数字电路实验(06)555定时器及其应用：多谐振荡器

一.实验要求

1.1.实验目的

1. 熟悉多谐振荡器的实现流程；
2. 掌握555定时器的使用方法；
3. 掌握泰克示波器TBS1102的使用。

1.2.实验器材

1. VCC
2. Ground
3. 普通电阻
4. 普通电容
5. 555定时器
6. 泰克示波器TBS1102

1.3.实验原理

555时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在同一硅片上的组合集成电路。555定时器构成的多谐振荡器能自行产生矩形脉冲的输出，是脉冲产生（形成）电路，它是一种无稳电路。

1. 多谐振荡器电路组成
   在电路接通电源的瞬间，由于电容C来不及充电，电容电压Vc=0V，所以555定时器的输出状态为1，输出Vo为高电平。同时，集电极输出端对地断开，电源Vcc对电容C充电，电路进入暂稳态I。
   当电容电压Vc充到2/3Vcc时，输出Vo为低电平，同时集电极输出对地短路，电容电压随之通过集电极输出端放电，电路进入暂稳态II。
   此后，电路周而复始地产生周期性的输出脉冲。
2. 振荡频率的估算
   电容充电时间T1。电容充电时，时间常数τ1=(R1+R2)C，起始值Vc(0+)=1/3Vcc，最终值Vc(∞)= Vcc，转换值Vc(T1)=2/3Vcc，带入过渡过程计算公式进行计算，计算公式为：

电容放电时间T2。电容放电时，时间常数τ2=R2C，起始值Vc(0+)=2/3Vcc，终值Vc(∞)= 0，转换值Vc(T2)=1/3Vcc，代入RC过渡过程计算公式进行计算，计算公式为：
T2=0.7R2C
电路振荡周期T，计算公式为：
T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C
电路振荡频率f，计算公式为：

输出波形占空比q=T1/T，即脉冲宽度与脉冲周期之比，称为占空比。计算公式为：
q= T1/T=0.7(R1+R2)C/(0.7(R1+2R2)C)=( R1+R2)/( R1+2R2)
用555定时器构成多谐振荡器的原理图如图1所示。

二.实验图

三.实验报告

3.1.实验过程

图1电路为由555定时器构成的多谐振荡器。
实验要求：
构建图1电路。R1=51kΩ，R2=47kΩ；C1=C2=910nF；Vcc=5V。
交互式仿真分析参数设置为使用储能元件的初始条件，运行实验。
采用泰克示波器观察输出VOUT和电容C1两端的电压Vc的波形，并对输出波形的周期进行测量，记录于表1中。
表1 实验波形及数据

3.2.实验报告

1. 搭建实验电路，补充完整表1；

2. 给出电路的理论振荡周期计算公式，并计算出理论值。

理论振荡周期T=0.7(R1+2R2)C=92.365ms