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555定时器的应用

3.9555器件的应用

一.实验目的

1.掌握555时基电路的工作原理及其功能分析。

2.掌握单稳态触发器,多谐振荡器,施密特触发器的设计方法。

及外围定时电阻,定时电容的选用方法。

3.熟悉555定时器电路的典型应用。

二.实验原理

(一)、555定时器的基本电路结构及其工作原理。

555定时器电路是一个中规模的集成电路,可以由TTL电路或CMOS电路构成。

它是一种能产生时间延迟和多种脉冲信号的控制电路。

只要在外部配上几个适当的电阻元件,就可以构成单稳态触发器。

多谐振荡器以及施密特触发器等脉冲产生与整形电路,在工业自动控制,定时,仿声和防盗报警等方面有广泛的应用。

555定时电路结构如图3-9-1所示。

 

定时器电路包含两个比较器,由差分放大器和恒流源组成。

两个比较器结构完全相同。

CA1比较器和CA2比较器两个高精度比较器,R-S双稳态触发器,放电三极管和功率输出级构成。

当控制端5脚无外加控制电压及直流电路时,CA1的反相输入端的基准电压

=2Vcc/3,同相输入端6脚为阈值电压输入端,用于监测外接定时电路的电容

上的电压;CA2的同相输入端的基准电压

=Vcc/3,反相输入端2脚为触发电压输入端,两电压比较器的输出控制R-S双稳态触发点工作状态。

4脚为复位端,当其为低电平时,电路优先复位。

3脚输出为低电平。

控制电压端5是比较器CA1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CA1,CA2的参考电压。

不用时可将它与地之间接一个0.01μF电容,以防止干扰电压引入。

555的电源电压范围上+4.5~18V,输出电流可达100~200mA,能直接驱动α型电机,继电器和低阻抗扬声器。

其外引线排列图为双列直插式,如图3-9-2

(二)、555定时器的应用

1.单稳态电路如图3-9-3所示。

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2Vcc/3时,RS触发器置0,即输出Uo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Ui

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,t=tω时,电容上的充电时间为:

3-9-1

所以输出电压的脉宽

3-9-2

一般取R=1kΩ~10MΩC>1000pF

值得注意的是:

Ui的重复周期必须大于tω,才能保证每一个正倒置脉冲起作用。

单稳态的暂态时间与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。

555组成的单稳态触发器的应用十分广泛,以下为几种典型的应用实例:

触摸开关电路

555组成的单稳态触发器可以用作触摸开关,电路如图3-9-4所示,其中M为触摸金属片(或导线)。

静态时无触发脉冲输入,555的输出为低电平即Uo=0,发光二极管VD不亮;当用手触摸金属片M时,相当于2端输入一负脉冲,555的内部比较器CA2翻转,使输出变为高电平即Uo=1,发光二极管亮,直到电容C上的电压充到Uc=2Vcc/3,由式(3-9-2)可得发光二极管亮的时间为t

=1.1RC=1.1s

该触摸开关电路可以用触摸报警,触摸报时,触摸控制等方面。

电路输出信号的高低电平与数字逻辑电平兼容。

图中C1为高频滤波电容,以保持

的基准电压稳定,一般取0.01

F。

C2用来滤除电源电流跳变引入的高频干扰,一般取0.01~0.1

F。

(2)脉冲宽度检测器

图3-9-5为脉冲宽度检测器电路可用来检测输入脉冲的宽度t1。

其中555与R2C2组成基本的单稳态触发器,三极管VT1,VT2工作在开关状态。

电路工作原理是:

输入脉冲A未来到时,VT1截止,555的输出C为低电平,VT2亦截止,,因此电路的输出端D为低电平。

输入脉冲A的正跳变来到,VT1导通,B点变为低电平,C变为高电平,VT2导通,输出D仍为低电平,低电平的持续时间由单稳态触发器的延迟时间t2决定,t2=1.1R2C2,如果被测脉冲的宽度t1大于t2,当C变为低电平时,VT2截止,由于A仍为高电平,所以D变为高电平,D的高电平持续时间t3由t1决定,即A变为低电平时,D也变为低电平,由图(b)可知输入脉冲的宽度t1可表示为:

