實驗十三555時基電路

實驗十三555時基電路一、實驗?zāi)康?．熟悉555集成定時器的組成及工作原理。2．掌握用定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路、多諧振蕩電路和施密特觸發(fā)電路等。3．進一步學習用示波器對波形進行定量分析，測量波形的周期、脈寬和幅值等。二、實驗原理1．555集成定時器簡介555集成定時器是模擬功能和數(shù)字邏輯功能相結(jié)合的一種雙極型中規(guī)模集成器件。外加電阻、電容可以組成性能穩(wěn)定而精確的多諧振蕩器、單穩(wěn)電路、施密特觸發(fā)器等，應(yīng)用十分廣泛。TTL集成定時器555定時器的外引線排列圖和內(nèi)部原理框圖如圖13-1、13-2所示，功能見表13-1。它是由上、下兩個電壓比較器、三個5kΩ電阻、一個RS觸發(fā)器、一個放電三極管T以及功率輸出級組成。比較器C1的反相輸入端⑤接到由三個5kΩ電阻組成的分壓網(wǎng)絡(luò)的2/3Vcc處（⑤也稱控制電壓端），同相輸入端⑥為閥值電壓輸入端。比較器C2的同相輸入端接到分壓電阻網(wǎng)絡(luò)的1/3Vcc處，反相輸入端②為觸發(fā)電壓輸入端，用來啟動電路。兩個比較器的輸出端控制RS觸發(fā)器。RS觸發(fā)器設(shè)置有復位端④，當復位端處干低電平時，輸出③為低電平?？刂齐妷憾刷菔潜容^器C1的基準電壓端，通過外接元件或電壓源可改變控制端的電壓值，即可改變比較器C1、C2的參考電壓。不用時可將它與地之間接一個O．01μF的電容，以防止干擾電壓引入。555的電源電壓范圍是+4.5～+18V，輸出電流可達100～200mA，能直接驅(qū)動小型電機、繼電器和低阻抗揚聲器。CMOS集成定時器CC7555的功能和TTL集成定時電路完全一樣，但驅(qū)動能力小一些，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也不同，CC7555的電路見圖13－3。圖13-1555集成電路引腳排列圖圖13-2TTL電路555電路結(jié)構(gòu)圖13－3CMOS電路555電路結(jié)構(gòu)表13-1555芯片功能表eq\o(\s\up13(——),TR)觸發(fā)eq\o(\s\up13(),TH)閾值eq\o(\s\up13(—),R)復位eq\o(\s\up13(),D)放電端eq\o(\s\up13(),OUT)輸出H導通LH原狀態(tài)H截止HL導通L2．555定時器的應(yīng)用①單穩(wěn)態(tài)電路單穩(wěn)態(tài)電路的組成和波形如圖13-4所示。當電源接通后，Vcc通過電阻R向電容C充電，待電容上電壓Vc上升到2/3Vcc時，RS觸發(fā)器置0，即輸出Vo為低電平，同時電容C通過三極管T放電。當觸發(fā)端②的外接輸入信號電壓Vi＜1/3Vcc時，RS觸發(fā)器置1,即輸出Vo為高電平，同時，三極管T截止。電源Vcc再次通過R向C充電。輸出電壓維持高電平的時間取決于RC的充電時間，當t=tW時，電容上的充電電壓為；所以輸出電壓的脈寬tW=RCln3≈1.1RC一般R取1kΩ～10MΩ，C＞1000pF。值得注意的是：t的重復周期必須大于tW，才能保證放一個正倒置脈沖起作用。由上式可知，單穩(wěn)態(tài)電路的暫態(tài)時間與VCC無關(guān)。因此用555定時器組成的單穩(wěn)電路可以作為精密定時器。圖13-4單穩(wěn)態(tài)電路的電路圖和波形圖②多諧振蕩器多諧振蕩器的電路圖和波形圖如圖13-5所示。電源接通后，Vcc通過電阻R1、R2向電容C充電。當電容上電vC=2/3Vcc時，閥值輸入端⑥受到觸發(fā)，比較器C1翻轉(zhuǎn)，輸出電壓Vo=0，同時放電管T導通，電容C通過R2放電；當電容上電壓Vc=1/3Vcc，比較器C2輸出0，輸出電壓Vo變?yōu)楦唠娖?。C放電終止、又重新開始充電，周而復始，形成振蕩。其振蕩周期與充放電的時間有關(guān)：充電時間：放電時間：振蕩周期：T=tPH+tPL≈0.7(R1+2R2)C振蕩頻率：f=1/T=占空系數(shù)：當R2>>R1時，占空系數(shù)近似為50％。圖13-5多諧振蕩器的電路圖和波形圖由上分析可知：a）電路的振蕩周期T、占空系數(shù)D，僅與外接元件R1、R2和C有關(guān)，不受電源電壓變化的影響。