555定时器组成的振荡器 全面

555定时器组成的振荡器晶体振荡器的作用是产生时间标准信号。

数字钟的精度，主要取决于时间标准信号的频率及其稳定度。

因此，一般采用石英晶体振荡器经过分频后获得时间标准信号。

也可采用由门电路或555定时器构成的多谐振荡器作为时间标准信号源。

555定时器可以实现模拟和数字两项功能。

1．可产生精确的时间延迟和振荡，内部有3个5kΩ的电阻分压器，故称555。

2．电源电压电流范围宽，双极型：5～16V ；CMOS ：3～18V 。

3．可以提供与TTL 及CMOS 数字电路兼容的接口电平。

4．可输出一定的功率，可驱动微电机、指示灯、扬声器等。

5．应用：脉冲波形的产生与变换、仪器与仪表、测量与控制、家用电气与电子玩具等领域。

6．TTL 单定时器型号的最后3位数字为555，双定时器的为556；CMOS 单定时器的最后4位数为7555，双定时器的为7556。

它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。

555定时器的集成电路外形、引脚、内部结构如图4-1-1所示。

(a) 外引线排列图 (b) 内部结构图GND ：接地端TR ：低触发端 OUT ：输出端 R ：复位端CO ：控制电压端 TH ：高触发端 D ：放电端 V CC ：电源端图4-1-1 555定时器外引线排列及内部结构图1kHz 秒脉冲多谐振荡器555定时器构成的多谐振荡器如图4-1-3所示。

图4-1-3 555定时器构成的1kHz 秒脉冲多谐振荡器原理图该振荡器的工作原理是：接通V CC 后，V CC 经R 44和R 45对C 1充电。

当u c 上升到CC V 32时，u o =0，T 导通，C 1通过R 45和T 放电，u c 下降。

当u c 下降到CC V 31时，u o 又由0变为1，T 截止，V CC 又经R 44和R 45对C 1充电。

如此重复上述过程，在输出端u o 产生了连续的矩形脉冲。

振荡频率和占空比的估算：1．电容C 充电时间：145441)(7.0C R R t P += 2．电容C 放电时间：14527.0C R t P = 3．电路谐振频率f 的估算：振荡周期为：14544)2(7.0C R R T += 振荡频率为：1454414544)2(43.1)2(7.011C R R C R R T f +≈+==4．占空比D ：45444544145441454412)2(7.0)(7.0R R R R C R R C R R T t D p ++=++==图4-1-6为555定时器构成叮咚门铃原理图。

可以看出该电路就是前面555震荡电路的应用，就是有555震荡电路改进得来的。

按钮S 、R 4、C 1构成冲放电路。

4脚的电压是冲放电路中C 1的电压。

图4-1-6 叮咚门铃原理图根据图4-1-6画出图4-1-7所示555定时器构成的叮咚门铃接线图，并细心装配。

完成后，必须再仔细检查焊点和连线是否符合要求，元器件到位是否准确，电解电容器的极性是否与图纸一致，经检查无误后，将集成电路的④脚与电源直接相连，可听出扬声器中发出 的声音。

按下S ，并调整R 2、R 3和C 2的数值可改变声音的频率，可以听出C 2越小频率声音的频率越 。

断开S ，调整电阻R 1的阻值，此时扬声器中发出 的声音。

图4-1-7叮咚门铃接线图表4-1-2叮咚门铃电路制作元件清单通过前面的做一做，我们知道图4-1-6所示电路能发出“叮咚”的声音。

该电路实际上是用NE555集成电路接成的多谐振荡器。

当按下S，电源经V D2对C1充电，当集成电路4脚（复位端）电压大于1V时，电路振荡，扬声器中发出“叮”声。

松开按钮S，C1电容储存的电能经R4电阻放电，但集成电路④脚继续维持高电平而保持振荡，但这时因R1电阻也接入振荡电路，振荡频率变低，使扬声器发出“咚”声。

当C1电容器上的电能释放一定时间后，集成电路4脚电压低于IV，此时电路将停止振荡。

再按一次按钮，电路将重复上述过程。

一、单稳态触发器1．单稳态触发器的特点单稳态触发器具有下列特点：第一，它有一个稳定状态和一个暂稳状态；第二，在外来触发脉冲作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳状态；第三，暂稳状态维持一段时间后，将自动返回到稳定状态，而暂稳状态时间的长短，与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。

2．555定时器构成的单稳态触发器的电路组成及其工作原理 单稳态触发器的组成如图4-1-8所示。

接通V CC 后瞬间，V CC 通过R 对C 充电，当u c 上升到CC V 32时，比较器C 1输出为0，将触发器置0，u o ＝0。

这时Q=1，放电管T 导通，C 通过T 放电，电路进入稳态。

u i 到来时，因为CC i V u 31<，使C 2＝0，触发器置1，u o 又由0变为1，电路进入暂稳态。

由于此时Q=0，放电管T 截止，V CC 经R 对C 充电。

虽然此时触发脉冲已消失，比较器C 2的输出变为1，但充电继续进行，直到u c 上升到CC V 32时，比较器C 1输出为0，将触发器置0，电路输出u o ＝0，T 导通，C 放电，电路恢复到稳定状态。

