方波发生器以及一阶RC滤波器

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标准文案方波发生器以及一阶RC滤波器

一、实验任务

（1）用555设计一个频率为1k占空比为50%的方波发生器。

（2）设计截止频率为1.6K的一阶RC低通滤波对（1）中的方波进行滤波。

二、实验原理

1、555定时器的电路结构与功能

555定时器是一种多用途的数字——模拟混合集成电路，利用它能既方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便，所以555定时器在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用。

其内部原理图如下图所示，其中(1)脚接地，(2)脚触发输入，(3)脚输出，(4)脚复位，(5)脚控制电压，(6)脚阈值输入，(7)脚放电端，(8)脚电源。

1脚gnd,2脚tri,3脚out,4脚rst,5脚con,6脚thr,7脚dis,8脚Vcc

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555定时器工作时过程分析如下：

5脚经0.01uF电容接地，比较器C1和C2的比较电压为：UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。

当VI1＞2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD 导通，定时器输出低电平。

当VI1＜2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器保持原状态不变，555定时器输出状态保持不来。

当VI1＞2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器标准文案

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C2输出低电平，基本RS触发器两端都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。

当VI1＜2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置1，G3输出低电平，放电三极管TD 截止，定时器输出高电平。

用图表表示：

555设计方波信号发生器如图所示

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R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚）和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。

由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1，R2对电容C 充电，使电压uc按指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。充电时间常数T充=（R1＋R2）C。

接成占空比可调方波发生器分析：

T充=(R1+R2)Cln2 ，T放=R2Cln2

占空比50%,要求充电时间等于放电时间，则将冲放电的电路分开，使得T充=R1Cln2 ， T放=R2Cln2 ，R1=R2,同时利用二极管的单向导通性，构建充电与放电的回路。

周期T=(R1+R2)Cln2 ，频率f=1/T=1kHz

取C=220nF，R1=3.3KΩ，R2=3.3KΩ

电路图如下所示：

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R1

5.1k

R2

5.1K

RW

10K

D2

1N4001

D1

1N4001

C

0.1u

Co

0.01u

V cc 5V

V o

1

2

3

4

5

6

7

8

555

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标准文案 可以将R1，R2部分换成电位器，做成频率和占空比可调的方波发生器。

仿真结果如下:

可见占空比为50%，频率为1KHZ 。

一阶低通滤波器的设计

一阶低通滤波器的传输函数

1

11111

)(C R j C R j H +Ω=Ω 11C 1o V

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低通滤波器下降到中频增益的0.707倍，计算幅度谱∣H(j Ω)∣=2

1, 得截止角频率2=Ωc πf =

RC

1

所以一阶低通滤波器截止频率1

1121

C R f S π=

=KHz 6.1 设计截止频率为KHz 6.1的低通滤波器，则令μ1.01=C F 得Ω=K R 11

三、 实验内容 1、 电路仿真

c

0.707

1

(j )

H ω

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图中红线表示方波发生器产生的方波，蓝线表示经过RC 低通滤波器后的输出信号。

V15 V

VCC OUT

U2

555_TIMER_RATED

GND

DIS RST THR CON

TRI C110nF 2R13.3kΩ

R23.3kΩC2220nF 1D1

1N1200C D21N1200C 347R31kΩ

C3100nF

XSC1

A

B

Ext Trig

+

+

_

_

+

_

5

6

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2、焊接电路

3、实际电路测试

给实验板接入+5V直流电压，连接好电路，接好示波器探针。图为方波发生器产生的方波信号和经过滤波器后的输出波形

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根据图像，实验得到占空比为50%的方波，经过RC滤波器后，信号上升沿变得平缓，说明信号高频分量被滤除，该滤波器为低通滤波器。

该图为实验电路所设计的PCB板

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mpg2.html