555多谐振荡器.docx

-精选文档 -555 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。AA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 5 K的等值电阻串联而成。 分压器为比较器 A1 、 A2 提供参考电压， 比较器 A1的参考电压为2Vcc ，加在同相输入端，比较器A2的参考电压为 1Vcc ，加在反相33可编辑-精选文档 -输入端。比较器由两个结构相同的集成运放A1 、A2 组成。高电平触发信号加在A1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本R-S 触发器_A2 的同相输入端，与反相输入端的参考R 端的输入信号；低电平触发信号加在D_电压比较后，其结果作为基本R S 触发器 SD 端的输入信号。基本R-S 触发器的输出状态受比较器A1 、 A2 的输出端控制。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 U c ， t 时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端 VTH VTL < 1 ，比较器 1 输出为高电平， 输出为 3_低电平，即 RD1， S0（1 表示高电位， 0 表示低电位）， RS 触发器置，D_定时器输出 u01 此时 Q0 ，定时器内部放电三极管截止，电源Vcc 经 R1， R2 向1电容充电，uc 逐渐升高。当uc 上升到Vcc 时， A2 输出由翻转为，这时可编辑-精选文档 -_RDSD 1 ，RS 触发顺保持状态不变。 所以 0<t<t1 期间，定时器输出 u0为高电平。t1 时刻，uc 上升到 2 V_t，比较器 A1 的输出由变为，这时 RD0 ，SD1 ，3 ccR S 触发器复，定时器输出 u0 0。_t1tt2 期间， Q1，放电三极管导通，电容通过R2 放电。 uc 按指数2规 律下 降， 当 uc3 Vcc 时 比较 器 A1 输出 由 变 为 ， 触发 器的_RDSD1 ，的状态不变，u0 的状态仍为低电平。tt2 时刻， uc 下降到 1 Vcc ，比较器 A2 输出由1 变为 0 ， R-S触发器的3_RD1 ， SD0 ，触发器处于1，定时器输出 u01。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 u01 ，电容放电时， u00 ，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 TT1T2 。T1 为电容充电时间， T2 为电容放电时间。充电时间T1(R1R2 )C ln 20.7( R1R2 )C放电时间T2R2C ln 20.7 R2C矩形波的振荡周期 TT1T2ln 2( R12R2 )C0.7( R12R2 )C因此改变 R1 、 R2 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=可编辑-精选文档 -（脉宽 tw ）/ （周期 T）， tw 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 qT1T1R1R2 。TT1 T2R12R2二、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(1) 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 VCC=3V(3) 调节电源 1 使 U TH 大于或等于 2V ，此时调节电源 2 使 UTL 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，记录可编辑-精选文档 -UTL 值及 U0 相应值(4) 同（ 3 ）测量 U TH 小于 2V 时相应的 U TL、U0 值(5) 调节电源 2 使大于 1V 或小于 1V ，同时改变 UTH 值，观察 U0 的变化，记录相应数据（注： UTH、U TL 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 R1 、R2 阻值与波形的关系（ 3）记录下一组波形参数（t1 、t2 、T、f 、 U 0 、 U c ），同时绘制所观察到的波形，最后关掉电源，用万用表电阻挡测量此时R1 、 R2 值。4、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、V TH 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 TH 与 U 0 的关系。可编辑-精选文档 -U TH (V)U TL(V)U 0 (V)大小0.985由 0.040V 突变为 1.20V>2V小大0.980由 0.35V突变为 0.043V大小0.975由 0.35V突变为 1.24V<2V小大1.000由 1.26V突变为 0.041VU 0 低电位保持原来的 0.035V 左右U TH 在 0.5V 到 4V 之间改变>1VU 0 高电位保持原来的 1.41V 左右U TH 在 0.5V 到 4V 之间改变U 0 低电位保持原来的 0.041V 左右U TH 在 0.5V 到 4V 之间改变<1VU 0 高电位保持原来的 1.26V 左右U TH 在 0.5V 到 4V 之间改变（表 1 ）U THU TLU 0> 2 Vcc> 1 Vcc低电位33>21Vcc高电位Vcc<33< 2 Vcc> 1 Vcc保持原状态不变33<21Vcc保持原状态不变Vcc>33（表 2 ）可编辑-精选文档 -（ 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：T1 =t1 =370.5uST2 = t2 =249.0 uST=T 1+T 2=619.5 uSf= 1.605KH ZU 0=2.44VU c=2VR1 = 1 .25KU 0! =0.1VU c! =1VR2 =2 .36 K由上原理中的周期公式计算理论周期和频率：已知： C=0.15 U FR1 =1.25 KR2=2.36 KT10.7( R1 R2 )C =379.1 uST20.7R2C =247.8uSTT1T2 =626.9 uSf 01=1.595KH ZT得出实验频率的相对误差：Er| ff0 |100%=0.f 06 %实验得出的波形如右图 (F)：输出矩形波的占空比q R1R2 =0.6R1 2R25 实验分析可编辑-精选文档 -（ 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。可编辑