3．主要参数的估算(1) 输出脉冲宽度：t P =1.1RC (2) 恢复时间：t re =3~5R CES ·C (3) 最高工作频率：rep t t f +=1max二、施密特触发器1．555定时器组成的施密特触发器的电路如图4-1-9(a)所示。

只要将555定时器的2号脚和6号脚接在一起，就可以构成施密特触发器。

我们简记为“二六一搭”。

2．施密特触发器的工作原理(1) 当u i ＝0时，由于比较器C 1=1、C 2=0，触发器置1，即Q ＝1、0=Q ，u o1＝u o ＝1。

u i 升高时，在未到达CC V 32以前，u o1＝u o ＝1的状态不会改变。

(2) u i 升高到CC V 32时，比较器C 1输出为0、C 2输出为1，触发器置0，即Q ＝0、1=Q ，u o1=u o =0。

此后，u i 上升到V CC ，然后再降低，但在未到达V CC /3以前，u o1＝u o ＝0的状态不会改变。

(3) u i 下降到CC V 32时，比较器C 1输出为1、C 2输出为0，触发器置1，即Q ＝1、0=Q ，u3．滞回特性及主要参数(1) 滞回特性图4-1-10所示是施密特触发器的电压传输特性即输出电压u o与输入电压u i的关系曲线。

当CCiVv31<时，OHoVv=；当CCiCCVvV3231<<时，ov保持原状态不变；当CCiVv32>时，OLoVv=。

图4-1-10施密特触发器滞回特性曲线(2) 主要参数正向阈值电压（或叫上触发电平）+TV是指u i上升过程中，使施密特触发器状态翻转，输出电压u o由高电平跳变到低电平时，所对应的输入电压值叫做正向阈值电压，并用+TV表示，在图2-1-10中CCTVV32=+。

负向阈值电压（或叫下触发电平）-TV是指u i下降过程中，使施密特触发器状态翻转，输出电压u o由低电平跳变高电平到时，所对应的输入电压u i值叫做负向阈值电压，并用-TV表示，在图2-1-10中CCTVV31=-。

回差电压TV∆又叫滞回电压是正向阈值电压+TV与负向阈值电压-TV之差，即-+-=∆T T T V V V 。

在图2-2-6中CC CC CC T T T V V V V V V 313132=-=-=∆-+ 。

4．施密特触发器的应用施密特触发器主要应用于波形的变换与整形，以及构成多谐振荡器等方面，其输入、输出波形如图2-1-11所示。

CMOSMOC 等正弦波 振荡器11输入输出U T+ U T －(a) 慢输入波形的TTL 系统接口 (b) 整形电路的输入、输出波形输入输出U T+U T －coMOC等 1CRu cu'ou o(c) 幅度鉴别的输入、输出波形 (d) 多谐振荡器图4-1-11 施密特触发器的应用举例三、其他振荡电路1．用CMOS 门电路构成振荡器如图4-1-12所示。

(a) (b) (c)图4-1-12 CMOS 门电路构成的振荡器在图4-1-12 (a)中，若取门坎电平V th =V DD /2,则周期T=t 1+t 2=RC ln4 =1.4RC,输出对称方波。

图4-1-12 (b)中增加了补偿电阻Rs ，从而减少了电源变化对振荡频率的影响，一般取R S 为10R ，则震荡周期T=（1.4～2.2）RC 。

由CMOS 门电路构成的振荡器适用于低频段工作。

2．用TTL 门电路构成振荡器如图4-1-13所示。

(a) (b) (c)图4-1-13 TTL 门电路构成的振荡器由TTL门构成的振荡器的工作频率可比CMOS提高一个数量级。

在图4-1-9 (a)中，R1、R2一般为1kΩ左右，C l、C2取100pF至100μF，输出频率为几赫至几十兆赫。

图4-1-9(b)中增加了调频电位器，R l、R2取值为300～800Ω，Rs取0～600Ω。

若取C1、C2为0.22μF，R1、R2为300Ω，则输出为几千赫至几十千赫，用R3进行调节。

由TTL门构成的振荡器适合于在几兆赫到几十兆赫的中频段工作。

由于TTL门功耗大于CMOS门，并且最低频率因受输入阻抗的影响，很难做到几赫，一般不适合低频段工作。

3．由石英晶体振荡器构成的秒脉冲电路如图4-1-14所示。

图4-1-14晶体振荡器构成的秒脉冲电路如图4-1-14所示。

电路由14级二进制串行计数器CC4060和晶体、电阻及电容构成。

CC4060内部所含的门电路和外接元件构成振荡频率为32768Hz的振荡器。

经计数器作14级分频后在Q A端得到频率为2Hz（周期为0.5s）的脉冲。

1．在图4-1-6所示多谐振荡器中，试说明欲降低电路振荡频率有哪些方法。

2．试用图4-1-14制作秒脉冲电路。