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脉冲波形发生电路设计
实验目的
学习脉冲波形发生电路的设计方法和调试方法。
学习按模块划分电路的设计与调试的方法。

555内部结构图和芯片引脚图

555内部结构图：

555引脚图：

红外发射管和光电三极管的工作原理
红外发射管：
红外光发射管具有单向导电性。只有当外加的正向电压使得正向电流足够大时才发射红外光，正向电流越大发光越强，其工作原理图参见图2（a）。此次实验中的R1建议选取1kΩ。
光电三极管：
光电三极管依据光照强度来控制集电极电流的大小，其功能可等效为一只二极管与一只晶体管相连，并仅引出集电极和发射极，如图3（a）所示。其符号如图3（b）所示，常见外形如图3（c）所示。
有光照射时，光电三极管的集电极电流约在几十微安到几毫安之间，为保证光电三极管的输出电压Vo可以正确驱动后面的数字IC，合理选取接收电路中R2的阻值。其应用参考电路参见图2（b）。

实验任务及电路图
电路原理图
必做任务：

选做任务：

设计思路
首先将555接成单稳态触发器，输出接发光二极管。
然后考虑输入。为了能在物体挡住光超过2秒以上电路仍然能够正常运行，在输入端接入一个微分电路，保证输入脉宽不超过2秒。
同时因为前方光电三极管的输出电压在有光时为低电平，无光时为高电平，而电路要实现的功能是遮挡时发光二极管，所以在无光时应输入低电平，所以在光电三极管的输出与后方的输入间加了一个反相器。
最后考虑选作任务，首先要让发光三极管在被挡住时，LED一直亮，这个只需去掉微分电路就可以了。但是这样在光线重新照射时LED会马上灭掉，这是因为在遮挡时，555中的三极管是不导通的，所以C2两端是有压差的，即Vc1=Vc2=0（见555内部结构图），这样在光线重新照射时，输入会跳为高电平，所以Vc2=1，Q=0，Vo=0，内部三极管导通，Vc1=1，Vo保持0，所以LED就会灭掉。而且Vc1=Vc2=0是我们不希望出现的情况，因为上述分析是基于门电路的tPD均较长的情况下分析的，实际上这些跳变都是瞬间完成的，所以Vc1=Vc2=0之后电路的情况并不是能准确预测的。
解决这个问题的思路就是希望能在Vc2=0时，Vc1保持1，这样Vc2跳变为1之后就有Vc1=Vc2=1，LED保持亮着，而且经过1~2秒后熄灭。实现这个功能只需在那一个三极管的c、e端与C2并联，b端接输入即可。为了在输入为低时三极管导通，选用PNP三极管。
参数计算
R2阻值的选取：
为保证在有光时vo输出的是低电平，则R2上的压降应接近5V，以10微安计算，则R2应取100kΩ左右。
R3和C3的选取
微分电路的延迟时间不能太长，否则就起不到微分作用，选取R3为10kΩ，C3为0.47μF，延迟时间为10ms级。
R4和C2的选取
发光二极管发光的时间tw≈R4C2ln3=1.1R4C2，为保证发光二极管能够亮1~2秒，R4C2的值应该在0.9~1.8之间，取R4=100kΩ，C2=10μF。
调试步骤
必做任务：555接成单稳态触发器→必做任务：红外发射管和光电三极管输出电压是否正常→必做任务联合调试→选做任务
思考题
R1的取值应考虑哪些因素？D1的导通电流和导通压降是多少？
答：R1主要是起限流作用，选取应该考虑D1的导通电流，实验加的电压为5V，D1的导通电流约为2~20mA，若太低发射功率不够，太高则会烧坏。实验用的光电光导通压降测得为1.15V，若接R1=1kΩ，则导通电流约为3.85mA（实测为3.91mA）。

简述R2的选取原则.
答：R2的选取应保证在有光是能有足够大的压降，使Vo为低电平，在无光时压降很小，Vo为高电平。有光时，光电管的电流为几十微安到几毫安，为使压降接近5V，R2应至少为百千欧之间。无光时，暗电流为纳安级的，所以R2在百千欧级别到十兆欧级别均是合适的。