t1=t2+t3=1.1R2C2+t3

上式表明,只有当触发脉冲的宽度t1大于延迟时间t2时,电路的输出脉冲D才有可能产生。

2.多谐振荡器及其应用

(1)如图3-9-6所示为占空比可调的多谐振荡器构成的方波发生电路。

由于接入了隔离二极管,使电路中定时电容CT充放电路分开。

电源接通VCC时,uCT=0,定时电路处于置位状态,uo=“1”,放电管T截止,由+VCC经R1、D1对CT充电,uCT上升,当uC1=uth1=2VCC/3时,定时电路转为复位状态,uo=“0”,放电管T导通,CT经D2、R2及放电管T放电,uCT下降,至uCT=uth2=VCC/3时,定时电路又转到置位状态,uo=“1”,T截止,CT又开始被冲放电,循环而形成振荡。

振荡稳定后,uo=“1”=VCC时,CT从uth2=VCC/3充电到uth1=2VCC/3,充电时间常数

=R1CT,设t1为充电时间。

Uo=“0”=0V时,CT从uth1=2VCC/3放电到uth2=VCC/3,放电时间常数

=R2CT,设t2为放电时间。

由充电方程式:

3-9-3

可得:

3-9-4

同理:

3-9-4

振荡周期和频率分别为:

3-9-5

3-9-6

电路输出方波信号的占空比系数q为:

3-9-7

调节电路中的电位器可得占空系数调节范围为8.3%~91.3%

(2)可编程谐振荡器

如图3-9-7所示,当开关接通时,其两端电阻应尽可能的小,RON=240~1050Ω,断开时,两端电阻尽可能大,Roff>几百千欧。

电子开关功耗低,速度高,电源电压范围±15V,否则会使RON增加,Roff减小,容易损坏开关。

上图中利用模拟电子开关4016,选用1.5MΩ定时电阻

,当控制输入端为高电平时,S1导通,输出100Hz的负脉冲,当控制输入端为低电平时,S2导通,选择1.2MΩ的定时电阻

输出120Hz的脉冲。

由上面A中的555充放电方程式可得:

S1导通时:

;

其中,

、t1代表充电,

代表放电,

∴振荡频率和周期为:

T1=t1+

=

3-9-8

3-9-9

同理可得S2导通时的周期和频率为:

T2=

3-9-10

如果选通开关用4选1,8选1,就可输出更多的频率。

 

(3)模拟声响电路

图3-9-8所示是用两个多谐振荡器构成的模拟声响电路。

这种模拟声响发生器是由两个多谐振荡器组成。

振荡频率较低,另一个振荡频率受其控制。

例如可调节定时元件RA1,RB1,C1使振荡器

之f=1Hz,调节RA2,RB2,C2,使振荡器

之f=1kHz,那么扬声器就会发出呜呜……呜的声音。

三.实验任务

基本题

1.设计制作一占空系数可调的多谐振荡器,f=1kHz,q=10%~80%.

2.用两片555构成模拟声响电路。

要求能按一定规律发出两种不同的声音。

调整合适的电路参数,使声音达到满意的效果。

3.设计制作一个触摸开关。

4.设计制作一报警电路。

提高题

题目:

设计带有“雨滴声”的定时催眠器。

技术要求:

定时器的Tp=5分钟±10%

振荡器的占空比q=T1/(T1+T2)≈53%,f=1HZ±10%;

振荡器输出到扬声器和两个发光二极管,发声发光。

四.实验报告要求

1.整理实验数据,画出振荡波形,并标出周期脉宽和幅值。

2.根据实验任务2,记录下你所满意的模拟声响电路的最后调试参数,并说明此电路可用在哪些地方。

五.思考题

1.若要求设计一个过压报警器,工作电压>=10V,喇叭发出报警声,同时发光二极管闪烁,闪烁频率为2Hz.

2.改变电容C的大小能改变振荡器输出电压的周期和占空系数吗?

六.提示

1.单稳态电路的输入信号选择要特别注意,Ui的周期T必须大雨Uo上午脉宽tω,并且低电平的宽度要小于Uo的脉宽tω。

2.所有需绘制的波形图均要按时间坐标对应描绘,示波器要正确选择AC、DC方式,并在图中标出周期,脉宽及幅值等。

七.实验仪器与器件

仪器:

双踪示波器一台

函数信号源一台

三用表一块

稳压电源一台

器件:

555集成定时器2片

喇叭一只

电阻、电容、电位器若干

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