實驗九時基電路及其應(yīng)用

1、實驗九 555時基電路及其應(yīng)用一、實驗?zāi)康?. 熟悉555集成時基電路的電路結(jié)構(gòu)、工作原理及其特點(diǎn)。2. 掌握555集成時基電路的典型應(yīng)用。二、實驗原理集成定時器是一種模擬、數(shù)字混合型的中規(guī)模集成電路，在波形產(chǎn)生、整形、變換、定時及控制系統(tǒng)中有著十分廣泛的應(yīng)用。只要外接適當(dāng)?shù)碾娮桦娙莸仍?，可方便地?gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生或波形變換電路,由于內(nèi)部電壓標(biāo)準(zhǔn)使用了三個5k電阻，故取名555電路。定時器有雙極型和CMOS兩大類，其結(jié)構(gòu)和工作原理基本相似。通常雙極型定時器具有較大的驅(qū)動能力，而CMOS定時器則具有功耗低，輸入阻抗高等優(yōu)點(diǎn)。幾乎所有的雙極型產(chǎn)品型號最后的三位數(shù)

2、碼都是555和556；所有的CMOS產(chǎn)品型號最后四位數(shù)碼都是7555和7556，二者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。雙極型集成時基電路的電源電壓為UCC=+5V+15V，輸出的最大電流可達(dá)200mA；CMOS型的集成時基電路電源電壓為UCC=+3V+18V。555的內(nèi)部電路框圖如圖9-1所示，從圖中可見，它含有兩個高精度電壓比較器A1、A2，一個基本RS觸發(fā)器G1、G2及放電晶體管TD。比較器的參考電壓由三只5k的電阻的分壓提供，它們分別使比較器A1的同相輸入端和A2的反相輸入端的電位分別為UCC和UCC，如果在引腳5外加控制電壓，就可以方便的改變兩個比較器的比較電平，若控制電壓端5不

3、用時需在該端與地之間接入約0.01F的電容,以清除外接干擾，保證參考電壓穩(wěn)定值。比較器的狀態(tài)決定了基本RS觸發(fā)器的輸出，基本RS觸發(fā)器的輸出一路作為整個電路的輸出，另一路控制晶體管TD的導(dǎo)通與截止，TD導(dǎo)通時給接在7腳的電容提供放電通路。這就很方便地構(gòu)成從微秒到數(shù)十分鐘的延時電路。集成定時器的典型應(yīng)用1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在外來脈沖作用下，能夠輸出一定幅度與寬度的脈沖，輸出脈沖的寬度就是暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間tW。 圖9-2為由555定時器和外接定時元件R、C構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。在輸入ui端未加觸發(fā)信號時，電路處于初始穩(wěn)態(tài)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出uO為低電平。當(dāng)在ui端加入具有一定幅度的負(fù)脈沖時，

4、在端出現(xiàn)一個尖脈沖，使該端電位小于UCC，從而使比較器A2觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)器的輸出uO從低電平跳變?yōu)楦唠娖剑瑫悍€(wěn)態(tài)開始。電容C開始充電，uC按指數(shù)規(guī)律增加，當(dāng)uC上升到UCC時，比較器A1翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)器的輸出uO從高電平返回低電平，暫穩(wěn)態(tài)終止。同時內(nèi)部電路使電容C放電，uC迅速下降到零，電路回到初始穩(wěn)態(tài)，為下一個觸發(fā)脈沖的到來作好準(zhǔn)備。 暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間tW取決于R、C的大小， 即：tW=1.1RC。通過改變R、C的大小，可使延時時間在幾個微秒到幾十分鐘之間變化。當(dāng)這種單穩(wěn)態(tài)電路作為計時器使用時，可直接驅(qū)動小型繼電器，并可以使用復(fù)位端（4腳）接地的方法來終止暫態(tài)，重新計時。圖9-1 555的內(nèi)部電

5、路框圖2多諧振蕩器 和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器相比，多諧振蕩器沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，且無須用外來觸發(fā)信號進(jìn)行觸發(fā)，多諧振蕩器電路如圖9-4所示。利用電源通過R1、R2向C充電，以及C通過R2向C0放電，使電路能自動交替翻轉(zhuǎn)，電容C在UCC和UCC之間充電和放電，兩個暫穩(wěn)態(tài)輪流出現(xiàn)，輸出矩形脈沖。輸出信號的充電（輸出為高電平）時間：tW1=0.7（R1+R2）C。放電（輸出為低電平）時間：tW2=0.7 R2C。振蕩周期：T=tW1+tW2=（R1+R2）C+0.7 R2C=0.7（R1+2R2）C。振蕩頻率：f0=。3施密特觸發(fā)器圖9-6為使用555定時器及外接阻容元件構(gòu)成的施密特觸發(fā)器電路，若

