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1、基于555同步锯齿波发生器电路的改进王冬梅0引言示波器是观测电信号、研究电路特性的主要工具。文献1曾经对普通示波器的扫描与同步进行研究,其核心问题集中在具有同步作用锯齿波发生电路上,该电路的优点在于:它很好地解决被测信号与扫描信号的同步问题,直观地展示出被测信号与扫描信号同步时频率的量值关系。但是,在扫描信号频率较低的情况下,存在锯齿波线性不好、被测信号波形显示失真的缺点。1 具有同步作用的锯齿波发生电路优缺点概述1.1同步控制作用明显具有同步作用锯齿波发生电路1如图1所示:为了得到稳定的波形显示,必须使扫描锯齿波电压周期T与被测信号周期Ty保持整数倍的关系,即T=nTy(n=1,2,3,)。
2、由于扫描电压是由示波器本身的时基电路产生,它与被测信号电压是不相关的,为此一般采用被测信号(或与被测信号相关的信号)去控制触发时基电路,使T=nTy,这个过程称为同步。利用这种同步方法可使扫描信号发生器在一定频率范围内保证T与Ty的关系,实现稳定的波形显示。如图2所示即为当T=2Ty时所显示的波形1.2锯齿波线性不良如图1,电源通过对电容C(C2或C3)的充电,形成锯齿波的正程,根据一阶RC电路方程,有:u0=uc=ui(1-e1RC) 而e1RC=1+(-tRC)+12!(-tRC)2+13!(-tRC)3+1n!(-tRC)n所以u0=uc=uitRC)-12!(tRC)2+13!(tRC
3、)3-1n!(-tRC)n- (1)由(1)式即可知,u0与t呈指数关系,从而使被显示的波形发生了畸变,如图3所示:由于图1线性不好的原因主要是在对电容的充电过程中,电压与时间t不成线性关系所引起的,为此设计一个恒流源充电电路,使得电压与时间t呈线性关系。2 对图1所示电路的改进2.1 恒流源积分电路如图4所示在该电路中,取R0=R1,则u01经过A1反相后为-u01,-u01经过积分运算电路,由于N点与P点虚断,所以流经电容C(C1或C2)中的电流等于电阻w1中的电流,即: ic=iw1=u01w1+R3,由于电容上电压等于其电流的积分,得:u0=-1Cicdt =-1(w1+R3)C-u0
4、1dt 设积分起始时刻为t1,终止时刻为t则得: u0=-1(w1+R3)Cu01(t-t1)+u(t1) 而起始时刻t1=0,电容两端的电压u(t1)=0,所以u0=u01(w1+R3)Ct (2) 由(2)式可知,输出电压u0与时间t呈线性关系。2.2改进的同步锯齿波发生电路对图1改进设计的电路原理如图5所示:电路中,NE555时基集成电路接成多谐振荡器方式,当ui=0时,则5脚电压E=E0。接通电源后,电源通过R3、A1进行运算,所得电压-u01通过积分电路进行积分,形成锯齿波的正程,但积分电容周期性快速放电形成逆程是实际电路设计的关键。当电容两端电压uc E0时,3脚输出低电平控制CD
5、4053短路积分电容C(C2或C3),使之迅速放电,形成锯齿波扫描的逆程。当电容两端的电压uc 1/2E0时,NE555时基集成电路的3脚输出高电平控制CD4053断开对积分电容C的短路,电源又通过运算电路和积分电路进行第二次积分,这样周而复始地进行下去,便产生了周期性的锯齿波。以此作为扫描信号,使被测波形通过示波器不失真地再现,如图6所示。3 设计电路的应用改进的电路结构图中,w1即相当于示波器的“扫描微调”旋扭,w2即相当于示波器的“同步增益”旋扭,k相当于示波器的“扫描范围”选择旋扭。在使用示波器观察波形时,应先调节“同步增益”旋扭与“扫描微调”旋扭,使荧光屏上的图形尽量接近稳定状态,如出现慢慢移动的波形,然后调节“同步增益”旋扭,逐渐增大同步电压,便可以使得波形完全达到稳定状态,如果被测信号的频率过高,可先加入适当的同步电压来调节。这样即可在低压情况下,直接对示波器进行调节测试。4 结束语该电路大大改善锯齿波的线性度,在适当同步电压的作用下,此振荡电路的振荡频率变化不大。而利用NE555的3脚控制模拟开关CD4053进行积分电容放电,使得放电迅速。整个电路能够很好地兼顾实现锯齿波的线性和与被测信号的同步,使被观测波形稳定而不失真再现。因此,该电路可作为示波器扫描单元电路。
