用555構成的多諧振蕩器

1、555構成多諧振蕩器的報警電路設計一、 設計目的555定時器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結合的中規(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定時被廣泛應用于脈沖波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制等方面。本實驗根據(jù)555定時器的功能強以及其適用范圍廣的特點，設計實驗研究它的內(nèi)部特性和簡單應用。555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結合的中規(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 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(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。它也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC /3 和 2VCC /3 圖8-1  555定時器內(nèi)部方框圖通過對本次設計能夠更好地掌握555的作用及應用。同時掌握報警電路的原理及設計方法。二、 設計要求 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)問題和解決問題。（4）編寫設計報告 寫出設計與制作的全過程，附上有關資料和圖紙，有心得體會。三、 設計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。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之 間來回轉換，故又稱它為無穩(wěn)態(tài)電路。由555定時器構成的多諧振蕩器如圖1所示，R1，R2和C是外接定時元件，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，電源經(jīng)R1，R2對電容C充電，使 電壓uc按指數(shù)規(guī)律上升，當uc上升到（2/3）Vcc時，輸出uo為低電平，放電管VT導通，把uc從（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc這段時間內(nèi)電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時間TPH的長短與電容的充電時間有關 。充電時間常數(shù)T充=（R1R2）C。不難理解，接通電源后，電 路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉，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定時器構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。設被整形變換的電壓為正弦波，其正半波通過二極管D同時加到555定時器的2腳和六腳，得到的Vi為半波整流波形。當Vi上升到時，Vo從高電平轉換為低電平；當Vi下降到時，Vo又從低電平轉換為高電平?；夭铍妷海篤=圖8-7  555構成施密特觸發(fā)器  圖8-8  555構成施密特觸發(fā)器的波形圖（2）555構成多諧振蕩器 

6、;由555定時器和外接元件R1、R2、C構成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號，利用電源通過R1、R2向C充電，以及C通過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，對應的波形如圖8-5所示。圖8-4  555構成多諧振蕩器         圖8-5  多諧振蕩器的波形圖輸出信號的時間參數(shù)是：     T= =0.7（R1+R2）C=0.7R2C其中，為VC由上升到

7、所需的時間，為電容C放電所需的時間。555電路要求R1與R2均應不小于1K，但兩者之和應不大于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。一般多諧振蕩器的工作過程可分為以下四個階段:(1) 暫穩(wěn)態(tài) I(Otl): 電容 C 充電 , 充電回路為 VDD R1 R2 C 地 , 充電時間常數(shù)為 為1=(R1+R2)C, 電容 C 上的電壓 uc 隨時間 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) 自動翻轉 I(t=tl): 當電容上的電壓 uc 上

8、升到了 VDD 時 , 由于 555 定時器內(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 飽和導通 , 電容 C 放電 , 放電回路為 C R2 放電管 V 地 , 放電時間常數(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 , 同時使輸出維持在低電平上。(4) 自動翻轉(t=t2): 當電容上的電壓 uc下降到了 VDD 時 , 由于 555 定時器內(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 又開始充電 , 進入暫穩(wěn)態(tài) I.以后 , 電路重復上述過程 , 電路沒有穩(wěn)態(tài) , 只有兩個暫穩(wěn)態(tài) , 它們交替變化 , 輸出連續(xù)的矩形波脈沖信號。四、 實驗元器件LM555H（定時器） LAL-BARGRAPH(條形光柱報警) Key=Space(開關) 及一些必要的電阻、電容及相關電源 五、 實驗電路圖六、 設計結果開關J1是控制多諧振蕩器工作與停止，J1斷開，多諧振蕩器工作，反之，電路停止振蕩。且當多諧振蕩器工作時，條形光柱要出現(xiàn)短暫報警。七、 實驗總結通過Multisim軟件，不僅提供了電路原理圖輸入和硬件描述語言模型輸入的接口和比較全面的仿真分析功能，同時還提供了一個龐大的元、器件模型庫和一整套虛擬儀表。因此，可以很方便的實現(xiàn)計算機仿真和虛擬實驗，與傳統(tǒng)的實驗方法相比，通過Multisim仿真可以看出，設計與實驗可以同步進行，且修改電路容易，連線也比較直觀。其觀察結果也比較方便。但在做本次實驗時，最開始安了一個揚聲器，但是沒有發(fā)出聲音，但在我將它改成條形光柱報警時，它就能夠正常報警了，所以在調(diào)試電路的時候，對我們的解決問題的能力有所提高。同時