5V)的负极和正极,同时将示波器输入接地连接到GND上,将OUT和THR&TRI连接至示波器的1、2通道,观察工作波形。

工作波形

由此可见,工作波形为1khz左右的方波,电路基本工作正常。

调节电位器,观察占空比的变化:

占空比=50%
占空比<50%
占空比>50%

由此可见,占空比可调电路工作也正常,本次实验完美结束。

4.经验总结

1.购买元器件时,一定要买那种啥规格都有的“电阻大礼包”“电容大礼包”,因为你不能保证仿真的结果、计算的结果和你实际焊完之后测试的结果完全一样,如果你手里只有一种规格的元件,想要调整,就得多等几天快递了。
2.焊接洞洞板时,一定要胆大心细,不要大力出奇迹,洞洞板的焊盘是很脆弱很容易掉的,倒不是掉了之后就废了,只是会很影响美观。
3.前面提到的用于连接电源和示波器的线是杜邦线,去掉塑料接头直接焊上去的,很脆弱,断了至少3次。所以测试无误后我用热熔胶把焊接处盖了一层,这样就不容易断开了。