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说明:少学时(1模块)学生只需完成设计1的内容;多学时学生需要完成2个设计的内容
555定时器原理与应用设计1
1、概述
555定时器是一种多用途的数字—模拟混合集成电路,利用它能极方便构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便,所以555定时器在波形的产生与交换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了广泛应用。
本次实训要求根据提供的信息设计一个由555定时器构成的多谐振荡器并写出相应的实训报告。多谐振荡器又称为无稳态触发器,它没有稳定的输出状态,只有两个暂稳态。电路处于某一暂稳态后,经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。因此,多谐振荡器可以用作方波发生器。
2、DIP封装555芯片引脚图及功能
555引脚图如图1所示,引脚功能如图2所示。阅读引脚图时首先找准正方向标示符(缺口),保证标示符的方向朝上。然后从左上角的引脚(傍边有一个圆点)开始按照逆时针的顺序依次读出每个引脚的序号。最后对照序号与图2弄清每个引脚的具体功能。
图1 555引脚图
图2 555引脚功能
3、555定时器内部电路结构与工作原理
图3 555定时器内部电路结构
从图3可以看出555定时器主要由以下几个部分组成:
直流偏置电阻。图3左端从上之下有三个完全一样的5kΩ电阻,这三个电阻以串联方式接于电源与地线之间组成分压器,保证VR1=2/,VR2=1/。由于三个电阻的阻值都是5kΩ,这也是555定时器得名的原因。
比较器。C1,C2是两只由运算放大器构成的比较器。C1比较器的同相端输入为VR1(2/),也可以根据应用需要通过5脚外接控制电压,当C1的反向输入端(6脚)的输入电压大于VR1时,输出******@0V;反之则******@VCC。同理可得比较器C2的工作模式。
RS触发器。G1,G2是两个与非门,它们构成了一个基本RS触发器。其中,VC1是复位端(R端),VC2是置位端(S端)。当******@0V时,******@VCC;当******@0V时,******@0V。G3是与非门,其作用是在4脚的复位信号有效时使芯片复位。G4是非门,由于Q的值在输出后被G3进行了一次取反运算,因此将G3的输出结果再进行一次取反运算就保证了Vo与Q的值保持一致。
BJT放电管。放电管TD的基极受G3输出控制。当G3输出为低电平时,TD截止;当G3输出为高电平时,TD进入深度饱和状态。
4、555定时器应用电路——多谐振荡器
用555定时器外接少量的电阻和电容即可构成多谐振荡器。图4是用555定时器构成多谐振荡器的典型电路。
图4 555多谐振荡器
接通电源后,RS触发器初始状态Q=1,因此给BJT基极一个低电平,此时BJT截止。通过R1、R2给电容C充电,VC逐渐由0V以指数函数形式上升。当VC上升到2/时,比较器C1被触发,******@0V,******@0V,此时给BJT基极一个高电平,BJT进入深度饱和,555的1脚和7脚近似短路,电容C通过R2放电,VC迅速以指数函数形式下降。当VC下降到1/时,比较器C2被触发,******@0V,******@1,BJT再次截止。如此不断周而复始,便可以产生方波。这个过程可以用图5来表示。
图5 555多谐振荡器工作波形
在图5中,方波高电平持续时间用tPH表示,低电平时间用t