b）改變R1、R2，即可改變占空系數(shù)，其值可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。c）改變C的值，可單獨改變周期，而不影響占空系數(shù)。另外，復位端④也可輸入1個控制信號。復位端④為低電平時，電路停振。③施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器電路圖和波形圖如圖13-6所示，其回差電壓為1/3Vcc。當輸入電壓大于2/3Vcc時輸出低電平，當輸入電壓小于1/3Vcc時輸出高電平，若在電壓控制端⑤外接可調(diào)電壓Vco（1.5～5V），可以改變回差電壓ΔVT。施密特觸發(fā)器可方便的地把非矩形波變換為矩形波，如三角波到方波。施密特觸發(fā)器可以將一個不規(guī)則的矩形波轉(zhuǎn)換為規(guī)則的矩形波。施密特觸發(fā)器可以選擇幅度達到要求的脈沖，慮掉小幅的雜波。圖13-6施密特觸發(fā)器電路圖和波形圖三、實驗內(nèi)容1．用555集成定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路。按圖13-4接線。當C=0.01μF時，選擇合理輸入信號Vi的頻率和脈寬，調(diào)節(jié)RW以保證T＞tW，使每一個正倒置脈沖起作用。加輸入信號后，用示波器觀察Vi、Vc以及Vo的電壓波形，比較它們的時序關(guān)系，繪出波形，并在圖中標出周期、幅值、脈寬等。2．按圖13-5所示電路組裝占空比可調(diào)的多諧振蕩器。取R1＝5.1kΩ，R2＝5.1kΩ，RW＝100kΩ（電位器），C＝0.01μF，調(diào)節(jié)電位器RW，在示波器上觀察輸出波形占空比的變化情況。并觀察占空比為1:4、1:2、3:4時的輸出波形。3．在圖13-5中，若固定R1=5.1kΩ,R2=5.1kΩ，C=0.1μpF時，用示波器觀察并描繪Vo和Vc波形的幅值、周期以及tPH和tPL，標出Vc各轉(zhuǎn)折點的電平。4．按圖13-6所示電路組裝施密特觸發(fā)器。輸入電壓為Vi=3V，f=1kHz的正弦波。用示波器觀察并描繪Vi和Vo波形。注明周期和幅值，并在圖上直接標出上限觸發(fā)電平、下限觸發(fā)電平，算出回差電壓。5．圖13-6所示電路中，在電壓控制端⑤分別外接2V、4V電壓，在示波器上觀察該電壓對輸出波形的脈寬、上、下限觸發(fā)電平以及回差電壓的影響。6．用兩片555定時器構(gòu)成變音信號發(fā)生器，其電路如圖13-7所示。它能按一定規(guī)律發(fā)出兩種不同的聲音。這種變音信號發(fā)生器是由兩個多諧振蕩器組成。一個振蕩頻率較低，另一個振蕩頻率受其控制。適當調(diào)整電路參數(shù)，可使聲音達到滿意的效果。圖13-7變音信號發(fā)生器四、實驗儀器及器件數(shù)字電路實驗箱；數(shù)字萬用表；示波器；集成定時器：NE555×2；電阻：10kΩ、100kΩ×1，5.1kΩ×3；電位器：100kΩ×1；電容器：0.01μF×3，0.1μF、10μF、100μF×1；喇叭：8Ω/0.25W×1。五、預習要求與思考題1．熟悉用555集成定時器和外接電阻、電容構(gòu)成的單穩(wěn)觸發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器的工作原理。2．計算實驗內(nèi)容6中變音信號發(fā)生器兩種聲音的頻率和持續(xù)時間。3．實驗內(nèi)容2中，改變電容C的大小能夠改變振蕩器輸出電壓的周期和占空比系數(shù)嗎？試說明要想改變占空系數(shù)，必須改變哪些電路參數(shù)。4.試設(shè)計一個過壓報警器，用聲（喇叭）和光（發(fā)光二極管）同時報警。當工作電壓超過+10V（包括10V）時，喇叭發(fā)出報警聲，同時發(fā)光二極管閃爍，閃爍頻率為2Hz。5．實驗內(nèi)容6中，若將前級的輸出信號加到后一級的放電端⑦，聲音將會如何變化？五、實驗要求1．整理實驗數(shù)據(jù)，畫出實驗內(nèi)容中所要求畫的波形，按時間坐標對應(yīng)標出波形的周期、脈寬和幅值等。2．根據(jù)實驗內(nèi)容記錄下你所滿意的變音信號發(fā)生器最后調(diào)試的電路參數(shù)。并說明你的變音發(fā)生器可以用于哪個地方？七、注意事項1．單穩(wěn)態(tài)電路的輸入信號選擇要特別注意。Vi的周期T必須大于vO的脈寬t