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UCC=+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UCC=+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A1、A2,一个基本RS触发器G1、G2及放电晶体管TD。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A1的同相输入端和A2的反相输入端的电位分别为
1UCC和32UCC,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3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TD的导通与截止,TD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tW。
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ui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uO为低电平。当在ui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
1UCC,从而使比较3器A2触发翻转,触发器的输出uO从低电平跳变为高电平,暂稳态开始。电容C开始充
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电,uC按指数规律增加,当uC上升到
2UCC时,比较器A1翻转,触发器的输出uO从高3电平返回低电平,暂稳态终止。同时内部电路使电容C放电,uC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tW取决于R、C的大小, 即:tW=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。
VCC85kΩVCO Vi1(TH)VR1565kΩ Vi2(TR)2VR25kΩ V'O(DISC)71+ -∞&QG2+ -&G313RD4∞G1&Q△△A1VOA2G4TD
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R1、R2向C充电,以及C通过R2向C0放电,使电路能自动交替翻转,电容C在放电,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:tW1=0.7(R1+R2)C。 放电(输出为低电平)时间:tW2=0.7 R2C。
振荡周期:T=tW1+tW2=(R1+R2)C+0.7 R2C=0.7(R1+2R2)C。 振荡频率:f0=
12UCC和UCC之间充电和3311=。 T0.7(R1?2R2)C3.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uS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
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ui为半波整流波形。当ui上升到
21UCC时,uO从高电平变为低电平;当ui下降到UCC33211UCC-UCC=UCC 333时,uO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=
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=1kΩ,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C1端加入输入信号Vi,Vi为1kHz,幅值为5V的连续脉冲。用示波器观测输入信号Vi、电容C端的波形VC和输出端的波形VO,将所测波形记录于图9-3中,测量VC、VO的幅度与暂稳态的持续时间tW标于图中。 (VCC=5V,仿真图,可看出示波器显示)
2CK13R15.1kΩC1 Vi0.01μfDR1kΩ62THTR4RD8VCCVO3VCC Vit5555VOVCtVOtVCC0.1μf7DISCVCOGND1C00.01μf
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。
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数电实验题目:实验九 555时基电路及其应用
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