电子线路基础数字电路实验11 555定时器

实验十一 555定时器

一、实验目的

1.了解集成定时器的电路结构和引脚功能。

2. 熟悉集成定时器的典型应用。

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，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。定时器有双极型和CMOS两大类，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。国产定时器5G1555与国外555类同，可互换使用。图11—1(a)、(b)为集成定时器内部逻辑图及引脚排列，表11—1为引脚名。

(a) (b)

图11—1

从定时器内部逻辑图可见，它含有两个高精度比较器A1、A2，一个基本RS触发器及放电晶体管V。比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻组成的分压提供，它们分别使比较A1的同相输入端和A2的反相输入端的电位为2/3U CC和1/3U CC，如果在引脚5(控制电压端U C)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A1的反相输入端接高触发端V B(脚6)，比较器A2的同相输入端低触发端T L(脚2)，T H和T L控制两个比较器工作，而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(脚3)，另一种接晶体管V的基极控制它的导通与截止，

当V导通时，给接于脚7的电容提供低阻放电通路。

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11—2为由555定时器和外接定时元件R T、C T构成的单稳态触发器。触发信号加于低触发端(脚2)，输出信号u o由脚3输出。

(a) (b)

图11—2

在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。若在u i端加一个具有一定幅度的负脉冲，如图11—2(b)所示，于是在2端出现一个尖脉冲，使该端电位小于1/3U CC从而使比较器A2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 T开始充电，u CT按指数规律增加，当u CT上升到2/3U CC时，比较器A1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 T放电，u CT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决定于外接元件R T、C T的大小

t w=1.1R T C T

改变R T、C T可使t w在几个微秒到几十分钟之间变化。C T尽可能选得小些，以保证通过T很快放电。

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，只有两个暂稳态，而且无须用外来触发脉冲触发，电路能自动交替翻转，使两个暂稳态轮流出现，输出矩形脉冲。

表11—1

图11—4所示为由555定时器和外接元件R A 、R B 、C 构成的多谐振荡器，脚2和脚6直接相连，它将自激发，成为多谐振荡器。

外接电容C 通过R A +R B 充电，再通过R B 放电在这种工作模式中，电容C 在1/3U CC 和2/3U CC 之间充电和放电，其波形如图11—4(b)所示。

充电时间(输出为高态) t 1=0.693(R A +R B )C 放电时间(输出为低态) t 2=0.693R B C 周期

T=t 1+t 2=0.693(R A +2R B )C 振荡频率

(a) (b)

图11—3

3. 施密特触发器

f= =

1 1.43 T (R A ＋2R B )C

图11—6为由555定时器及外接阻容元件构成的施密特触发器。

图11—6 图11—7 图11—8 设被变换的电压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，u i为半波整流波形。当u i上升到U CC时，u o从高电平变为低电平；当

u i下降到1/3U CC时，u o又从低电平变为高电平，图11—7示出了u s、u i、u o的波形图。

可见施密特触发器的接通电位U T+为U CC，断开电位U T-为1/3U CC，

U T+ - U T =2/3U CC - 1/3U CC = 1/3U CC

，电压传输特性如图11—8所示。

三、实验设备与器件

1. EEL—08组件

2. 示波器

3. 信号源及频率计

4. EEL—07组件

5. 集成定时器5G1555×2

四、实验内容

1. 单稳态触发器

(1)按图11—2连接实验线路

U CC接＋5V电源，输入信号u i由单次脉冲源提供，用双踪示波器观察并记录u i、u c、u o波形，标出幅度与暂稳时间。

(2)将C T改为0.01 ，输入端送1KH z连续脉冲，观察并记录u i、u c、u o波形，标出幅度与暂稳时间。

2. 多谐振荡器

按图11—4连接实验电路。

用示波器观察并记录u o，u o波形，标出幅度和周期。

3. 施密特触发器

按图11—6连接实验线路。

(1)输入信号u s由信号源提供，予先调好u s频率为1KH z，接通+U CC(5V)电源后，逐渐加大u s幅度，并用示波器观察u s波形，直至u s峰峰值为5V左右。用示波器观察并记录u s、u i、u o波形，标出u o的幅度、接通电位U T+、断开电位U T-及回差电压∆U。

(2)观察电压传输特性。

4. 模拟声响电路。

用两片555定时器构成两个多谐振荡，如图11—9所示。调节定时元件，使振荡器I振荡频率较低，并将其输出(脚3I)接到高频振荡器II的电压控制端(脚5II)，则当振荡器I输出高电平时，振荡器II的振荡频率较低，当I输出低电平时，II的振荡频率高，从而使II的输出端(脚3II)所接的相声器发出“嘟、嘀……”的间歇响声。

按图11—9接好实验线路，调换外接阻容元件，试听音响效果。

图11—9

五、实验报告

1. 定量画出实验所要求记录的各点波形。

2. 整理实验数据，分析实验结果与理论计算结果的差异，并进行分析讨论。

六、预习要求

1. 列出实验中要求的数据、波形表格。

2. 在单稳电路中，若R T=330K C T=4.7μ则t w=

R T=330K C T=0.01μ则t w=

3. 单稳电路的输出脉冲宽度t w大于触发信号的周期将会出现什么现象？

4. 根据实验2所给的电路参数，计算多谐振荡器的

t1= t2= T=

5. 施密特触发器实验中，为使u o为方波，u s峰峰值至少为多少？