2019年NE555定时器构成的多谐振荡器

NE555定时器构成的多谐振荡器
一、原理
1、555定时器内部结构
555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路,其内部结构如图（A ）
及管脚排列如图（B ）所示。

它由分压器、比较器、基本R--S 触发器和放电三极管等部分组成。

分压器由三个5K 的等值电阻串联而成。

分压器为比较器1A 、2A 提供参考电压，比较器1A 的参考电压为23
cc V ，加在同相输入端，比较器2A 的参考电压为
1
3
cc V ，加在反相输入端。

比较器由两个结构相同的集成运放1A 、2A 组成。

高电平触发信号加在1A 的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R--S 触发器_
D R 端的输入信号；低电平触发信号加在2A 的同相输入端，与反相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R —S 触发器_
D S 端的输入信号。

基本R--S 触发器的输出状态受比较器1A 、2A 的输出端控制。

2、 多谐振荡器工作原理
由555定时器组成的多谐振荡器如图(C)所示，其中R 1、R 2和电容C 为外接元件。

其工作波如图(D)所示。

设电容的初始电压c U ＝０，t ＝０时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触
发端TH V ＝TL V ＝０<1
3
ＶＣＣ，比较器Ａ1输出为高电平，Ａ２输出为低电平，即_
1D R =，
_0D S =（1表示高电位，
0表示低电位），R S -触发器置１，定时器输出01u =此时_
0Q =，定时器内部放电三极管截止，电源cc V 经1R ，2R 向电容Ｃ充电，c u 逐渐升高。

当c u 上升到
1
3
cc V 时，2A 输出由０翻转为１，这时__
1D D R S ==，R S -触发顺保持状态不变。

所以0<t<1t 期间，定时器输出0u 为高电平１。

1t t =时刻，c u 上升到2
3
cc V ，比较器1A 的输出由１变为０，这时_
0D R =，_1D S =，R S
-触发器复０，定时器输出00u =。

12t t t <<期间，_
1Q =，放电三极管Ｔ导通，电容Ｃ通过2R 放电。

c u 按指数规律下降，
当c u <2
3
cc V 时比较器1A 输出由０变为１，Ｒ－Ｓ触发器的_
D R =_1D S =，Ｑ的状态不变，
0u 的状态仍为低电平。

2t t =时刻，c u 下降到1
3
cc V ，比较器2A 输出由1变为0，R---S 触发器的_
D R =1，
_
D S =0，触发器处于1，定时器输出01u =。

此时电源再次向电容C 放电，重复上述过程。

通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出01u =，电容放电时，0u =0，电容不
断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。

多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波，
其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。

3、振荡周期
由图（D ）可知，振荡周期12T T T =+。

1T 为电容充电时间，2T 为电容放电时间。

充电时间 11212()ln 20.7()T R R C R R C =+≈+ 放电时间 222ln 20.7T R C R C =≈
矩形波的振荡周期121212ln 2(2)0.7(2)T T T R R C R R C =+=+≈+ 因此改变1R 、2R 和电容C 的值，便可改变矩形波的周期和频率。

对于矩形波，除了用幅度，周期来衡量外，还有一个参数：占空比q ，q=（脉宽w t ）
/（周期T ），w
t
指输出一个周期内高电平所占的时间。

图（C ）所示电路输出矩形波的占空
比1112
1212
2T T R R q T T T R R +=
==++。

二、实验
1、实验目的
（1）初步了解集成555定时器的基本原理。

（2）掌握学会使用双踪示波器。

（3）测量多谐振荡器输出波、频率与各元件的关系。

2、实验仪器：
555定时器、两个是量程5K Ω的电位器、的电容、400K Ω电阻、双踪示波器、多用途稳压电源、万用表。

3、 实验步骤
测量555定时器的特性
(1) 按右（G ）图连接好电路，
把电源电压调到最小以免烧坏会集成块
(2) 打开各电源调节按钮使
V CC =3V
(3) 调节电源1使U TH 大于或等于2V ，此时调节电源2使U TL 由大到小或由小到大，并观
察万用表电压档的电压，当电压发生突然变化时，记录U TL 值及U 0相应值 (4) 同（3）测量U TH 小于2V 时相应的U TL 、U 0值
(5) 调节电源2使大于1V 或小于1V ，同时改变U TH 值，观察U 0的变化，记录相应数据 （注：U TH 、、U TL 电压不能调得过大应不大于4V ，以免烧坏集成块）
测量多谐振荡器输出波形特性
（1） 按（右）图连接好电路，
其中400K Ω为负载电阻。

（2） 把电源电压调到，调节2
个5K Ω电位器的电阻，
改变输出波形参数，并判断1R 、2R 阻值与波形的关系 （3） 记录下一组波形参数
（1t ∆、2t ∆、T 、f 、0U 、
c U ），同时绘制所观察
到的波形，最后关掉电
源，用万用表电阻挡测量此时1R 、2R 值。

4、 数据处理
（1）555定时器的特性（数据如下表1）
由实验的数据，可得到定时器3脚输出的电压受2、6脚电压的制约，当2、6脚电压V TL 、V TH 满足一定条件时3脚输出高电平，满足其他条件时，输出低电平，即表（2）中V TL 、V TH 与U 0的关系。

TH U (V) TL U (V)
0U (V)
>2V 大→小 由突变为 小→大 由突变为 <2V
大→小 由突变为 小→大
由突变为
0U 低电位
TH U 在到4V 之间改变
>1V
保持原来的左右
0U 高电位
TH U 在到4V 之间改变 保持原来的左右
0U 低电位
TH U 在到4V 之间改变 <1V
保持原来的左右
0U 高电位
TH U 在到4V 之间改变
保持原来的左右
（表1）
TH U
TL U 0U
>23cc V
>13cc V 低电位 >23cc V <13cc V 高电位 <23cc V >13cc V 保持原状态不变 <23
cc V >13
cc V 保持原状态不变
（表2）
（2）555定时器构成的多谐振荡器
实验中得出某一组波形的数据如下：
T 1=1t ∆=uS T 2=2t ∆= uS T=T 1+T 2=uS f= Z KH U 0= U c =2V R 1= K Ω
!0U = !c U =1V R 2=K Ω
由上原理中的周期公式计算理论周期和频率：
已知：C= R 1=K Ω R 2=K Ω
1120.7()T R R C =+=uS 220.7T R C ==uS 12T T T =+=uS
01f T
=
= 得出实验频率的相对误差：
00
||
r f f E f -=
⨯100%= % 实验得出的波形如右图(F)： 输出矩形波的占空比
q =
12
12
2R R R R ++=
5．实验分析
（1）多谐振荡器巧妙地运用了电容的冲放电及与非门的通断条件把直流电转换成脉冲信号，
此脉冲信号经放大，再经变压器变压可实现直流电转换成交流电。

（2）根据555定时器的功能特性，利用电容的充电需要一定的时间，经元件组合，可成为
一个定时智能电路，以及其它智能开关报警器等。