555定时器构成的多谐振荡器.docx

555 定时器构成的多谐振荡器制作人：张展培 Ap0305136冼志敏 Ap0305129黄云 Ap0305114555 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87L)- J—f f r ——」?J■1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2等值电阻串联而成分压器为比较器A、A提供参考电压，比较器A的参考电压为-V ， 1 2 1 3 cc加在同相输入端，比较器A-的参考电压为3Vcc，加在反相输入端比较器由两个结构相同 的集成运放A、A组成高电平触发信号加在A的反相输入端，与同相输入端的参考电压1 - 1比较后，其结果作为基本R--S触发器RD端的输入信号；低电平触发信号加在A的同相输 D-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、A的输出端控制 1-2、 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R2和电容C为外接元件其工 作波如图(D)所示IRT■+C：10—总■[设电容的初始电压U =0, t=o时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触c发端v =V =0〈丄V ，比较器A］输出为高电平，A输出为低电平，即R D 1 , TH TL 3 CC 1 2 DSD 0 (1表示高电位，o表示低电位)，R S触发器置1,定时器输出U 1此时Q 0，D0定时器内部放电三极管截止，电源V经R，R向电容C充电，u逐渐升高当u上升到cc 1 2 c c匕 时，A输出由0翻转为1,这时R D S_ 1, R S触发顺保持状态不变所以0〈t〈t3 cc 2 D D 1期间，定时器输出 u 为高电平102 _ _t t时刻，u上升到一V，比较器A的输出由1变为0,这时RD 0,S_ 1, R S1 c 3 cc 1 D D触发器复0，定时器输出 u 0 0t t t期间，Q 1,放电三极管T导通，电容C通过R放电u按指数规律下降,1 2 2 c2 _ _当u -V时比较器A输出由0变为1,R-S触发器的RD S_ 1,Q的状态不变， c 3 cc 1 D Du 的状态仍为低电平。

t t时刻，u下降到&V，比较器A输出由1变为0, R-—S触发器的RD 1,2 c 3 cc 2 DS 0，触发器处于1，定时器输出U 1此时电源再次向电容c放电，重复上述过程 D0通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出 u 1 ，电容放电时， u 0，电容不 00 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TT T 为电容充电时间，21T 为电容放电时间2充电时间 T1(R R )c ln 2120.7(R R )c12放电时间 T2R c ln 220.7 R c2矩形波的振荡周期T T T12ln2(R 2 R )c120.7(R 2 R )c12因此改变 R 、R 和电容 c 的值，便可改变矩形波的周期和频率12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t ） w/（周期T），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 wR R 1 2-R 2 R12TT比q r 1 - T T T12二、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 的电位器、0.15uF的电容、400K 电阻、双踪示波器、 多用途稳压电源、万用表3、 实验步骤测量 555定时器的特性⑴按右（G ）图连接好电路, 把电源电压调到最小以免 烧坏会集成块（2） 打开各电源调节按钮使+3V电源血正极VCC=3V（3） 调节电源1 使 UTH大于或,Vth 电源COTH等于2V，此时调节电源2使 U TL 由大到小或由小到 大，并观察万用表电压档 的电压，当电压发生突然 变化时，记录 UTL 值及 U0 相应值（4） 同（3）测量 U TH 小于 2V 时相应的Utl、U值（5） 调节电源 2 使大于 1V 或电源负极2 TL71 GND心Rd Q存 % Q-OU - 电压表OUT」^^^^1 ^^^^1 ^^^^1 G ^^^^1 ^^^^1 ^^^^1小于IV，同时改变Uth值，观察U0的变化，记录相应数据 （注：Uth、Utl电压不能调得过大应不大于4V，以免烧坏集成块） 测量多谐振荡器输出波形特性1） 按（右）图连接好电路，其中 400K 为负载电 阻。

2） 把电源电压调到 4.5V， 调节 2 个 5K 电位器 的电阻，改变输出波形参数，并判断 R 、R 阻12 值与波形的关系3） 记录下一组波形参数（ t、 t、T、f、U 、1 2 0U ），同时绘制所观察 c到的波形，最后关掉电 源，用万用表电阻挡测量此时 R 、 R 值124、 数据处理1）555定时器的特性（数据如下表 1） 由实验的数据，可得到定时器3脚输出的电压受 2、6脚电压的制约，当2、6脚电压 VTL、VTH 满足一定条件时 3 脚输出高电平，满足其他条件时，输出低电平，即表（2） 中VTL、V 与Uu (V)THu (V)TLu (V)0>2V大小0.985由0.040V突变为1.20V小大0.980由0.35V突变为0.043V<2V大小0.975由0.35V突变为1.24V小大1.000由1.26V突变为0.041VU低电位0U 在0.5V到4V之间改变TH>1V保持原来的0.035V左右U高电位0U 在0.5V到4V之间改变TH保持原来的1.41V左右U低电位0U 在0.5V到4V之间改变TH〈IV保持原来的0.041V左右U高电位0U 在0.5V到4V之间改变TH保持原来的1.26V左右表1)UTHUTLU0>2V3 cc>3 cc低电位>2V3 cc<3 cc高电位<2V3 cc>3 cc保持原状态不变<2V3 cc>3 cc保持原状态不变表2)2)555定时器构成的多谐振荡器实验中得出某一组波形的数据如下：T = t =370.5uS11T2= t2 =249.0 uST=T 1+T 2=619.5uSf= 1.605K HZU0=2.44VU=2VcR1= 1.25KU ! =0.1V0U !=1VcR 2=2.36 KR—rR1=0.6由上原理中的周期公式计算理论周期和频率：已知：C=0.15uF R]=1.25k R2=2.36kT 0.7(R R )C =379.1uS1 1 2T 0.7R C =247.8u S 22T T T =626.9u S 12f 丄=1.595KH0 T Z 得出实验频率的相对误差| f f |E 丄 100%=0.6%rf0实验得出的波形如右图(F):输出矩形波的占空比R 2-2R25．实验分析1) 多谐振荡器巧妙地运用了电容的冲放电及与非门的通断条件把直流电转换成脉冲信号， 此脉冲信号经放大，再经变压器变压可实现直流电转换成交流电。

2) 根据555定时器的功能特性，利用电容的充电需要一定的时间，经元件组合，可成为一个定时智能电路，以及其它智能开关报警器等。