基于555函數發生器的設計

劉松武 符方彬 朱挺寧

【摘要】通過555定時器進行函數發生器的設計，設計思路比較的簡單而且成本比較的低廉。根據有關理論原理進行電路參數的計算和選取，借助Multisim軟件進行電路的創建，波形的仿真，并對有關問題進行了分析討論。

【關鍵詞】555定時計數器；函數發生器；波形仿真

中圖分類號：TP39

文獻標識碼：A

文章編號：1006-0278（2015）04-099-01

一、引言

函數發生器能自動產生正弦波、方波、三角波及鋸齒波、階梯波等電壓波形。基本的函數發生器用來產生正弦波、方波、三角波三種電壓波形，其電路構成形式多種多樣，有全部采用分立元件的，也可由運放級聯構成，也有專用的集成電路直接得到（如單片集成電路函數發生器ICL8038）。本文通過555定時器，外加一些RC電路，設計得到能直接產生上述三種電壓波形的函數發生器。

二、555定時器概述

555定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS觸發器和放電管的狀態。在電源與地之間加上電壓，當5腳懸空時，則電壓比較器Cl的同相輸入端的電壓為2VCC/3，C2的反相輸入端的電壓為VCC/3。若觸發輸入端TR的電壓小于VCC/3，則比較器C2的輸出為0，可使RS觸發器置1，使輸出端OUT=1。如果閾值輸入端TH的電壓大于2VCC/3，同時TR端的電壓大于VCC/3，則Cl的輸出為0，C2的輸出為1，可將RS觸發器置0，使輸出為0電平。

555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現多諧振蕩器、單穩態觸發器及施密特觸發器等脈沖產生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555定時器的內部電路框圖和外引腳排列。它內部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯電阻，一個RS觸發器，一個放電管T及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC/3和2VCC/3。

三、由555定時計數器構成的函數發生器

本設計思路為：由555定時器構成的多諧自激振蕩器得到方波；方波通過一階RC積分電路得到三角波；三角波再通過二階RC積分電路得到正弦波。作為方波，在多諧自激振蕩器中使之R2遠大于Rl，即可得到占空比為50%的矩形脈沖，即方波；作為三角波，由積分器實現，積分器的本質就是RC電路，輸出電壓取之于電容，在時間常數=RC遠大于信號寬度的條件下，輸出電壓隨時間線性變化，即得到三角波；后面變三角波為正弦波的二階積分電路又是三角波輸出電路負載的一部分，作為負載，為使前極電路不受太大的影響，其阻抗應盡可能的大，單獨考慮三角波輸出時，可忽略它的負載效應。因此，后面二階積分電路的電容值取前級電路電容的1/5左右。由理論分析，線性的三角波經過此二階積分電路，輸出是一個隨時間成指數的非線性關系，但由于二階時間常數相除的因素，其對應值很小，從而得到近似的正弦波。為使電路參數的取值既滿足電路的理論要求，又兼顧輸出幅度等因素，由此設計的函數發生器得到的三角波的幅度為方波的1/10左右，正弦波的幅度為三角波的1/50左右。

如圖所示為用555定時器組成的函數發生電路。該電路由一塊CH7555定時器和一些晶體管及阻容元件組成，可同時產生三角波、方波、正弦波、鋸齒波和掃頻方波。鋸齒波可以是正或負的。各種波形的頻率從O.lHz～lOOkHz分擋連續可調，方波幅度為5～15V，可直接驅動TTL電路（5V電源時）。斜波的非線性在1%以下，正弦波失真率小于3%。

四、結語

由555計數器構成的函數發生器電路簡單，制作成本低廉，同時選用改進的555多諧震蕩形式產生的方波可以通過調節電阻的值來調節產生的方波的頻率，產生的方波經過積分器的作用產生三角波，三角波在經過差分放大電路的非線性轉化為正弦波。差分放大器具有工作點穩定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強，可以有效地抑制零點漂移。

參考文獻：

[1]陶佰睿，苗鳳娟，張義波等.基于LabVIEW的可編程函數發生器設計[J].電視技術，2012，36（11）：157-160.

[2]RDIC算法的三角函數發生器[J].系統工程與電子技術，2000，22（4）：85-87.

[3]周紅艷.一種基于DDS的函數發生器[J].機電工程，2011，28（1）：83-86.

[4]梁向紅.智能函數發生器的VHDL設計與仿真[J].江蘇工業學院2008，20（1）：66-69.