基于555函数发生器的设计

刘松武 符方彬 朱挺宁

【摘要】通过555定时器进行函数发生器的设计，设计思路比较的简单而且成本比较的低廉。根据有关理论原理进行电路参数的计算和选取，借助Multisim软件进行电路的创建，波形的仿真，并对有关问题进行了分析讨论。

【关键词】555定时计数器；函数发生器；波形仿真

中图分类号：TP39

文献标识码：A

文章编号：1006-0278（2015）04-099-01

一、引言

函数发生器能自动产生正弦波、方波、三角波及锯齿波、阶梯波等电压波形。基本的函数发生器用来产生正弦波、方波、三角波三种电压波形，其电路构成形式多种多样，有全部采用分立元件的，也可由运放级联构成，也有專用的集成电路直接得到（如单片集成电路函数发生器ICL8038）。本文通过555定时器，外加一些RC电路，设计得到能直接产生上述三种电压波形的函数发生器。

二、555定时器概述

555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器Cl的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则Cl的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。

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。555定时器的内部电路框图和外引脚排列。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。

三、由555定时计数器构成的函数发生器

本设计思路为：由555定时器构成的多谐自激振荡器得到方波；方波通过一阶RC积分电路得到三角波；三角波再通过二阶RC积分电路得到正弦波。作为方波，在多谐自激振荡器中使之R2远大于Rl，即可得到占空比为50%的矩形脉冲，即方波；作为三角波，由积分器实现，积分器的本质就是RC电路，输出电压取之于电容，在时间常数=RC远大于信号宽度的条件下，输出电压随时间线性变化，即得到三角波；后面变三角波为正弦波的二阶积分电路又是三角波输出电路负载的一部分，作为负载，为使前极电路不受太大的影响，其阻抗应尽可能的大，单独考虑三角波输出时，可忽略它的负载效应。因此，后面二阶积分电路的电容值取前级电路电容的1/5左右。由理论分析，线性的三角波经过此二阶积分电路，输出是一个随时间成指数的非线性关系，但由于二阶时间常数相除的因素，其对应值很小，从而得到近似的正弦波。为使电路参数的取值既满足电路的理论要求，又兼顾输出幅度等因素，由此设计的函数发生器得到的三角波的幅度为方波的1/10左右，正弦波的幅度为三角波的1/50左右。

如图所示为用555定时器组成的函数发生电路。该电路由一块CH7555定时器和一些晶体管及阻容元件组成，可同时产生三角波、方波、正弦波、锯齿波和扫频方波。锯齿波可以是正或负的。各种波形的频率从O.lHz～lOOkHz分挡连续可调，方波幅度为5～15V，可直接驱动TTL电路（5V电源时）。斜波的非线性在1%以下，正弦波失真率小于3%。

四、结语

由555计数器构成的函数发生器电路简单，制作成本低廉，同时选用改进的555多谐震荡形式产生的方波可以通过调节电阻的值来调节产生的方波的频率，产生的方波经过积分器的作用产生三角波，三角波在经过差分放大电路的非线性转化为正弦波。差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强，可以有效地抑制零点漂移。

参考文献：

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