6、被整形變換的電壓uS為正弦波，其正半周通過二極管D同時加到555定時器的2腳和6腳，得到的ui為半波整流波形。當(dāng)ui上升到UCC時，uO從高電平變?yōu)榈碗娖?；?dāng)ui下降到UCC時，uO又從低電平翻轉(zhuǎn)為高電平。 施密特觸發(fā)器電路的回差電壓為：U=UCC-UCC=UCC三、實驗儀器及器件1. DS1052E型示波器2. DG1022型雙通道函數(shù)/任意波形發(fā)生器3. EL-ELL-型數(shù)字電路實驗系統(tǒng)4. 集成電路芯片： 555定時器 電阻、電容、二極管若干四、實驗內(nèi)容及步驟1.555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（1）選555集成電路芯片，并在備件區(qū)中分別找出與圖9-2所給電路參數(shù)相同的電阻、電容和二極管（即

7、R=1k，C=0.1f），參照555的引腳圖，按圖9-2連接電路，檢查無誤后接通電源進(jìn)行實驗。在電容C1端加入輸入信號Vi，Vi為1kHz的連續(xù)脈沖。用示波器觀測輸入信號Vi、電容C端的波形VC和輸出端的波形VO，將所測波形記錄于圖9-3中，測量VC、VO圖9-2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 圖9-3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形圖的幅度與暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間tW標(biāo)于圖中。2、555定時器構(gòu)成多諧振蕩器使用555集成電路芯片，按圖9-4連接實驗電路，檢查無誤后接通電源進(jìn)行實驗。圖9-4 多諧振蕩器 圖9-5 多諧振蕩器波形圖用示波器觀察VC和VO的波形，并按時間關(guān)系將其繪于圖8-5中。測量并記錄VC的上、下限幅值VCH和V

8、CL；輸出信號的幅值VO及時間參數(shù)：充電時間tW1、放電時間tW2，振蕩頻率f0，與理論值比較。 555電路要求R1與R2均應(yīng)大于1k，但R1+R2應(yīng)小于或等于3.3M。外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強(qiáng)的功率輸出能力。因此這種形式的多諧振蕩器應(yīng)用很廣。3、555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器按圖9-6連接實驗電路，檢查無誤后接通電源進(jìn)行實驗。圖9-6 施密特觸發(fā)器 圖9-7 施密特觸發(fā)器波形圖（1）使用函數(shù)信號發(fā)生器，將1kHZ的正弦信號送入電路的VS端，逐漸加大VS的幅度，用示波器觀察描繪VS、Vi及VO的波形，并測量各波形的幅

9、度、接通電位UT+、斷開電位UT-及回差電壓U。（2）將示波器調(diào)整為X-Y狀態(tài)，觀察記錄電壓傳輸特性。4、555定時器的應(yīng)用（1）用555定時器設(shè)計一個樓梯燈的開關(guān)控制電路，要求上下樓梯口均有一個開關(guān)，無論上樓或下樓只要按一下開關(guān)，燈即可點(diǎn)亮2min。實驗內(nèi)容和要求：設(shè)計電路，畫出電路圖確定元器件參數(shù)，在實驗儀上選取元器件，連接電路進(jìn)行實驗。 樓梯燈用發(fā)光二極管代替，調(diào)試電路參數(shù)使之達(dá)到設(shè)計要求。 （2）設(shè)計一個過欠壓（電壓）聲光報警電路，電路正常工作電壓為5V,當(dāng)電壓超過5.5V（過電壓）和低于4.5V（欠電壓）時電路要發(fā)出聲光報警信號。實驗內(nèi)容和要求：設(shè)計電路，畫出電路圖確定元器件參數(shù)，在實驗儀上選取元器件，連接電路進(jìn)行實驗。 用發(fā)光二極管和蜂鳴器實現(xiàn)過電壓、欠電壓時的聲光報警信號，調(diào)試電路參數(shù)直至達(dá)到設(shè)計要求。（3）設(shè)計一個音頻信號發(fā)生器，要求其振蕩頻率在110kHZ范圍內(nèi)可調(diào)。實驗內(nèi)容和要求：設(shè)計電路，畫出電路圖確定元器件參數(shù)，在實驗儀上選取元器件，連接電路進(jìn)行實驗。 記錄測量數(shù)據(jù)，畫出電路的輸出波形圖。五、預(yù)習(xí)要求1. 復(fù)習(xí)教材中有關(guān)555定時器的工作原理及其典型應(yīng)用的部分內(nèi)容。2. 熟悉555定時器的功能及引腳排列。3. 根據(jù)圖9-2、9-4、9-6所給出的電路參數(shù)，計算出單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器及施密特觸發(fā)器輸出各參數(shù)