实验九 555 集成定时器及应用

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、多谐振荡电路及施密特触发电路等。

3. 进一步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。

实验原理：1. 555 集成定时器简介

555 集成定时器是模拟功能和数字逻辑功能相结合的一种双极型中规模集成器件。外加电阻、电容可以组成性能稳定而精确的多谐振荡器、单稳电路、施密特触发器等，应用十分广泛。

555 定时器的内容原理框图和外引线排列图如下图所示：

555 是由上、下两个电压比较器、三个 5KΩ电阻、一个 RS 触发器、一个放电三极管 T 以及功率输出级组成。

比较器 C1 的反相输入端⑤接到由三个 5KΩ电阻组成的分压网络的 2/3Vcc 处，同相输入端⑥为阀值电压输入端。比较器 C2 同相输入端接到分压电阻网络的 1/3Vcc 处，反相输入端②为触发电压输入端 , 用来启动电路。

两个比较器的输出控制 RS 触发器。当比较器 C2② 端的触发输入电压 V2<1/3Vcc 、比较器 C1⑥ 端的阀值输入电压 V6<2/3Vcc 时， C2 输出为１， C1 输出为 ０，即 RS 触发器的 S=1,R=0,故触发器置位， Q=0, 所以放电三极管 T 截止。

而当 V2>1/3Vcc,V6>2/3Vcc 时， S=0,R=1,触发器被复位（置０）， Q=1，放电三极管 T导通。此外， RS触发器还设有复位端 Rd④,当复位端处于低电平时，输出③为低电平。

控制电压端⑤是比较器 C1 的基准电压端，通过外接元件或电压源可改变控制端的电压值，即可改变比较器 C1,C2 的参考电压。不同时可将它与地之间接一个 0.01uF 的电容，可防止干扰电压引入。 555 的电源电压范围是 +4.5 ～ +18V, 输出电流可达 100 ～ 200mA, 能直接驱动小型电机、继电器和低阻抗扬声器。

555 定时器的基本功能如下表所示：

输入 输出

阈值输入⑥

触发输入②

复位④ 输出③ 放电管T⑦

× × 0 0 导通

<2Vcc/3 <Vcc/3 1 1 截止

>2Vcc/3 >Vcc/3 1 0 导通

<2Vcc/3 >Vcc/3 1 不变 不变

555 定时器的应用：单稳态电路；多谐振荡器

单稳态电路 多谐振荡器

⑴ 单稳态电路

当电源接通后， Vcc 通过电阻 R 向电容 C充电，待电容上电压 Vc 上升到 2/3Vcc 时，RS 触发器置０，即输出 V0 为低电平，同时电容 C 通过三极管 T 放电。当触发端②的外接输入信号电压 V1<1/3Vcc 时， RS 触发器置１，即输出 V0 为高电平，同时，三极管 T截止。电源 Vcc 再次通过 R 向 C 充电。

输出电压维持高电平的时间取决于 RC 的充电时间，当 t=tpo 时，电容上的充电电压为：

所以输出电压的脉宽：

一般 R 取 1kΩ ～ 10MΩ,C>1000pF 。

值得注意的是：

V1 的重复周期必须大于 tpo, 才能保证每一个正倒置脉冲起作用。由上式可知，单稳态电路的暂态时间与 Vcc无关。因此用 555定时器组成的单稳电路可以作为较精确定时器。

多谐振荡器　

电源接通后， Vcc 通过电阻 R1 、 R2 向电容C 充电。电容上的电压按指数规律上升，当 Vc 上升至 2/3Vcc 时，因 Vc 与阀值输入端⑥相连，有 Vc=V6, 使比较器 C1 输出翻转，输出电压 V0=0 ，同时，放电管 T 导通，电容 C 通过 R2 放电；当电容上电压 Vc 下降至 1/3Vcc时，比较器 C2 工作，输出电压 V0 变为高电平C 放电终止， Vcc 通过电阻 R1 、 R2又开始充电；周而复始，形成振荡。

实验元、器件

集成定时器 NE555 2片

电阻 100k 、 10k各 2只， 51k 、 5.1 、 4.7k 各 1只， 33k 1只

电容 100µ、 47μ、 30μ、 10μ、 0.1μ、0.02μ各 1只

电位器 100k 1只

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系数吗？试说明要想改变占空系数，必须改变哪些电路参数。

2. 试设计一个过压报警器，用声（喇叭）和光（发光二极管）同时报警。当工作电压超过 +10V( 包括 10V)时，喇叭发出报警声，同时发光二极管闪烁，闪烁频率为 2Hz。

3. 实验内容 6 中，若将前级的输出信号加到后一级的放电端⑦，声音将会如何变化？