實驗九時基電路及其應用

1、實驗九 555時基電路及其應用一、實驗目的1. 熟悉555集成時基電路的電路結構、工作原理及其特點。2. 掌握555集成時基電路的典型應用。二、實驗原理集成定時器是一種模擬、數字混合型的中規(guī)模集成電路，在波形產生、整形、變換、定時及控制系統(tǒng)中有著十分廣泛的應用。只要外接適當的電阻電容等元件，可方便地構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器等脈沖產生或波形變換電路,由于內部電壓標準使用了三個5k電阻，故取名555電路。定時器有雙極型和CMOS兩大類，其結構和工作原理基本相似。通常雙極型定時器具有較大的驅動能力，而CMOS定時器則具有功耗低，輸入阻抗高等優(yōu)點。幾乎所有的雙極型產品型號最后的三位數

2、碼都是555和556；所有的CMOS產品型號最后四位數碼都是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200mA；CMOS型的集成時基電路電源電壓為UCC=+3V+18V。555的內部電路框圖如圖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的導通與截止，TD導通時給接在7腳的電容提供放電通路。這就很方便地構成從微秒到數十分鐘的延時電路。集成定時器的典型應用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。當在ui端加入具有一定幅度的負脈沖時，

4、在端出現一個尖脈沖，使該端電位小于UCC，從而使比較器A2觸發(fā)翻轉，觸發(fā)器的輸出uO從低電平跳變?yōu)楦唠娖?，暫穩(wěn)態(tài)開始。電容C開始充電，uC按指數規(guī)律增加，當uC上升到UCC時，比較器A1翻轉，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。當這種單穩(wěn)態(tài)電路作為計時器使用時，可直接驅動小型繼電器，并可以使用復位端（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，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，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ui上升到UCC時，uO從高電平變?yōu)榈碗娖?；當ui下降到UCC時，uO又從低電平翻轉為高電平。 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/任意波形發(fā)生器3. EL-ELL-型數字電路實驗系統(tǒng)4. 集成電路芯片： 555定時器 電阻、電容、二極管若干四、實驗內容及步驟1.555定時器構成單穩(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標于圖中。2、555定時器構成多諧振蕩器使用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：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均應大于1k，但R1+R2應小于或等于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的功率輸出能力。因此這種形式的多諧振蕩器應用很廣。3、555定時器構成施密特觸發(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）將示波器調整為X-Y狀態(tài)，觀察記錄電壓傳輸特性。4、555定時器的應用（1）用555定時器設計一個樓梯燈的開關控制電路，要求上下樓梯口均有一個開關，無論上樓或下樓只要按一下開關，燈即可點亮2min。實驗內容和要求：設計電路，畫出電路圖確定元器件參數，在實驗儀上選取元器件，連接電路進行實驗。 樓梯燈用發(fā)光二極管代替，調試電路參數使之達到設計要求。 （2）設計一個過欠壓（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。實驗內容和要求：設計電路，畫出電路圖確定元器件參數，在實驗儀上選取元器件，連接電路進行實驗。 用發(fā)光二極管和蜂鳴器實現過電壓、欠電壓時的聲光報警信號，調試電路參數直至達到設計要求。（3）設計一個音頻信號發(fā)生器，要求其振蕩頻率在110kHZ范圍內可調。實驗內容和要求：設計電路，畫出電路圖確定元器件參數，在實驗儀上選取元器件，連接電路進行實驗。 記錄測量數據，畫出電路的輸出波形圖。五、預習要求1. 復習教材中有關555定時器的工作原理及其典型應用的部分內容。2. 熟悉555定時器的功能及引腳排列。3. 根據圖9-2、9-4、9-6所給出的電路參數，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