实验六 555时基电路及其应用.doc

实验六实验六 555555 时基电路及其应用时基电路及其应用一、实验目的一、实验目的1、熟悉 555 型集成时基电路结构、工作原理及其特点2、掌握 555 型集成时基电路的基本应用二、实验原理二、实验原理集成时基电路又称为集成定时器或 555 电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用 十分广泛。它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三个 5K 电阻，故 取名 555 电路。其电路类型有双极型和 CMOS 型两大类，二者的结构与工作原理类似。几乎所有的双极 型产品型号最后的三位数码都是 555 或 556；所有的 CMOS 产品型号最后四位数码都是 7555 或 7556， 二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。555 和 7555 是单定时器。556 和 7556 是双定时器。 双极型的电源电压VCC+5V+15V，输出的最大电流可达 200mA，CMOS 型的电源电压为+3+18V。1、555 电路的工作原理555 电路的内部电路方框图如图 61 所示。它含有两个电压比较器，一个基本 RS 触发器，一个 放电开关管 T，比较器的参考电压由三只 5K 的电阻器构成的分压器提供。它们分别使高电平比较器A1 的同相输入端和低电平比较器 A2的反相输入端的参考电平为和。A1与 A2的输出端控制CCV32 CCV31RS 触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自 6 脚，即高电平触发输入并超过参考电平时，CCV32触发器复位，555 的输出端 3 脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自 2 脚输入并低于时，触发器置位，555 的 3 脚输出高电平，同时放电开关管截止。CCV31是复位端（4 脚） ，当0，555 输出低电平。平时端开路或接 VCC 。DRDRDR(a) (b)图 61 555 定时器内部框图及引脚排列VC是控制电压端（5 脚） ，平时输出作为比较器 A1 的参考电平，当 5 脚外接一个输入电压，即CCV32改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个 0.01f 的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。 T 为放电管，当 T 导通时，将给接于脚 7 的电容器提供低阻放电通路。 555 定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确 定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便地 构成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。2、555 定时器的典型应用(1) 构成单稳态触发器图 62(a)为由 555 定时器和外接定时元件 R、C 构成的单稳态触发器。触发电路由 C1、R1、D 构 成，其中 D 为钳位二极管，稳态时 555 电路输入端处于电源电平，内部放电开关管 T 导通，输出端 F输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号经 C1加到 2 端。并使 2 端电位瞬时低于，低电平比CCV31较器动作，单稳态电路即开始一个暂态过程，电容 C 开始充电，VC 按指数规律增长。当 VC充电到时，高电平比较器动作，比较器 A1 翻转，输出 V0 从高电平返回低电平，放电开关管 T 重新导CCV32通，电容 C 上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳态，为下个触发脉冲的来到作好准备。 波形图如图 62(b)所示。暂稳态的持续时间 tw（即为延时时间）决定于外接元件 R、C 值的大小。tw 1.1RC 通过改变 R、C 的大小，可使延时时间在几个微秒到几十分钟之间变化。当这种单稳态电路作为 计时器时，可直接驱动小型继电器，并可以使用复位端（4 脚）接地的方法来中止暂态，重新计时。 此外尚须用一个续流二极管与继电器线圈并接，以防继电器线圈反电势损坏内部功率管。