說明少學(xué)時(shí)（1模塊）學(xué)生只需完成設(shè)計(jì)1的內(nèi)容；多學(xué)時(shí)學(xué)

1、說明：少學(xué)時(shí)（1模塊）學(xué)生只需完成設(shè)計(jì)1的內(nèi)容；多學(xué)時(shí)學(xué)生需要完成2個(gè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容555定時(shí)器原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)11、概述555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字模擬混合集成電路，利用它能極方便構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活、方便，所以555定時(shí)器在波形的產(chǎn)生與交換、測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了廣泛應(yīng)用。本次實(shí)訓(xùn)要求根據(jù)提供的信息設(shè)計(jì)一個(gè)由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器并寫出相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)報(bào)告。多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時(shí)間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波。因

2、此，多諧振蕩器可以用作方波發(fā)生器。2、DIP封裝555芯片引腳圖及功能555引腳圖如圖1所示，引腳功能如圖2所示。閱讀引腳圖時(shí)首先找準(zhǔn)正方向標(biāo)示符（缺口），保證標(biāo)示符的方向朝上。然后從左上角的引腳（傍邊有一個(gè)圓點(diǎn)）開始按照逆時(shí)針的順序依次讀出每個(gè)引腳的序號(hào)。最后對照序號(hào)與圖2弄清每個(gè)引腳的具體功能。圖1555引腳圖圖2555引腳功能3、555定時(shí)器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)與工作原理圖3555定時(shí)器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)從圖3可以看出555定時(shí)器主要由以下幾個(gè)部分組成：Ø 直流偏置電阻。圖3左端從上之下有三個(gè)完全一樣的5k電阻，這三個(gè)電阻以串聯(lián)方式接于電源與地線之間組成分壓器，保證VR1=2/3VCC，VR

3、2=1/3VCC。由于三個(gè)電阻的阻值都是5k，這也是555定時(shí)器得名的原因。Ø 比較器。C1，C2是兩只由運(yùn)算放大器構(gòu)成的比較器。C1比較器的同相端輸入為VR1（2/3VCC），也可以根據(jù)應(yīng)用需要通過5腳外接控制電壓，當(dāng)C1的反向輸入端（6腳）的輸入電壓大于VR1時(shí)，輸出VC10V；反之則VC1VCC。同理可得比較器C2的工作模式。Ø RS觸發(fā)器。G1，G2是兩個(gè)與非門，它們構(gòu)成了一個(gè)基本RS觸發(fā)器。其中，VC1是復(fù)位端（R端），VC2是置位端（S端）。當(dāng)VC20V時(shí)，QVCC；當(dāng)VC10V時(shí)，Q0V。G3是與非門，其作用是在4腳的復(fù)位信號(hào)有效時(shí)使芯片復(fù)位。G4是非門，由于

4、Q的值在輸出后被G3進(jìn)行了一次取反運(yùn)算，因此將G3的輸出結(jié)果再進(jìn)行一次取反運(yùn)算就保證了Vo與Q的值保持一致。Ø BJT放電管。放電管TD的基極受G3輸出控制。當(dāng)G3輸出為低電平時(shí)，TD截止；當(dāng)G3輸出為高電平時(shí)，TD進(jìn)入深度飽和狀態(tài)。4、555定時(shí)器應(yīng)用電路多諧振蕩器用555定時(shí)器外接少量的電阻和電容即可構(gòu)成多諧振蕩器。圖4是用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器的典型電路。圖4555多諧振蕩器接通電源后，RS觸發(fā)器初始狀態(tài)Q=1，因此給BJT基極一個(gè)低電平，此時(shí)BJT截止。故電源VCC通過R1、R2給電容C充電，VC逐漸由0V以指數(shù)函數(shù)形式上升。當(dāng)VC上升到2/3VCC時(shí)，比較器C1被觸發(fā)，

5、VC10V，Q0V，此時(shí)給BJT基極一個(gè)高電平，BJT進(jìn)入深度飽和，555的1腳和7腳近似短路，電容C通過R2放電，VC迅速以指數(shù)函數(shù)形式下降。當(dāng)VC下降到1/3VCC時(shí)，比較器C2被觸發(fā)，VC20V，Q1，BJT再次截止。如此不斷周而復(fù)始，便可以產(chǎn)生方波。這個(gè)過程可以用圖5來表示。圖5555多諧振蕩器工作波形在圖5中，方波高電平持續(xù)時(shí)間用tPH表示，低電平時(shí)間用tPL表示，一個(gè)周期用T=tPH+tPL來表示。事實(shí)上可以計(jì)算： （1） （2）因此，多諧振蕩器的振蕩周期T為： T=0.7（R1+2*R2）C（3）定義一個(gè)周期內(nèi)高電平持續(xù)時(shí)間占整個(gè)周期的百分比為占空比。占空比（D）可以用下面的式子

