实验八555定时器及其应用

一、实验预习要求

1、复习有关555定时器的工作原理及其应用。
2、拟定实验中所需的数据、表格等。
3、如何用示波器测定施密特触发器的电压传输特性曲线？
4、拟定各次实验的步骤和方法。

二、实验目的

1、了解555集成电路的组成结构及工作原理。
2、掌握555集成定时器的典型应用。
3、学会用示波器测量脉冲波形的周期、脉宽及幅值。

三、实验原理

集成时基电路又称为集成定时器或555电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分广泛。它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三个5K电阻，故取名555电路。其电路类型有双极型和CMOS型两大类，二者的结构与工作原理类似。几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556；所有的CMOS产品型号最后四位数码都是7555或7556，二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。555和7555是单定时器。556和7556是双定时器。双极型的电源电压VCC＝+5V～+15V，输出的最大电流可达200mA，CMOS型的电源电压为+3～+18V。

1、555电路的工作原理

555电路的内部电路方框图如图8.1所示。它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关管TD，比较器的参考电压由三只 5KΩ的电阻器构成的分压器提供。它们分别使高电平比较器C1 的同相输入端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为和。比较器C1与C2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。1K
是复位端（4脚），当，555输出低电平。平时端开路或接VCC。VCO是控

(a)                                  (b)
     图8.1 555定时器内部框图及引脚排列

制电压端（5脚），平时输出作为比较器C1 的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01μF的电容器接地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。TD为放电管，当TD导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路。
555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便地构成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。

2、555定时器的典型应用

(1) 构成单稳态触发器

图8.2(a)为由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。电路工作原理是，接通电源，设TD处于截止状态，+VCC通过R向C充电，VC按指数规律增长，当VC充电到时，高电平比较器动作，比较器C1 翻转，使输出V0从高电平返回到低电平，放电开关管TD重新导通，电容C上的电荷经放电开关管TD迅速放电，暂态结束，恢复稳态，为下一个触发脉冲的来到作好准备；如果负跳变脉冲Vi下降到时，低电平比较器动作，比较器C2 翻转，使输出V0从低电平返回到高电平，放电开关管TD截止，电源+VCC通过R再次向电容C充电，然后重复上述过程。波形图如图8.2(b)所示，其中Vi为输入触发脉冲，VC为电容C两端的电压，VO为输出脉冲，Tw为延时脉冲的宽度（或暂稳态的持续时间）决定于外接元件R、C值的大小。

触发脉冲的周期T应大于TW才能保证每个负脉冲都起作用。
注：Vi可加单次脉冲，连续按按键，也可加1Hz连续脉冲进行触发。

			(a)                          (b)
	图8.2 555定时器组成的单稳态触发器

(2) 组成施密特触发器

电路如图8.3，只要将脚2、6连在一起作为信号输入端Vi，即得到施密特触发器。图8.4所示为VS，Vi和VO的波形图。
设被整形变换的电压为正弦波Vs，其正半波通过二极管D同时加到555定时器的2脚和6脚，得Vi为半波整流波形。当Vi上升到 时，VO从高电平翻转为低电平；当Vi下降到 时，VO又从低电平翻转为高电平。电路的电压传输特性曲线如图8.5所示。

		图8.3 施密特触发器           

图8.4  波形变换图                  图8.5  电压传输特性

从上述分析可见，施密特触发器可以将缓慢变化的输入波形转换为边沿陡峭的矩形波。同时也看出，在输入信号的上升过程中，输出状态转换时刻对应的输入电平VT+，与输入信号下降过程中，输出状态转换时刻对应的输入电平VT-的值是不同的。它们之间的差值称为“回差”记作VT（即△VT= VT+—VT-）。在本电路中，△VT= VT+—VT-=－＝
。

