用555構(gòu)成的多諧振蕩器

1、555構(gòu)成多諧振蕩器的報(bào)警電路設(shè)計(jì)一、 設(shè)計(jì)目的555定時(shí)器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，它性能優(yōu)良，適用范圍很廣，外部加接少量的阻容元件可以很方便地組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，以及不需外接元件就可組成施密特觸發(fā)器。因此集成555定時(shí)被廣泛應(yīng)用于脈沖波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制等方面。本實(shí)驗(yàn)根據(jù)555定時(shí)器的功能強(qiáng)以及其適用范圍廣的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究它的內(nèi)部特性和簡(jiǎn)單應(yīng)用。555 定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為555， 555 定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸出驅(qū)動(dòng)電流約為2

2、00mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。 555 定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。555 定時(shí)器的內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3 圖8-1  555定時(shí)器內(nèi)部方框圖通過(guò)對(duì)本次設(shè)計(jì)能夠更好地掌握555的作用及應(yīng)用。同時(shí)掌握?qǐng)?bào)警電路的原理及設(shè)計(jì)方法。二、 設(shè)計(jì)要求 畫出電路原理圖（或仿真電路圖）

3、； 元器件及參數(shù)選擇； 電路仿真與調(diào)試； PCB文件生成與打印輸出。（3）制作要求 自行裝配和仿真，并能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題。（4）編寫設(shè)計(jì)報(bào)告 寫出設(shè)計(jì)與制作的全過(guò)程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì)。三、 設(shè)計(jì)原理多諧振蕩器是能產(chǎn)生矩形波的一種自激振蕩器電路，由于矩形波中除基波外還含有豐富的高次諧波，故 稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下，電路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之 間來(lái)回轉(zhuǎn)換，故又稱它為無(wú)穩(wěn)態(tài)電路。由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖1所示，R1，R2和C是外接定時(shí)元件，電路中將高電平觸發(fā)端（6腳） 和低電平觸發(fā)端（2腳）并接后接到R2和C的連接處，將放電端（7腳

4、）接到R1，R2的連接處。由于接通電源瞬間，電容C來(lái)不及充電，電容器兩端電壓uc為低電平，小于（1/3）Vcc，故高電平觸發(fā) 端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出uo為高電平，放電管VT截止。這時(shí)，電源經(jīng)R1，R2對(duì)電容C充電，使 電壓uc按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)uc上升到（2/3）Vcc時(shí)，輸出uo為低電平，放電管VT導(dǎo)通，把uc從（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc這段時(shí)間內(nèi)電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時(shí)間TPH的長(zhǎng)短與電容的充電時(shí)間有關(guān) 。充電時(shí)間常數(shù)T充=（R1R2）C。不難理解，接通電源后，電 路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間來(lái)回翻轉(zhuǎn)，則輸出可得矩形波。電路一旦起振后，uc電壓總是在（1/32/3

5、）Vcc 之間變化。圖1（b）所示為工作波形。圖1 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器電路及工作波形 圖1（1）組成施密特觸發(fā)器電路如圖8-7所示，只要將腳2和6連在一起作為信號(hào)輸入端，即得到施密特觸發(fā)器。圖8-8畫出了、Vi和Vo的波形圖。設(shè)被整形變換的電壓為正弦波，其正半波通過(guò)二極管D同時(shí)加到555定時(shí)器的2腳和六腳，得到的Vi為半波整流波形。當(dāng)Vi上升到時(shí)，Vo從高電平轉(zhuǎn)換為低電平；當(dāng)Vi下降到時(shí)，Vo又從低電平轉(zhuǎn)換為高電平?；夭铍妷海篤=圖8-7  555構(gòu)成施密特觸發(fā)器  圖8-8  555構(gòu)成施密特觸發(fā)器的波形圖（2）555構(gòu)成多諧振蕩器 