(a) (b)图 62 单稳态触发器(2) 构成多谐振荡器如图 63(a)，由 555 定时器和外接元件 R1、R2、C构成多谐振荡器，脚 2 与脚 6 直接相连。电 路 没有稳态， 仅存在两个暂稳态， 电路亦不需要外加触发信号， 利用电源通过 R1、R2向 C 充电，以及 C 通过 R2向放电端 Ct 放电，使电路产生振荡。 电容 C 在和之间充电和放电， 其波形如图 63 CCV31 CCV32(b)所示。输出信号的时间参数是Ttw1tw2， tw10.7(R1R2)C， tw20.7R2C 555 电路要求R1 与R2 均应大于或等于1K ，但R1R2应小于或等于3.3M。外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555 定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振 荡频率和具有较强的功率输出能力。因此这种形式的多谐振荡器应用很广。(a) (b) 图 63 多谐振荡器(3) 组成占空比可调的多谐振荡器 电路如图 144，它比图 63 所示电路增加了一个电位器和两个导引二极管。D1、D2 用来决定 电容充、放电电流流经电阻的途径（充电时 D1 导通，D2截止；放电时 D2导通，D1 截止） 。占空比 P2w1w1w tttBAABAA RRR )R0.7C(RC0.7R 可见，若取 RARB 电路即可输出占空比为 50的方波信号。(4) 组成占空比连续可调并能调节振荡频率的多谐振荡器图 64 占空比可调的多谐振荡器 图 65 占空比与频率均可调的多谐振荡器电路如图 65 所示。对 C1充电时，充电电流通过 R1、D1、RW2和 RW1；放电时通过 RW1、RW2、D2、R2。当 R1R2、RW2调至中心点，因充放电时间基本相等，其占空比约为 50，此时调节 RW1 仅改变频率，占空比不变。如 RW2调至偏离中心点，再调节 RW1，不仅振荡频率改变，而且对占空 比也有影响。RW1不变，调节 RW2，仅改变占空比，对频率无影响。因此，当接通电源后，应首先调节 RW1使频率至规定值，再调节 RW2，以获得需要的占空比。若频率调节的范围比较大，还可以用波段开 关改变 C1 的值。(5) 组成施密特触发器图 66 施密特触发器电路如图 66，只要将脚 2、6 连在一起作为信号输入端，即得到施密特触发器。图 147 示出 了 vS，vi和 vO的波形图。设被整形变换的电压为正弦波 vs，其正半波通过二极管 D 同时加到 555 定时器的 2 脚和 6 脚，得 vi为半波整流波形。当 vi上升到时，vO从高电平翻转为低电平；当CCV32vi下降到时，vO又从低电平翻转为高电平。电路的电压传输特性曲线如图 68 所示。CCV31回差电压 VCCV32 CCV31 CCV31图 67 波形变换图 图 68 电压传输特性三、实验设备与器件三、实验设备与器件1、 5V 直流电源 2、 双踪示波器3、 连续脉冲源 4、 单次脉冲源5、 音频信号源 6、 数字频率计7、 逻辑电平显示器8、 555×2 2CK13×2 电位器、电阻、电容若干四、实验内容四、实验内容1、 单稳态触发器(1) 按图 62 连线，取 R100K，C47f，输入信号 vi由单次脉冲源提供，用双踪示波器观测 vi，vC，vO波形。测定幅度与暂稳时间。(2) 将 R 改为 1K，C 改为 0.1f，输入端加 1KHz 的连续脉冲，观测波形 vi，vC，vO，测定幅度及 暂稳时间。2、 多谐振荡器(1) 按图 63 接线，用双踪示波器观测 vc与 vo的波形，测定频率。(2) 按图 64 接线，组成占空比为 50的方波信号发生器。观测 vC，vO波形，测定波形参数。(3) 按图 65 接线，通过调节 RW1和 RW2来观测输出波形。3、施密特触发器按图 66 接线，输入信号由音频信号源提供，预先调好 vS的频率为 1KHz，接通电源，逐渐加大 vS的幅度，观测输出波形，测绘电压传输特性，算出回差电压U。4、模拟声响电路 按图 69 接线，组成两个多谐振荡器，调节定时元件，使输出较低频率，输出较高频率， 连好线，接通电源，试听音响效果。调换外接阻容元件，再试听音响效果。图 69 模拟声响电路 五、实验预习要求五、实验预习要求1、 复习有关 555 定时器的工作原理及其应用。2、 拟定实验中所需的数据、表格等。3、 如何用示波器测定施密特触发器的电压传输特性曲线？4、 拟定各次实验的步骤和方法。六、实验报告六、实验报告1、 绘出详细的实验线路图，定量绘出观测到的波形2、 分析、总结实验结果