器件实验报告八—555集成定时器及其应用

555集成定时器及其应用实验报告
一、实验内容与目的
1.单稳态触发器功能的测试,对于不同的外界元件参数，测定输出信号幅度和暂稳时间。

2.多谐振荡器功能的测试与验证，给定一个外界元件，测量输出波形的频率、占空比，并且计算理论值，算出频率的相对误差。

实验仪器：
自制硬件基础电路实验箱，双踪示波器，数字万用表，集成定时器NE555 2片；电阻100kΩ、10kΩ各2只；51kΩ、5.1kΩ、4.7kΩ各1只；电容30μF、10μF、0.1μF、2200pF各1只；电位器100kΩ1只；
元器件：LM555。

二、实验预习内容：
本实验旨在了解555定时器的内部结构和工作原理：单稳态触发器、多谐振荡器的工作原理。

实验资料：
（1）构成单稳态触发器
电路如下图所示，接通电源→电容C充电（至2/3Vcc）→RS触发器置0→Vo =0，T导通，C放电，此时电路处于稳定状态。

当2加入VI<1/3Vcc时，RS触发器置1，输出Vo=1，使T 截止。

电容C开始充电，按指数规律上升，当电容C 充电到2/3Vcc时，A1翻转，使输出Vo=0。

此时T又重新导通，C很快放电，暂稳态结束，恢复稳态，为下一个触发脉冲的到来作好准备。

其中输出Vo脉冲的持续时间tw=1.1RC,一般取R=1kΩ--10MΩ，C>1000PF,只要满足VI的重复周期大于tp0 ,电路即可工作，实现较精确的定时。

(2) 多谐振荡器
电路如下图所示，电路无稳态，仅存在两个暂稳态，亦不需外加触发信号，即可产生振荡（振荡过程自行分析）。

电容C在1/3Vcc--2/3Vcc之间充电和放电，输出信号的振荡参数为：
周期T=0.7 C(R1+2R2)
频率f=1/T=1.44/(R1+2R2)C,
占空比D=( R1+R2 )/( R1+2R2)。

555电路要求R1与R2 均应大于或等于1kΩ ，使R1+R2 应小于或等于
3.3MΩ。

三、实验过程与数据分析
1.单稳态触发器逻辑功能的测试。

连接电路如下：
实验步骤：
1、连接电路图：在实验箱找到LM555芯片，按照如上图电路连接。

2、电路完成连接，首先外接元件参数为R=100KΩ，C=47uF，输入端加单次负脉冲信号，测定输出信号幅度（由示波器测量）和暂稳时间。

3、将R改为1KΩ，C改为0.1uF，输出端加10KHz左右的连续脉冲信号，然后用示波器观察Vo，Vi，Vc的波形，并测量出脉冲信号的宽度Tp。

分析：单稳态触发器Vo，Vi，Vc的理论波形如下图：
由波形图可知接通电源→电容C充电（至2/3Vcc）→RS触发器置0→Vo=0，T导通，C放电，此时电路处于稳定状态。

当2加入Vi<1/3Vcc时，RS触发器置1，输出Vo=1，使T 截止。

电容C开始充电，按指数规律上升，当电容C充电到2/3Vcc 时，A1翻转，使输出Vo=0。

此时T又重新导通，C很快放电，暂稳态结束，恢复稳态，为下一个触发脉冲的到来作好准备。

其中输出Vo脉冲的持续时间tw=1.1RC，只要满足VI的重复周期大于tp0 ,电路即可工作，实现较精确的定时。

实验中单稳态触发器的示波器波形如下图所示：
Vc和Vo的波形图：
Vc与Vi的波形图：
由上图可知当Vi变成低电平，Vc开始上升时，Vo发生翻折。

当Vc上升到2/3Vcc 时，比较器A1输出低电平，又将触发器置0，电路自动地由暂态返回原来的稳态，输出端Q恢复为低电平，并且一直保持到再次受到触发为止。

实验数值记录与分析：
2.多谐振荡器逻辑功能的测试。

下图是555多谐振荡器电路的连接线：
实验步骤：
1、在实验箱上LM555芯片，然后按照上图连接电路图。

2、图中外接元件参数为R1=1KΩ，R2=10KΩ，C=0.1uF，用示波器观察Vc，Vo的
波形，并测量输出波形的频率，占空比。

3、计算理论值，与测量值进行比较，算出频率的相对误差。

分析：多谐振荡器的理论波形如下图：
由波形图可以看出，电源接通后，利用外接RC电路的充放电作用，不断改变高电平触发端和低电平触发端的电平，使RS触发器置0，置1，从而在输出端得到一系列矩形脉冲信号。

输出矩形脉冲信号的振荡周期为T1+T2=（R1+2R2）C。

实验所得波形如下图：
实验数值记录与分析：
四、实验心得与感悟
此次实验为555集成定时器及其应用，主要是熟悉555 集成定时器的组成及工作原理；掌握用定时器构成单稳态电路、多谐振荡电路，并且完成其功能测试；学习用示波器对波形进行定量分析，测量波形的周期、脉宽和幅值等。

本次实验是每个人独立完成，所以在开始做实验时还是有点儿困难的，但后来通过一步一步的试探，还是完成了实验。

总之，此次实验是本学期的最后一次器件实验，还是挺有收获的。