6、;由555定時(shí)器和外接元件R1、R2、C構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號(hào)，利用電源通過(guò)R1、R2向C充電，以及C通過(guò)R2向放電端放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在和之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波，對(duì)應(yīng)的波形如圖8-5所示。圖8-4  555構(gòu)成多諧振蕩器         圖8-5  多諧振蕩器的波形圖輸出信號(hào)的時(shí)間參數(shù)是：     T= =0.7（R1+R2）C=0.7R2C其中，為VC由上升到

7、所需的時(shí)間，為電容C放電所需的時(shí)間。555電路要求R1與R2均應(yīng)不小于1K，但兩者之和應(yīng)不大于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(shí)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。一般多諧振蕩器的工作過(guò)程可分為以下四個(gè)階段:(1) 暫穩(wěn)態(tài) I(Otl): 電容 C 充電 , 充電回路為 VDD R1 R2 C 地 , 充電時(shí)間常數(shù)為 為1=(R1+R2)C, 電容 C 上的電壓 uc 隨時(shí)間 t 按指數(shù)規(guī)律上升 , 此階段內(nèi)輸出電壓 uo 穩(wěn)定在高電平. (2) 自動(dòng)翻轉(zhuǎn) I(t=tl): 當(dāng)電容上的電壓 uc 上

8、升到了 VDD 時(shí) , 由于 555 定時(shí)器內(nèi) S=0,R=1, 使觸發(fā)器狀態(tài)Q由 1 變?yōu)?0, 由0變成 1, 輸出電壓 uo由高電平跳變?yōu)榈碗娖?, 電容 C 中止充電.(3) 暫穩(wěn)態(tài) (t1t2): 由于此刻=1, 因此放電管 V 飽和導(dǎo)通 , 電容 C 放電 , 放電回路為 C R2 放電管 V 地 , 放電時(shí)間常數(shù)2=R2C( 忽略 V 管的飽和電阻 ), 電容電壓 uc 按指數(shù)規(guī)律下降 , 同時(shí)使輸出維持在低電平上。(4) 自動(dòng)翻轉(zhuǎn)(t=t2): 當(dāng)電容上的電壓 uc下降到了 VDD 時(shí) , 由于 555 定時(shí)器內(nèi) S=1,R=0, 使觸發(fā)器狀態(tài)Q由0 變?yōu)?1, 由1變成0,

9、輸出電壓uo由低電平跳變到高電平 , 電容 C 中止放電.由于=0, 放電管截止 , 電容 C 又開(kāi)始充電 , 進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài) I.以后 , 電路重復(fù)上述過(guò)程 , 電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài) , 只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài) , 它們交替變化 , 輸出連續(xù)的矩形波脈沖信號(hào)。四、 實(shí)驗(yàn)元器件LM555H（定時(shí)器） LAL-BARGRAPH(條形光柱報(bào)警) Key=Space(開(kāi)關(guān)) 及一些必要的電阻、電容及相關(guān)電源 五、 實(shí)驗(yàn)電路圖六、 設(shè)計(jì)結(jié)果開(kāi)關(guān)J1是控制多諧振蕩器工作與停止，J1斷開(kāi)，多諧振蕩器工作，反之，電路停止振蕩。且當(dāng)多諧振蕩器工作時(shí)，條形光柱要出現(xiàn)短暫報(bào)警。七、 實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過(guò)Multisim軟件，不僅提供了電路原理圖輸入和硬件描述語(yǔ)言模型輸入的接口和比較全面的仿真分析功能，同時(shí)還提供了一個(gè)龐大的元、器件模型庫(kù)和一整套虛擬儀表。因此，可以很方便的實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真和虛擬實(shí)驗(yàn)，與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法相比，通過(guò)Multisim仿真可以看出，設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)可以同步進(jìn)行，且修改電路容易，連線也比較直觀。其觀察結(jié)果也比較方便。但在做本次實(shí)驗(yàn)時(shí)，最開(kāi)始安了一個(gè)揚(yáng)聲器，但是沒(méi)有發(fā)出聲音，但在我將它改成條形光柱報(bào)警時(shí)，它就能夠正常報(bào)警了，所以在調(diào)試電路的時(shí)候，對(duì)我們的解決問(wèn)題的能力有所提高。同時(shí)