简易脉冲信号发生器

🏠 首页 《无线电》杂志 1990年 🔗 第11期 🔗 第33页 孙明方 🔗

在安装、调试各种数字电路仪器设备时,脉冲信号发生器是得力助手。我用NE555、LM324等少量元器件组装了一台脉冲信号发生器,效果很好。

该仪器能产生连续脉冲、单脉冲、快速窄脉冲及锯齿波。它的一些技术指标是:频率范围2Hz~20kHz,分3档连续可调;输出脉冲幅度0~8V连续可调;输出脉冲宽度连续可调,占空比变化可达(0~100)%,而且在调节脉宽时,振荡频率不受影响,这是本仪器的一个特点;脉冲上升时间和下降时间都小于1μs,快速窄脉冲则小于100ns;当市电电压在160~250V范围内变化时,脉冲频率及脉冲宽度不受影响。

电路原理

图1为本仪器电原理图。时基集成电路NE555由开\(_{1}\)控制接成单稳态多谐振荡器或无稳态多谐振荡器。当SA1拨向“连续”一边时电路为无稳态\(_{1}\)拨向“单次”一边时为单稳态。晶体管VT1接成恒流源电路,这样可以保证通过NE555获得线性良好的锯齿波。N1、N\(_{2}\)、N3为四运放LM324集成电路,其中N\(_{1}\)接成比较器,用来调节脉宽;N2接成跟随器,用来增大锯齿波输出电流;N\(_{3}\)用来驱动发光二极管LED,以指示脉宽及单次触发情况。由于LM324的频响不太好,产生脉冲波形的前沿和后沿均较差,所以加了一级由VT2构成的反相器作为整形用。VT\(_{3}\)接成跟随器,用来调节脉冲幅度和增强输出能力。

图1
图1 🔍原图 (1558×840)

SA\(_{1}\)拨向“连续”一边时,恒流源VT1向电容C\(_{3}\)、C4或C\(_{5}\)充电。由于NE555内部电路所定,当电容两端的电压上升到2/3Vcc时,NE555的内部放电管导通,电容器上的电荷迅速泄放,电容器端电压立即下降到1/3 Vcc,然后再一次由恒流源充电,接着再一次放电,这样在电容器两端的电压就形成了一串锯齿波。锯齿波的幅度变化范围总是在1/3Vcc~2/3Vcc之间。改变充电电容的容量或充电电流的大小都能改变充电速度,因而锯齿波的频率也随着改变。开2用来选择充电电容的大小,作为频率粗调,分高、中、低3档,频率范围分别为1~20kHz,60~100Hz、2~60Hz。电位器RP\(_{1}\)用来改变充电电流,以便使产生的锯齿波频率能连续变化。

该锯齿波一路经跟随器N\(_{2}\)作为锯齿波输出用,另一路加到比较器N1的反相输入端,N\(_{1}\)的同相输入端接一直流电压。当锯齿波电压幅度大于此直流电压时,N1输出低电平。当锯齿波幅度下降到低于此直流电压时,比较器翻转,N\(_{1}\)输出高电平。因此在N1输出端就获得了一连串方脉冲。改变N\(_{1}\)同相端直流电压值,就能改变N1的翻转时间,从而也就改变了脉冲宽度,本机采用电位器RP\(_{2}\)来改变加于同相端的直流电压值,这样可使脉冲宽度连续可调。当RP2 调节电压的范围不窄于1/3Vcc~2/3Vcc时,脉冲的占空比就能在(0~100)%大的范围内变化。

上述频率可调、宽度可变的方脉冲加到由VT\(_{2}\)组成的反相器的基极。C6为驱动电容,它提供过驱动电流,以便在VT\(_{2}\)集电极获得边沿更陡的脉冲。VT3构成跟随器,调节电位器RP\(_{3}\)可改变方脉冲的输出幅度。这样在VT3发射极就可得到频率、幅度、宽度都能调节的方脉冲。C\(_{7}\)为隔直电容,以适应不同用途的需要。

\(_{1}\)拨向“单次”一边时,NE555的第2脚(触发S-端)接+5V高电位,此时NE555处于稳定状态。由于NE555内部的放电管导通,故此时C3、C\(_{4}\)或C5上的电压为零。当按一下按钮开\(_{1}\)时,NE555的第2脚(触发S-端)电位瞬间降低,电路受到触发处于暂稳态,内部放电管截止。这时充电电容开始充电,如前所述,当电容上的电压上升到2/3Vcc时,内部放电管又导通,电容上的电压又迅速放电到零电位,使NE555又回到稳态。这样,每按一次SB\(_{1}\),NE555的第6、7脚就产生一个锯齿波,最终使VT3发射极输出一个方脉冲,其幅度和宽度也可由RP\(_{3}\)和RP2调节,单次脉冲在调试数字电路时非常有用,利用它可以一步一步地观察电路的工作情况,加速调试过程。

NE555的第3脚输出快速窄脉冲,脉冲的上升沿和下降沿都小于100ns,可供某些特殊场合使用。

N\(_{1}\)输出的脉冲同时又加到跟随器N3,用来驱动LED灯。因此在使用“单次”模式时,每按一次SB\(_{1}\),则产生一个脉冲,LED灯随之闪亮一下。采用“连续”模式时,LED灯的亮度随脉冲宽度的变宽而增加,这样可对脉冲宽度作粗略指示。

安装与调试

图2为本机的印制电路板图。因整机耗电极省,所以电源变压器采用3W以下的市售变压器。只要元器件良好,接线无误,通电后即能在VT\(_{3}\)发射极得到脉冲输出。若3档频率范围不能完全覆盖,可适当改变C3、C\(_{4}\)或C5数值。若脉冲占空比变化范围达不到(0~100)%,可减小R\(_{7}\)或R8阻值。如嫌脉冲幅度不够,可提高VT\(_{2}\)和VT3集电极电压。图3为仪器面板布置图,可供制作时参考。(孙明方)

图2
图2 🔍原图 (1761×1027)
图3
图3 🔍原图 (773×574)