555定时器构成的多谐振荡器-(时钟)

555定时器构成的多谐振荡器-(时钟)

电子课程设计

——电子秒表

学院：电子信息工程学院

专业、班级：电气121501班

姓名：景国阳

学号：201215010109

指导教师：李小松

2014年12月

555定时器构成的多谐振荡器

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器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器和多谐振荡器，以及不需外接元件就可组成施密特触发器。因此集成555定时被广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面。

本实验根据555定时器的功能强以及其适用范围广的特点，设计实验研究它的内部特性和简单应用。

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

A、2A提供参考电

1

压，比较器

A的参考电压为23cc V，加在同相输入端，

1

比较器

A的参考电压为13cc V，加在反相输入端。比

2

较器由两个结构相同的集成运放

A、2A组成。高

1

电平触发信号加在

A的反相输入端，与同相输入

1

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

A的

2

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_

S端的输入信号。

D

基本R--S触发器的输出状态受比较器

A、2A的输

1

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R1、R2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<13

ＶＣＣ，比较器Ａ1输出为高电平，Ａ２输出为低电平，即_

1

D

R

=，_

D

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0

1

u

=此时_

0Q =，定时器内部放电三极管截止，电源cc

V 经

1

R ，2

R 向电容Ｃ充电，c

u 逐渐升高。当c

u 上升到13

cc

V

时，2

A 输出由０翻转为１，这时_

_

1

D

D R

S ==，R S -触

发顺保持状态不变。所以0

t 期间，定时器输出0

u 为高电平１。

1

t t =时刻，c

u 上升到23

cc V ，比较器1

A 的输出由１变为０，这时_

D

R

=，_1

D

S

=，R S -触发器复０，定时

器输出0

u

=。

12

t t t <<期间，_

1Q =，放电三极管Ｔ导通，电容

Ｃ通过2

R 放电。c

u 按指数规律下降，当c

u <

23

cc V 时比

较器

1

A 输出由０变为１，Ｒ－Ｓ触发器的_

D R =_

1

D S =，Ｑ的状态不变，0

u 的状态仍为低电平。

2

t t =时刻，c

u 下降到13

cc

V ，比较器2

A 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0

1

u

=。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0

1

u

=，电容放电时，0

u =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1

2

T T T =+。1

T 为电容充

电时间，2

T 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1

R 、2

R 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

111

21212

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、0.15uF 的电容、400K Ω电阻、双踪示波器、多用途稳压电源、万用表。

2、 实验步骤

测量555定时器的特性