实验五(单稳态触发器和多谐振荡器)

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实验五单稳态触发器和多谐振荡器

一、实验目的

1．研究555单稳态触发器的功能。

2．研究由555构成的多谐振荡器的功能。

二、实验器材

5V直流电源 1个

逻辑开关 1个

逻辑探头 1个

555定时器 1个

信号发生器 l台

双踪示波器 l台

电容器 1üF、100üF、0.02üF 各1个

0．01üF 2个

电阻 200kΩ、100KΩ、72kΩ、

48kΩ、10 KΩ、5 KΩ、1 KΩ各1个

三、实验准备

单稳态触发器具有三个特点：第一，有一个稳态和一个暂稳态；第二，在外来触发脉冲的作用下，能够从稳态翻转为暂稳态：第三，暂稳态维持一段时间以后将自动返回稳态而暂稳态的维持时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。

图5-1 555单稳态触发器

图5-1电路可用来验证555单稳态触发器的逻辑功能。图中TRI为下沿触发脉冲输入端，由时钟脉冲逻辑开关CLOCK提供下沿触发脉冲。逻辑探头Output可显示单稳电路的输出状态，稳态时Out=0，暂稳态时Out=1。暂稳态的维持时间t w由RC电路的时间常数来决定，其计算公式为

t w≈1.1RC

图5-2 555单稳电路的时间波形

图5-2为测试555单稳态触发器时间波形的电路。信号发生器将一系列短周期方波脉冲加到单稳电路的下沿触发输入端TRI，示波器将显示触发输入端TRI和输出端Out 的波形。

图5-3是一个用555定时器连成的多谐振荡器电路。电路的振荡频率用输出矩形波的占空比由外接元件R A、R B和C1决定。C2为控制输入端CON的旁路电容，对振荡频率没有什么影响，在有些情况下可以去掉。振荡频率f由输出脉冲的周期求出，即

占空比q为用百分数表示的多谐振荡器输出高电平的时间t2与周期T之比，即

对于图5-3所示的多谐振荡电路，在一周内输出低电平的时间t1、输出高电平的时间t2、振荡周期T、振荡频率吸占空比q的近似值可由下列公式求出

图 5--3 555多谐振荡器

四、实验步骤

1．在EWB平台上建立如图5--1所示的实验电路，这是一个验证单稳态触发器逻辑功能的虚拟实验电路。逻辑探头Output检测单稳电路输出Out的高低电平。逻辑开关CLOCK为单稳电路触发输入端TRI提供下沿触发信号，开始时这个逻辑开关应该接高电平。单击仿真开关进行动态分析，同时按计算机键盘上的空格键Space两次，给单稳电路触发端加上一个下沿触发脉冲，测量并记录单稳电路输出高电平(Out=1，逻辑探头Output发红光)的持续时间tw，

tw=12.00s

2．根据电阻值R和电容值C，计算555单稳电路输出高电平的持续时间t w。

tw=1.1RC=0.011ms

3．单击开关停止仿真。将电阻值改为200kΩ，这时逻辑开关CLOCk应当接高电平。单击仿真开关进行动态分析，同时连续按键盘上的空格键两次，给单稳电路的触发端加上一个下沿触发信号，测量并记录单稳电路输出高电平的持续时间tw，

tw=15.00s

4．单击开关停止仿真。在EWB平台上建立如图5--2所示的实验电路，这是一个用信号发生器和示波器测量555单稳触发器时间波形的电路。信号发生器和示波器按图设置。

5．单击仿真开关进行动态分析。信号发生器在单稳电路的下沿触发端TRI加上一系列持续时间很短的方波信号，示波器则显示输入及输出信号的波形。

6．单击开关停止仿真。在EWB平台上建立如图5-3所示的实验多谐振荡器电路，示波器按图设置。

7．测量并记录输出低电平的时间t1、输出高电平的时间t2及振荡周期T。

t1=0.0000s，t2=2.8748ms，T=2.8748ms

8．测量并记录触发电压的最大值VH及最小值VL。

VH=5.0000v，VL=-3.0772v

9．根据步骤7测出的振荡周期T，计算脉冲频率f，单位为Hz。

f=1/T=1/2.8748ms=347850Hz

10．根据步骤7测出的t1、t2及T，计算占空比q。

q= t2/T*100%=1

11．根据图5-3所示的电路中的电阻值RA、RB及电容值C1，计算t1、t2及T。

t1=0.7 RB*C1=0.504ms，t2=0.7（ RA+RB）C1=0.511ms

T=0.7（ RA+2RB）C1=1.015ms

12．单击开关停止仿真。将电阻值RA和RB改为48kΩ。单击仿真开关进行动态分析。等振荡稳定后按计算机键盘上的F9键暂停仿真。

13．测量并记录输出低电平的时间t1、输出高电平的时间t2及周期T。

t1=0.0000s，t2=8.6354ms，T=8.6354ms

14．根据步骤13测出的周期T，计算频率f。

f=1/T=1/8.6354ms=1.158Hz

15．根据步骤13测出的t1、t2和T，计算占空比q。

q= t2/T*100%=1

16．根据新的电阻值RA、RB及新的电容值C1，计算t1、t2和T。

t1=0.7 RB*C1=0.336ms，t2=0.7（ RA+RB）C1=0.672ms

T=0.7（ RA+2RB）C1=0.996ms

17．单击开关停止仿真。将电容值C1改为0．02μF。单击仿真开关进行动态分析。等振荡稳定后，按计算机键盘上的F9键暂停仿真。

18．测量并记录输出低电平的时间t1，输出高电子的时间t2和周期T。

t1=0.0000s，t2=2.8748ms，T=2.8748ms

19．根据测出的t1、t2和T，计算占空比q。

q= t2/T*100%=1

20．根据新测出的周期T，计算频率f。

f=1/T=1/2.8748ms=347.85Hz

五、思考与分析

1．说明555时基电路各个引脚的功能。

CO为控制端；OUT为输出端；R D为直接置0端；V DD接电源；TH为阈值输入端；TR 为触发输入端；DIS输出脉冲端；GND为接地端。

2．步骤1单稳电路输出脉冲宽度t w的测量值与步骤2的计算值比较，情况如何?

不同

3．图5-2所示的单稳电路是由输入脉冲信号的上沿触发还是下沿触发?

下沿触发

4．改变输入脉冲信号的频率，图5-2所示的单稳电路输出脉冲宽度会改变吗?