实验六 555时基电路及应用

实验六 555时基电路及应用

一、实验目的

1、理解555时基电路结构、工作原理及其特点。

2、掌握555时基电路的基本应用。 二、实验原理

集成时基电路又称为集成定时器或555电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分广泛。它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三个5K电阻，故取名555电路。其电路类型有双极型和CMOS型两大类，二者的结构与工作原理类似。几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556；所有的CMOS产品型号最后四位数码都是7555或7556，二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。55和7555是单定时器。556和7556是双定时器。双极型的电源电压适用范围为 VCC＝＋5V～＋15V，输出的最大电流可达200mA，CMOS型的电源电压为+3～+18V。 1、555电路的工作原理

555电路的内部电路方框图如图1所示。它含有两个电压比较器，一个基本 RS触发器，一个放电开关管 T，比较器的参考电压由三只5K Q的电阻器构成的分压器提供。它们分别使高电平比较器A1的同相输入端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为

23Vcc和上

13Vcc。A1与A2的输出

端控制RS触发器状态和放电管T的开关状

态。当输入信号自6脚即高电平触发输入并超过参考电平2/3Vcc时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管T导通：当输入信号自2脚输入并低于1/3Vcc时，触发器置位，555的3脚输出高

电平，同时放电开关管截止。4脚是复位端RD，当RD=0，555的3脚输出低电平。平时RD端开路或接VCC， 5脚Vc是控制电压端，平时输出2/3Vcc作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输人电压，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，在不接外加电压时，通常接一个0.0lµf的电容器接地，起滤波作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳定。 T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻值的放电通路。

555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便地构成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。 2、555定时器的典型应用 （1）构成单稳态触发器

图2（a）为由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。触发电路由C1、R1、D构成，其中D为钳位二极管，稳态时555电路输人端处于电源电平，内部放电开关管T导通， 7脚输出低电平，定时电容C被短路；当有一个外部负脉冲触发信号经C1加到2脚，并使2端电位瞬时低于1/3 VCC，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个暂态过程，3脚输出高电平，同时开关管T截止，使定时电容C开始充电，

1

VC按指数规律增长。当Vc充电到2/3VCC时，高电平比较器动作，比较器A1翻转，3脚输出VO从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳态，为下个触发脉冲的来到作好准备。波形图如图2（b）所示。

暂稳态的持续时间tW（即为延时时间）决定于外接元件R、C值的大小。 tW＝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脚接地的方法来中止暂态，重新计时。此外尚须用一个续流2极管与继电器线圈并连，以防继电器线圈反电势损坏内部功率管。 （2）构成多谐振荡器

如图3（a）, 由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外加触发信号，利用电源通过R2、R2向C充电，以及C通过R2向7脚放电端Ct放电，其波形如图3（b）所示。输出信号的时间参数是T＝tW1十tW2， tW1＝0.7(R1十R2)C， tW2＝0.7R2C，555电路要求R1和R2均应大于或等于1K，但R1十R2应小于或等于3.3MΩ。

外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。因此这种形式的多谐振荡器应用很广。 （3）组成占空比可调的多谐振荡器 电路如图4，它比图3所示电路增加了一个电位器和两个导引二极管。D1、D2用来决定电容充、放电电流流经电阻的途径（充电时D1 导通，D2截止：放电时D2导通，D1截止）。 占空比: P＝tW1 / ( tW1十tW2) 0.7RAC/0.7C(RA+RB) ＝ RA/(RA+RB) 可见，若取RA=RB．；电路即可输出占空比为 50％的方波信

号。

（4）组成占空比连续可调并能调节振荡频率的多谐振荡器

电路如图5所示。对C1充电时，充电电流通过R1、D1、RW2和RW1；放电时通过RW1、RW2、D2、R2，当R1＝R2，RW2调至中心点，因充放电时间基本相等，其占空比约为50％，此时调节RW1仅改变频率，占空比不变。如 RW2调至偏离中心点，再调节RW1，不仅振荡频率改变，而且对占空比也有影响。RW1不变，仅调节RW2，则只改变占空比，对频率无影响。因此，当接通电源后，应首先调节RW1使频率至规定值，再调节RW2，以获得需要的占空比。若频率调节的范围比较大，还可以用波段开关改变C1的值。 （5）组成施密特触发器

施密特触发器具有将正弦波或三角波转换为同频率的方波的功能，且要求输入的信号必须大于某个值才能有输出，因此在自动控制领域有着广泛的应用。

电路如图6，只要将脚2、6连在一起作为信号输人端，即得到施密特触发器。图7给出了Vs、V i、和VO的波形图。

设被整形交换的电压Vs为正弦波，其正半波

2

通过二极管D同时加到555定时器的2脚和6脚，得到V i 为半波整流波形。当V i上升到2/3VCC时,VO从高电平翻转为低电平；当V i下降到1/3VCC时，V O又从低电平翻转为高电平。电路的电压传输特性曲线如图8所示。

回差电压 ΔV=2/3VCC一1/3Vcc=1/3 Vcc

三、实验设备与器件

1、＋5V直流电源， 2、双踪示波器，3、 连续脉冲源 4、单次脉冲源

5、音频信号源， 6、数字频率计， 7、 555集成电路1个； 1N4148二极管2个；电阻：5.1K2个、10K、100K、200K各1个；电容0.01两个、220和10微法各1个。 四、实验内容

1、单稳态触发器

1）按图2连线，取 R＝100K，C＝220µf，输入信号 Vi由单次脉冲源（或2脚对地瞬间短路一下）提供，测定3脚输出电压VO幅度与暂稳态持续时间tW（也称维持高电平时间或延时时间或定时时间）。(参考实验数据：tW=30秒左右)

2）改变R＝200K，重复上述内容。 2、多谐振荡器

1）按图3接线，用双踪示波器观测Vi与VO的波形，用频率计或示波器其测定频率（参考实验数据：7.12KHZ）。

2）选作内容：按图5接线，调节RW2的中心滑动端在中间位不变，调节RW1来观测3脚输出VO的波形和频率的变化，测定频率f的值（参考实验数据：f=55HZ左右）；令RW1不变，只改变RW2的阻值，用示波器观察3脚输出VO的波形占空比和频率的变化（参考实验数据：占空比变化了但频率不变）。 3、施密特触发器

按图6接线，输人信号Vs由音频信号源提供，预先调好Vs的频率为600HZ--1KHZ之间的正弦波，接通电源，逐渐加大Vs的幅度，观测3脚输出电压VO的波形从无到有的过程，测出输入电压Vs与输出电压VO的相互关系特性记入下表中。算出回差电压ΔU 。 正弦波输入电压1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 Vs值（伏）及频率= 输出电压VO值（V） 输出电压波形及频率= （参考实验数据：正弦波输入电压Vs大于等于3伏时3脚才有输出电压，且输出电压VO为与输入正弦波信号频率相同的方波）

五、实验总结

根据实验数据和实验现象，做出全面的分析、总结。

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