实验八 555集成定时器及其应用

实验八 555集成定时器及其应用

一、 实验目的

1．熟悉 555 集成定时器的组成及工作原理。

2．掌握用定时器构成单稳态电路、多谐振荡电路和施密特触发电路。 3．了解 555 定时器的应用：构成变音信号发生器。

4．学习用示波器对波形进行定量分析，测量波形的周期、脉宽和幅值等。 二、实验原理及参考电路 1．555定时器的工作原理。

555定时器是一种数字与模拟混合型的中规模集成电路，应用广泛。外加电阻、电容等元件可以构成多谐振荡器，单稳电路，施密特触发器等。

555定时器原理图及引线排列如图8.1、图8.2所示，其功能见表8.1。定时器内部由比较器、分压电路、RS触发器及放电三极管等组成。分压电路由三个5K的电阻构成，分别给A1和A2提供参考电平2/3Vcc和1/3Vcc。A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚输入大于2/3Vcc时，触发器复位，3脚输出为低电平，放电管T导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3Vcc时，触发器置位，3脚输出高电平，放电管截止。

4脚是复位端，当4脚接入低电平时，则Vo=0；正常工作时4接为高电平。

5脚为控制端，平时输入2/3Vcc作为比较器的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制。如果不在5脚外加电压通常接0.01μF电容到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳定。

图8.1 555定时器内部框图 图8.2 555定时器引脚排列

表8.1 555定时器的功能表

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2．典型应用

（1）构成单稳态触发器

电路如图8.3所示，接通电源→电容C充电（至2/3Vcc）→RS触发器置0→Vo=0，T导通，C放电，此时电路处于稳定状态。当2加入VI<1/3Vcc时，RS触发器置1，输出Vo=1，使T 截止。电容C开始充电，按指数规律上升，当电容C充电到2/3Vcc时，A1翻转，使输出Vo=0。此时T又重新导通，C很快放电，暂稳态结束，恢复稳态，为下一个触发脉冲的到来作好准备。其中输出Vo脉冲的持续时间tw=1.1RC,一般取R=1kΩ--10MΩ，C>1000PF,只要满足VI的重复周期大于tp0 ,电路即可工作，实现较精确的定时。

图8.3 单稳态触发器 图8.4 多谐振荡器

(2) 多谐振荡器

电路如图8.4所示，电路无稳态，仅存在两个暂稳态，亦不需外加触发信号，即可产生振荡（振荡过程自行分析）。电容 C在1/3Vcc--2/3Vcc之间充电和放电，输出信号的振荡参数为：

周期 T=0.7 C(R1+2R2) 频率 f=1/T=1.44/(R1+2R2)C, 占空比 D=( R1+R2 )/( R1+2R2)。

555电路要求R1与R2 均应大于或等于1kΩ ，使R1+R2 应小于或等于3.3MΩ。 (3)密特触发器

电路如图8.5所示。Vs为正弦波，经D半波整流到555定时器的2脚和6脚，当Vi上升到2/3Vcc时，Vo从1→0;Vi下降到1/3Vcc时，V又从0→1 。电路的电压传输特性如图8.6所示。

回差电压：ΔV=1/3Vcc.

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图8.5 施密特触发器 图8.6 电压传输特性

三、实验仪器设备

1. TDS-1 数字电路实验系统 1台

2. 双踪示波器 1台； 函数信号发生器 1台；直流稳压电源 1台； 数字万用表 1块 。

3.集成定时器NE555 2片；电阻 100kΩ、10kΩ各2只；51kΩ、5.1kΩ、4.7kΩ各1只；电容 30μF、10μF、0.1μF、2200pF各1只；电位器 100kΩ1只；喇叭8Ω一只。 四、实验内容

1．用 555 定时器构成单稳态电路。按图8.3接线。当R1入信号vI的频率和脉宽，，以保证T5.1k，C0.1F时，合理选择输

tP0，使每一个正倒置脉冲起作用。加输入信号后，用示波器观察

vI、vC以及vO的电压波形，比较它们的时序关系，绘出波形。

2．按图8.4所示电路组装占空系数可调的多谐振荡器。取R110k，R2100k（电位器），

C10F，调节电位器RP（R2），在示波器上观察输出波形占空系数的变化情况。并观察占空系数

为1：2 、3：4时的输出波形。

3．在图 8.4中，若固定R15.1k，R24.7k，C0.1F时，用示波器观察并描绘vO和

vC波形的幅值、周期以及tPH和tPL，标出vC各转折点的电平。

4．按图8.5所示电路组装施密特触发器。输入电压为R2用示波器观察并描绘vI100k的正弦波。

和vO波形。注明周期和幅值，并在图上标出上限触发电平，下限触发电平。

5．用两片555定时器构成变音信号发声器，其电路如图8.7所示。它能按一定规律发出两种不同的声音。这种变音信号发生器是由两个多谐振荡器组成。一个振荡频率较低，另一个振荡频率受其控制。适当调整电路参数，可使声音达到满意的效果。

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图8.7 变音信号发生器

五、实验预习要求

1．复习555集成定时器的工作原理。

2．复习单稳触发器，多谐振荡器和施密特触发器的工作原理。 六、实验报告要求

1．整理实验数据，画出实验内容中所要求画的波形，按时间坐标对应标出波形的周期、脉宽和幅值等。 2．根据实验内容5，记录下你满意的变因信号发生器最后调试的电路参数。并说明你的变音发生器可以用于哪个地方。

3．总结555定时器的应用有哪些。 七、实验注意事项

1．单稳态电路的输入信号选择要特别注意。vI的周期T必须大于vO的脉宽tP0，并且低电平的宽度要小于vO的脉宽tP0。

2．所有需绘制的波形图均要按时间坐标对应描绘 , 而且要正确选择示波器的AC、DC输入方式，才能正确描绘出所有波形。在图中标出周期、脉宽以及幅值等。 八、思考题

1．实验内容2中，改变电容C的大小能够改变振荡器输出电压的周期和占空比系数吗？ 2．利用555定时器组成的施密特触发器实现三角波变成方波。 九、实验提示

实验内容2输入脉冲应该是：窄负脉冲；幅度Vpp=4V；频率从100~600Hz之间。

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