实验九 555时基电路及其应用

实验九 555时基电路及其应用

一、实验目的

1. 熟悉555集成时基电路的电路结构、工作原理及其特点。

2. 掌握555集成时基电路的典型应用。

二、实验原理

集成定时器是一种模拟、数字混合型的中规模集成电路，在波形产生、整形、变换、定时及控制系统中有着十分广泛的应用。只要外接适当的电阻电容等元件，可方便地构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路,由于内部电压标准使用了三个5k 电阻，故取名555电路。定时器有双极型和CMOS 两大类，其结构和工作原理基本相似。通常双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS 定时器则具有功耗低，输入阻抗高等优点。几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555和556；所有的CMOS 产品型号最后四位数码都是7555和7556，二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。双极型集成时基电路的电源电压为U CC =+5V~+15V ，输出的最大电流可达200mA ；CMOS 型的集成时基电路电源电压为U CC =+3V~+18V 。

555的内部电路框图如图9-1所示，从图中可见，它含有两个高精度电压比较器A 1、A 2，一个基本RS 触发器G 1、G 2及放电晶体管T D 。比较器的参考电压由三只5k Ω的电阻的分压提供，它们分别使比较器A 1的同相输入端和A 2的反相输入端的电位分别为

3

1

U CC 和3

2

U CC ，如果在引脚5外加控制电压，就可以方便的改变两个比较器的比较电平，若控制电压端5不用时需在该端与地之间接入约0.01μF 的电容,以清除外接干扰，保证参考电压稳定值。比较器的状态决定了基本RS 触发器的输出，基本RS 触发器的输出一路作为整个电路的输出，另一路控制晶体管T D 的导通与截止，T D 导通时给接在7脚的电容提供放电通路。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路。 集成定时器的典型应用 1．单稳态触发器

单稳态触发器在外来脉冲作用下，能够输出一定幅度与宽度的脉冲，输出脉冲的宽度就是暂稳态的持续时间t W 。

图9-2为由555定时器和外接定时元件R 、C 构成的单稳态触发器。在输入u i 端未加触发信号时，电路处于初始稳态，单稳态触发器的输出u O 为低电平。当在u i 端加入具有一定幅度的负脉冲时，在T R 端出现一个尖脉冲，使该端电位小于

3

1

U CC ，从而使比较器A 2触发翻转，触发器的输出u O 从低电平跳变为高电平，暂稳态开始。电容C 开始充电，u C 按指数规律增加，当u C 上升到

3

2

U CC 时，比较器A 1翻转，触发器的输出u O 从高

电平返回低电平，暂稳态终止。同时内部电路使电容C 放电，u C 迅速下降到零，电路回到初始稳态，为下一个触发脉冲的到来作好准备。 暂稳态的持续时间t W 取决于R 、C 的大小， 即：t W =1.1RC 。通过改变R 、C 的大小，可使延时时间在几个微秒到几十分钟之间变化。当这种单稳态电路作为计时器使用时，可直接驱动小型继电器，并可以使用复位端（4脚）接地的方法来终止暂态，重新计时。

V CO V O

V i1( V i2(TR V'O (R

图9-1 555的内部电路框图

2．多谐振荡器

和单稳态触发器相比，多谐振荡器没有稳定状态，只存在两个暂稳态，且无须用外来触发信号进行触发，多谐振荡器电路如图9-4所示。利用电源通过R 1、R 2向C 充电，以及C 通过R 2向C 0放电，使电路能自动交替翻转，电容C 在31U CC 和3

2

U CC 之间充电和放电，两个暂稳态轮流出现，输出矩形脉冲。

输出信号的充电（输出为高电平）时间：t W1=0.7（R 1+R 2）C 。 放电（输出为低电平）时间：t W2=0.7 R 2C 。

振荡周期：T=t W1+t W2=（R 1+R 2）C+0.7 R 2C=0.7（R 1+2R 2）C 。 振荡频率：f 0=

T 1

=C )R 2R (7.012

1 。 3．施密特触发器

图9-6为使用555定时器及外接阻容元件构成的施密特触发器电路，若被整形变换的电压u S 为正弦波，其正半周通过二极管D 同时加到555定时器的2脚和6脚，得到的u i 为半波整流波形。当u i 上升到

32U CC 时，u O 从高电平变为低电平；当u i 下降到3

1

U CC 时，u O 又从低电平翻转为高电平。

施密特触发器电路的回差电压为：ΔU=

32U CC -31U CC =3

1

U CC 三、实验仪器及器件

1. DS1052E 型示波器

2. DG1022型双通道函数/任意波形发生器

3. EL -ELL -Ⅳ型数字电路实验系统

4. 集成电路芯片： 555定时器 电阻、电容、二极管若干

四、实验内容及步骤

1.555定时器构成单稳态触发器

（1）选555集成电路芯片，并在备件区中分别找出与图9-2所给电路参数相同的电

阻、电容和二极管（即R=1k Ω，C=0.1μf ），参照555的引脚图，按图9-2连接电路，检查无误后接通电源进行实验。

在电容C 1端加入输入信号V i ，V i 为1kHz 的连续脉冲。用示波器观测输入信号V i 、电容C 端的波形V C 和输出端的波形V O ，将所测波形记录于图9-3中，测量V C 、V O

O

V

CC

V V V

图9-2 单稳态触发器 图9-3 单稳态触发器波形图

的幅度与暂稳态的持续时间t W 标于图中。

2、555定时器构成多谐振荡器

使用555

集成电路芯片，按图9-4连接实验电路，检查无误后接通电源进行实验。

V O

5.1k R 1CC

C 0.01µf

V V 5.1k R 2

图9-4 多谐振荡器 图9-5 多谐振荡器波形图

用示波器观察V C 和V O 的波形，并按时间关系将其绘于图8-5中。测量并记录V C

的上、下限幅值V CH 和V CL ；输出信号的幅值V O 及时间参数：充电时间t W1、放电时间