實(shí)驗(yàn)十九 555定時(shí)器及其應(yīng)用

1、實(shí)驗(yàn)十九 555定時(shí)器及其應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 熟悉555型集成時(shí)基電路的電路結(jié)構(gòu)、工作原理及其特點(diǎn)。2 掌握555型集成時(shí)基電路的基本應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)原理555集成時(shí)基電路稱(chēng)為集成定時(shí)器，是一種數(shù)字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，其應(yīng)用十分廣泛。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器，因而廣泛用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測(cè)。它的內(nèi)部電壓標(biāo)準(zhǔn)使用了三個(gè)5K的電阻，故取名555電路。其電路類(lèi)型有雙極型和CMOS型兩大類(lèi)，兩者的工作原理和結(jié)構(gòu)相似。幾乎所有的雙極型產(chǎn)品型號(hào)最后的三位數(shù)碼都是555或556；所有的CMOS產(chǎn)品型號(hào)最后四位數(shù)碼都是7555或7556，

2、兩者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。555和7555是單定時(shí)器，556和7556是雙定時(shí)器。雙極型的電壓是+5V+15V，輸出的最大電流可達(dá)200mA，CMOS型的電源電壓是+3V+18V。圖19-1 555定時(shí)器內(nèi)部框圖1. 555電路的工作原理555電路的內(nèi)部電路方框圖如圖19-1所示。它含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)基本RS觸發(fā)器，一個(gè)放電開(kāi)關(guān)T，比較器的參考電壓由三只5K的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使高電平比較器A1同相比較端和低電平比較器A2的反相輸入端的參考電平為和。A1和A2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開(kāi)關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)輸入并超過(guò)時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出低電

3、平，同時(shí)放電，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號(hào)自2腳輸入并低于時(shí)，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時(shí)放電，開(kāi)關(guān)管截止。是復(fù)位端，當(dāng)其為0時(shí)，555輸出低電平。平時(shí)該端開(kāi)路或接VCC。Vc是控制電壓端（5腳），平時(shí)輸出作為比較器A1的參考電平，當(dāng)5腳外接一個(gè)輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的另一種控制，在不接外加電壓時(shí)，通常接一個(gè)0.01uf的電容器到地，起濾波作用，以消除外來(lái)的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。T為放電管，當(dāng)T導(dǎo)通時(shí)，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路。2. 555定時(shí)器的典型應(yīng)用 （1）構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 圖19-2 555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器上圖19-2為由555定時(shí)器

4、和外接定時(shí)元件R、C構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。D為鉗位二極管，穩(wěn)態(tài)時(shí)555電路輸入端處于電源電平，內(nèi)部放電開(kāi)關(guān)管T導(dǎo)通，輸出端Vo輸出低電平，當(dāng)有一個(gè)外部負(fù)脈沖觸發(fā)信號(hào)加到Vi端。并使2端電位瞬時(shí)低于，低電平比較器動(dòng)作，單穩(wěn)態(tài)電路即開(kāi)始一個(gè)穩(wěn)態(tài)過(guò)程，電容C開(kāi)始充電，Vc按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。當(dāng)Vc充電到時(shí)，高電平比較器動(dòng)作，比較器A1翻轉(zhuǎn)，輸出Vo從高電平返回低電平，放電開(kāi)關(guān)管T重新導(dǎo)通，電容C上的電荷很快經(jīng)放電開(kāi)關(guān)管放電，暫態(tài)結(jié)束，恢復(fù)穩(wěn)定，為下個(gè)觸發(fā)脈沖的來(lái)到作好準(zhǔn)備。波形圖見(jiàn)圖19-3。圖19-3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形圖暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間Tw（即為延時(shí)時(shí)間）決定于外接元件R、C的大小。Tw=1.1RC通過(guò)

5、改變R、C的大小，可使延時(shí)時(shí)間在幾個(gè)微妙幾十分鐘之間變化。當(dāng)這種單穩(wěn)態(tài)電路作為計(jì)時(shí)器時(shí)，可直接驅(qū)動(dòng)小型繼電器，并可采用復(fù)位端接地的方法來(lái)終止暫態(tài)，重新計(jì)時(shí)。此外需用一個(gè)續(xù)流二極管與繼電器線(xiàn)圈并接，以防繼電器線(xiàn)圈反電勢(shì)損壞內(nèi)部功率管。 （2）構(gòu)成多諧振蕩器如圖19-4，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19-5所示。圖19-4 555構(gòu)成多諧振蕩器 圖1