(3) 构成多谐振荡器

图8.6(a)为由555定时器和外接元件R1、R2、C1组成的多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路工作原理是，电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外加触发信号，接通电源，设三极管TD处于截止状态，+VCC经外接电阻R1、R2向C1充电，当C1上的电压VC上升到时，比较器C1翻转，输出低电平，使输出端VO为“0”则三极管TD导通，C1经R2和TD进行放电，当VC下降到时，比较器C2翻转，输出低电平，输出端VO为“1”则三极管TD又截止，C1开始充电，电容C在和之间充电和放电，如此周而复始，输出端便可获得周期性的矩形脉冲，其波形如图8.6 (b)所示。电容C1的充电时间TW1和放电时间TW2分别为

根据上面两式可得输出脉冲的频率为

555电路要求R1 与R2 均应大于或等于1KΩ ，但R1＋R2应小于或等于3.3MΩ。
外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。因此这种形式的多谐振荡器应用很广。

               (a)                            (b)

				 图8.6 555定时器组成的多谐振荡器

(4)组成占空比可调的多谐振荡器

电路如图8.7，它比图8.6所示电路增加了一个电位器和两个导引二极管。D1、D2 用来决定电容充、放电电流流经电阻的途径（充电时D2 导通，D1截止；放电时D1导通，D2 截止）。
占空比

可见，若取RA＝RB 电路即可输出占空比为50％的方波信号。

(5) 组成占空比连续可调并能调节振荡频率的多谐振荡器

电路如图8.8所示。对C1充电时，充电电流通过R1、D1、RW2和RW1；放电时通过RW1、RW2、D2、R2。当R1＝R2、RW2调至中心点，因充放电时间基本相等，其占空比约为50％，此时调节RW1 仅改变频率，占空比不变。如RW2调至偏离中心点，再调节RW1，不仅振荡频率改变，而且对占空比也有影响。RW1不变，调节RW2，仅改变占空比，对频率无影响。因此，当接通电源后，应首先调节RW1使频率至规定值，再调节RW2，以获得需要的占空比。若频率调节的范围比较大，还可以用波段开关改变C1 的值。

	图8.7 占空比可调的多谐振荡器   图8.8占空比与频率均可调的多谐振荡器

电路如图8.8所示。对C1充电时，充电电流通过R1、D1、RW2和RW1；放电时通过RW1、RW2、D2、R2。当R1＝R2、RW2调至中心点，因充放电时间基本相等，其占空比约为50％，此时调节RW1 仅改变频率，占空比不变。如果RW2调至偏离中心点某位置，再调节RW1，不仅振荡频率改变，而且对占空比也有影响。若RW1不变，调节RW2，仅改变占空比，对频率无影响。因此，当接通电源后，应首先调节RW1使频率至规定值，再调节RW2，以获得需要的占空比。若频率调节的范围比较大，还可以用波段开关改变C1 的值。

四、实验设备与器件

1、TH-SZ型数字系统设计实验箱；
2、双踪示波器、信号发生器；
3、NE555×1、2CK13×2；
4、电位器、电阻、电容、插接线若干。

五、实验内容与步骤

1、555定时器构成多谐振荡器

(1) 按图8.6接线，用双踪示波器观测VC与VO的波形，并测量输出频率。
(2) 按图8.7接线，组成占空比为50％的方波信号发生器。观测VC与VO波形，测定波形参数。
(3) 按图8.87接线，通过调节RW1和RW2来观测输出波形。

2、利用555定时器模拟声响电路

按图8.9接线，组成两个多谐振荡器，调节定时元件，使I输出较低频率，II输出较高频率，连好线，接通电源，试听音响效果。调换外界阻容元件，再试听影响效果。

图8.9 模拟声响电路

六、实验报告要求

1、写出实验电路的设计过程和电路方案，简述各电路的工作原理。
2、绘出详细的实验电路图，定量绘出观测到的波形，要求按时间坐标对齐，并标注出波形的周期、脉宽和幅度等。
3、写出各电路调节参数的数值，并进行分析、总结实验结果。

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