6、表示： （4）從（1）（4）式可以看出，由555構(gòu)成的多諧振蕩器的方波輸出參數(shù)（周期、占空比）僅與外圍元件的選擇有關(guān)，而與電源VCC無關(guān)。請?jiān)趯?shí)訓(xùn)預(yù)習(xí)期間自行推導(dǎo)（1）（4）式。最后，可以發(fā)現(xiàn)在5腳和地線之間有一個(gè)0.01uF的小電容，這個(gè)電容主要是為了消除電源與地線中的毛刺干擾而使觸發(fā)器發(fā)生誤翻轉(zhuǎn)。該電容不會(huì)影響輸出波形的周期。5、實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)用555定時(shí)器設(shè)計(jì)并制作一個(gè)多諧振蕩器。要求：1、震蕩周期為1KHz誤差10%以內(nèi)，即輸出范圍：900Hz1100Hz；2、方波占空比為75%；3、根據(jù)設(shè)計(jì)要求和制作情況撰寫實(shí)訓(xùn)報(bào)告。實(shí)訓(xùn)報(bào)告中應(yīng)包括詳細(xì)的設(shè)計(jì)步驟，即元件參數(shù)的選擇計(jì)算過程。設(shè)計(jì)、制作中出

7、現(xiàn)的問題和解決的辦法，實(shí)訓(xùn)心得小結(jié)等內(nèi)容；4、由于元件存在誤差，使得輸出頻率往往與設(shè)計(jì)值存在誤差，請根據(jù)以上內(nèi)容對圖4進(jìn)行一下改進(jìn)，使輸出頻率可以手動(dòng)調(diào)節(jié)以使誤差減少。（要求4作為實(shí)訓(xùn)報(bào)告思考題只需在實(shí)訓(xùn)報(bào)告中畫出設(shè)計(jì)圖，標(biāo)注元件參數(shù)即可，無需在課堂制作）注意：電阻的選擇應(yīng)選擇符合國家標(biāo)準(zhǔn)5%精度或1%精度的標(biāo)準(zhǔn)電阻，電容的選擇也應(yīng)符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。555定時(shí)器原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)21、555定時(shí)器應(yīng)用電路單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器555定時(shí)器的另一種常用電路就是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。所謂單穩(wěn)態(tài)是指這種觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)觸發(fā)器發(fā)生觸發(fā)動(dòng)作后會(huì)暫時(shí)工作到另一種狀態(tài)（稱為暫態(tài)），經(jīng)過一段時(shí)間后，觸發(fā)器又會(huì)自動(dòng)回歸穩(wěn)態(tài)。

8、與多諧振蕩器類似，僅需少量的外部元件即可用555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。圖1是用555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電原理圖。圖1555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器接通電源后，保持2腳輸入為高電平，BJT飽和，1腳與7腳近似短路，VC0V，VO0V電路處于穩(wěn)態(tài)。當(dāng)2腳輸入一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)時(shí)，BJT截止，電源VCC通過R對C充電，VC上升，與此同時(shí)VO此刻發(fā)生翻轉(zhuǎn)，當(dāng)VC上升至2/3VCC時(shí)BJT深度飽和，C迅速放電直至VC0V。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形如圖2所示：圖2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形可以證明，圖2中輸出持續(xù)高電平的時(shí)間TW=RCln31.1RC。2、實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)圖2所示的這種單穩(wěn)態(tài)電路，一種經(jīng)常的應(yīng)用領(lǐng)域就是電子門鈴。門鈴的穩(wěn)態(tài)是無輸出狀態(tài)，當(dāng)用手觸碰門鈴開關(guān)時(shí)相當(dāng)于給門鈴電路輸入一個(gè)負(fù)脈沖，此時(shí)門鈴進(jìn)入暫態(tài)發(fā)出聲響。經(jīng)過一段時(shí)間后，電路自動(dòng)返回到無輸出的穩(wěn)態(tài)。根據(jù)圖2的提示，用蜂鳴器模擬門鈴聲音發(fā)生器設(shè)計(jì)一個(gè)簡易門鈴電路。要求：1、門鈴聲響時(shí)間持續(xù)4s左右；2、根據(jù)設(shè)計(jì)要求和制作情況撰寫實(shí)訓(xùn)報(bào)告。實(shí)訓(xùn)報(bào)告中應(yīng)包括詳細(xì)的設(shè)計(jì)步驟，即元件參數(shù)的選擇計(jì)算過程。設(shè)計(jì)、制作中出現(xiàn)的問題和