数电实验题目：实验九 555时基电路及其应用

实验九 555时基电路及其应用
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一、实验目的
1. 熟悉555集成时基电路的电路结构、工作原理及其特点。

2. 掌握555集成时基电路的典型应用。

二、实验原理
集成定时器是一种模拟、数字混合型的中规模集成电路，在波形产生、整形、变换、定时及控制系统中有着十分广泛的应用。

只要外接适当的电阻电容等元件，可方便地构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路,由于内部电压标准使用了三个5k 电阻，故取名555电路。

定时器有双极型和CMOS 两大类，其结构和工作原理基本相似。

通常双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS 定时器则具有功耗低，输入阻抗高等优点。

几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555和556；所有的CMOS 产品型号最后四位数码都是7555和7556，二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。

双极型集成时基电路的电源电压为U CC =+5V~+15V ，输出的最大电流可达200mA ；CMOS 型的集成时基电路电源电压为U CC =+3V~+18V 。

555的内部电路框图如图9-1所示，从图中可见，它含有两个高精度电压比较器A 1、A 2，一个基本RS 触发器G 1、G 2及放电晶体管T D 。

比较器的参考电压由三只5kΩ的电阻的分压提供，它们分别使比较器A 1的同相输入端和A 2的反相输入端的电位分别为
3
1
U CC 和3
2
U CC ，如果在引脚5外加控制电压，就可以方便的改变两个比较器的比较电平，若控制电压端5不用时需在该端与地之间接入约0.01μF 的电容,以清除外接干扰，保证参考电压稳定值。

比较器的状态决定了基本RS 触发器的输出，基本RS 触发器的输出一路作为整个电路的输出，另一路控制晶体管T D 的导通与截止，T D 导通时给接在7脚的电容提供放电通路。

这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路。

集成定时器的典型应用 1．单稳态触发器
单稳态触发器在外来脉冲作用下，能够输出一定幅度与宽度的脉冲，输出脉冲的宽度就是暂稳态的持续时间t W 。

图9-2为由555定时器和外接定时元件R 、C 构成的单稳态触发器。

在输入u i 端未加触发信号时，电路处于初始稳态，单稳态触发器的输出u O 为低电平。

当在u i 端加入具有一定幅度的负脉冲时，在TR 端出现一个尖脉冲，使该端电位小于
3
1
U CC ，从而使比较器A 2触发翻转，触发器的输出u O 从低电平跳变为高电平，暂稳态开始。

电容C 开始充
电，u C 按指数规律增加，当u C 上升到
3
2
U CC 时，比较器A 1翻转，触发器的输出u O 从高电平返回低电平，暂稳态终止。

同时内部电路使电容C 放电，u C 迅速下降到零，电路回到初始稳态，为下一个触发脉冲的到来作好准备。

暂稳态的持续时间t W 取决于R 、C 的大小， 即：t W =1.1RC 。

通过改变R 、C 的大小，可使延时时间在几个微秒到几十分钟之间变化。

当这种单稳态电路作为计时器使用时，可直接驱动小型继电器，并可以使用复位端（4脚）接地的方法来终止暂态，重新计时。

V CO V O
V i1( V i2(TR V'O (R
图9-1 555的内部电路框图
2．多谐振荡器
和单稳态触发器相比，多谐振荡器没有稳定状态，只存在两个暂稳态，且无须用外来触发信号进行触发，多谐振荡器电路如图9-4所示。

利用电源通过R 1、R 2向C 充电，以及C 通过R 2向C 0放电，使电路能自动交替翻转，电容C 在31U CC 和3
2
U CC 之间充电和放电，两个暂稳态轮流出现，输出矩形脉冲。

输出信号的充电（输出为高电平）时间：t W1=0.7（R 1+R 2）C 。

放电（输出为低电平）时间：t W2=0.7 R 2C 。

振荡周期：T=t W1+t W2=（R 1+R 2）C+0.7 R 2C=0.7（R 1+2R 2）C 。

振荡频率：f 0=
T 1
=C
)R 2R (7.0121 。

3．施密特触发器
图9-6为使用555定时器及外接阻容元件构成的施密特触发器电路，若被整形变换的电压u S 为正弦波，其正半周通过二极管D 同时加到555定时器的2脚和6脚，得到的
u i 为半波整流波形。

当u i 上升到
32U CC 时，u O 从高电平变为低电平；当u i 下降到3
1U CC 时，u O 又从低电平翻转为高电平。

施密特触发器电路的回差电压为：ΔU=
32U CC -31U CC =3
1
U CC 三、实验仪器及器件
1. DS1052E 型示波器
2. DG1022型双通道函数/任意波形发生器
3. EL -ELL -VI 型数字电路实验系统
4. 集成电路芯片： 555定时器 电阻、电容、二极管若干
四、实验内容及步骤
1.555定时器构成单稳态触发器
（1）选555集成电路芯片，并在备件区中分别找出与图9-2所给电路参数相同的电
阻、电容和二极管（即R=1k Ω，C=0.1μf ），参照555的引脚图，按图9-2连接电路，检查无误后接通电源进行实验。

在电容C 1端加入输入信号V i ，V i 为1kHz ，幅值为5V 的连续脉冲。

用示波器观测输入信号V i 、电容C 端的波形V C 和输出端的波形V O ，将所测波形记录于图9-3中，测量V C 、V O 的幅度与暂稳态的持续时间t W 标于图中。

（VCC=5V,仿真图，可看出示波器显示）
O
V
CC
V V V
图9-2 单稳态触发器 图9-3 单稳态触发器波形图
2、555定时器构成多谐振荡器
使用555集成电路芯片，按图9-4连接实验电路，检查无误后接通电源进行实验。

V O
5.1k
R 1CC
C 0.01µf
V V 5.1k R 2
图9-4 多谐振荡器 图9-5 多谐振荡器波形图
用示波器观察V C 和V O 的波形，并按时间关系将其绘于图9-5中。

测量并记录V C 的上、下限幅值V CH 和V CL ；输出信号的幅值V O 及时间参数：充电时间t W1、放电时间t W2，振荡频率f 0，与理论值比较。

（VCC=5V,仿真图，可看出示波器显示）
555电路要求R 1与R 2均应大于1k Ω，但R 1+R 2应小于或等于3.3M Ω。

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。

五、预习要求
1. 复习教材中有关555定时器的工作原理及其典型应用的部分内容。

2. 熟悉555定时器的功能及引脚排列。

3. 根据图9-2、9-4所给出的电路参数，计算出单稳态触发器、多谐振荡器及施密特触发器输出各参数的理论值。

六、实验报告要求
1. 定量绘出实验内容中所要求描绘的单稳态触发器和多谐振荡器的波形，并按时间关系详细标注各个参数。

2. 说明图9-2中R 1、C 1的作用，画出单稳态触发器的实际触发波形（即555定时器的第二脚TR 端的波形）。

3. 说明图9-4所示的多谐振荡器输出波形的占空比为80%时，各元器件的参数应如何改变？。