6、9-5 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。 （3）組成占空比可調(diào)的多諧振蕩器電路如圖19-6，它比圖19-4電路增加了一個(gè)電位器和兩個(gè)引導(dǎo)二極管。D1、D2用來(lái)決定電容充、放電電流流經(jīng)電阻的途徑（充電時(shí)D1導(dǎo)通，D2截止；放電時(shí)D2導(dǎo)通，D1截止）。圖19-6 555構(gòu)成

7、占空比可調(diào)的多諧振蕩器占空比 可見(jiàn)，若取，電路即可輸出占空比為50的方波信號(hào)。 （4）組成占空比連續(xù)可調(diào)并能調(diào)節(jié)振蕩頻率的多諧振蕩器如下圖所示：圖19-7 555構(gòu)成占空比、頻率均可調(diào)的多諧振蕩器對(duì)C1充電時(shí)，充電電流通過(guò)R1、D1、RW2和RW1，放電時(shí)通過(guò)RW1、RW2、D2、R2。當(dāng)R1=R2、RW2調(diào)至中心點(diǎn)時(shí)，因?yàn)槌浞烹姇r(shí)間基本相等，其占空比約為50，此時(shí)調(diào)節(jié)RW1僅改變頻率，占空比不變。如RW2調(diào)至偏離中心點(diǎn)，再調(diào)節(jié)RW1，不僅振蕩頻率改變，而且對(duì)占空比也有影響。RW1不變，調(diào)節(jié)RW2，僅改變占空比，對(duì)頻率無(wú)影響。因此，當(dāng)接通電源后，應(yīng)首先調(diào)節(jié)RW1使頻率至規(guī)定值，再調(diào)節(jié)RW2，以

8、獲得需要的占空比。若頻率調(diào)節(jié)的范圍比較大，還可以用波段開(kāi)關(guān)改變C1的值。（5）組成史密特觸發(fā)器電路如圖19-8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19-9畫(huà)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19-8 555構(gòu)成史密特觸發(fā)器 圖19-9 555構(gòu)成史密特觸發(fā)器的波形圖三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與器材 1、數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)箱。 2、數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)形擴(kuò)展板。3 數(shù)字萬(wàn)用表，雙蹤示波器

9、，頻率計(jì)，脈沖源。4 芯片NE555。5 二極管2CK13（或IN4148），電阻，電容，電位器若干。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)步驟（使用實(shí)驗(yàn)箱中的硬件資源在擴(kuò)展板上搭建電路實(shí)現(xiàn)如下內(nèi)容）1. 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（1） 按圖19-2連線(xiàn)，取R=100K，C=47uf，輸出接LED電平指示器。輸入信號(hào)Vi由單次脈沖源提供，用雙蹤示波器觀測(cè)Vi，Vc，Vo波形。測(cè)定幅度與暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間。（2） 將R改為1K，C改為0.1uf，輸入端加1KHz的連續(xù)脈沖，觀測(cè)Vi，Vc，Vo波形。測(cè)定幅度與暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間。2. 多諧振蕩器（1）按圖19-4接線(xiàn)，用雙蹤示波器觀測(cè)Vc與Vo的波形，測(cè)定頻率。（2）按圖19-6接線(xiàn)，組成占空

10、比為50的方波信號(hào)發(fā)生器。觀測(cè)Vc、Vo波形。測(cè)定波形參數(shù)。（3）按圖19-7接線(xiàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)RW1和RW2來(lái)觀測(cè)輸出波形。3. 史密特觸發(fā)器按圖19-8接線(xiàn)，輸入信號(hào)由音頻信號(hào)源提供（也可以由實(shí)驗(yàn)箱中信號(hào)源部分的正弦信號(hào)模擬），預(yù)先調(diào)好Vi的頻率為1KHz，接通電源，逐漸加大Vs的幅度，觀測(cè)輸出波形，測(cè)繪電壓傳輸特性，算出回差電壓U。4. 利用555定時(shí)器設(shè)計(jì)制作一觸摸式開(kāi)關(guān)定時(shí)控制器，每當(dāng)用手觸摸一次，電路即輸出一個(gè)正脈沖寬度為10S的信號(hào)。試畫(huà)出電路并測(cè)試電路功能。 5. 多頻振蕩器實(shí)例雙音報(bào)警電路電路圖如下：分析它的工作原理及報(bào)警聲特點(diǎn)。（1） 觀察并記錄輸出波形，同時(shí)試聽(tīng)報(bào)警聲。（2） 若將前一級(jí)的低頻信號(hào)輸出加到后一級(jí)的控制電壓端5，報(bào)警聲將會(huì)如何變 化？試分析工作原理。 五、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求1. 復(fù)習(xí)有關(guān)555的工作原理及其應(yīng)用。2. 擬定實(shí)驗(yàn)中所需的數(shù)據(jù)、波形