定時器構(gòu)成多諧振蕩器

1、555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器制作人：張展培Ap0305136冼志敏Ap0305129黃云Ap0305114555定時器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，它性能優(yōu)良，適用范圍很廣，外部加接少量的阻容元件可以很方便地組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，以及不需外接元件就可組成施密特觸發(fā)器。因此集成555定時被廣泛應(yīng)用于脈沖波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制等方面。本實(shí)驗(yàn)根據(jù)555定時器的功能強(qiáng)以及其適用范圍廣的特點(diǎn)，設(shè)計實(shí)驗(yàn)研究它的內(nèi)部特性和簡單應(yīng)用。一、原理1、555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)555定時器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成電路，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖（A）及管腳排列如圖（B）所示。它由分壓

2、器、比較器、基本R-S觸發(fā)器和放電三極管等部分組成。分壓器由三個5KQ的2一等值電阻串聯(lián)而成。壓命為比較命A、A2提供參考電壓，比較器A的參考電壓為Vcc,31加在同相輸入喘，比較器A2的參考電壓為vcc，加在反相輸入端。比較器由兩個結(jié)構(gòu)相同3的集成運(yùn)放A、A2組成。高電平觸發(fā)信號加在A的反相輸入端，與同相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本R-S觸發(fā)器Rd端的輸入信號；低電平觸發(fā)信號加在A的同相輸入端，與反相輸入端的參考電壓比較后，其結(jié)果作為基本RS觸發(fā)器SD端的輸入信號。基本R-S觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受比較器A、A2的輸出端控制。2、多諧振蕩器工作原理由555定時器組成的多諧振蕩器如圖（C）

3、所示，其中R1、R2和電容C為外接元件。其工作波如圖（D）所示。設(shè)電容的初始電壓Uc=o,t=o時接通電源，由于電容電壓不能突變，所以高、低觸，、.，1_發(fā)端VTH=VTL=0<1Vcc,比較器A1輸出為局電平，A2輸出為低電平，即Rd=1,_Sd=0（1表示高電位，0表示低電位），R-S觸發(fā)器置1,定時器輸出u0=1此時Q=0,定時器內(nèi)部放電三極管截止，電源VCc經(jīng)R,R2向電容C充電，uc逐漸升高。當(dāng)uc±升到1-Vcc時，A?輸出由。翻轉(zhuǎn)為1,這時Rd=Sd=1,Rs觸發(fā)順保持狀態(tài)不變。所以0<t<t3期間，定時器輸出U0為高電平1。，一，2一“，一.，、，、

4、，二-t=t1時刻，uc上升到一Vcc，比較命A的輸出由1變?yōu)?，這時Rd=0,Sd=1,RS3觸發(fā)器復(fù)0,定時器輸出u0=0。t1<t<t2期間，Q=1，放電三極管T導(dǎo)通，電容C通過R2放電。Uc按指數(shù)規(guī)律下降，2-當(dāng)Uc<Vcc時比較器A輸出由。變?yōu)?,RS觸發(fā)器的Rd=Sd=1,Q的狀態(tài)不變，3叱的狀態(tài)仍為低電平。.,1-t=t2時刻，uc下降到Vx，比較器氣輸出由1變?yōu)?,R-S觸發(fā)器的Rd=1,3Sd=0,觸發(fā)器處于1,定時器輸出u°=1。此時電源再次向電容C放電，重復(fù)上述過程。通過上述分析可知，電容充電時，定時器輸出u0=1，電容放電時，u0=0,電容不

5、斷地進(jìn)行充、放電，輸出端便獲得矩形波。多諧振蕩器無外部信號輸入，卻能輸出矩形波,其實(shí)質(zhì)是將直流形式的電能變?yōu)榫匦尾ㄐ问降碾娔堋?、振湯周期由圖(D)可知，振蕩周期T=T+T2。為電容充電時間，T2為電容放電時間。充電時間工=(RR2)Cln2：0.7(RR2)C放電時間E=R2Cln2：、0.7R2C矩形波的振蕩周期T=Ti+T2=ln2(R+2R0C出0.7(R+2R2)C因此改變R、艮和電容C的值，便可改變矩形波的周期和頻率。對于矩形波，除了用幅度，周期來衡量外，還有一個參數(shù):占空比q,q=(脈寬tw)/(周期T),tw指輸出一個周期內(nèi)高電平所占的時間。圖(C)所示電路輸出矩形波的占空山一

6、.TiLRR2q°TT1T2R2R2、實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)初步了解集成555定時器的基本原理。(2)掌握學(xué)會使用雙蹤示波器。(3) 測量多諧振蕩器輸出波、頻率與各元件的關(guān)系。2、實(shí)驗(yàn)儀器:555定時器、兩個是量程5KQ的電位器、0.15uF的電容、400K。電阻、雙蹤示波器、多用途穩(wěn)壓電源、萬用表。3、實(shí)驗(yàn)步驟測量555定時器的特性+3V(1)按右(G)圖連接好電路，把電源電壓調(diào)到最小以免燒壞會集成塊打開各電源調(diào)節(jié)按鈕使Vcc=3V電源偏正極5Vth電6Vtl電疝2A1+%一5KQ_A2"ETl_+-RdOUT3電源負(fù)極電壓表調(diào)節(jié)電源1使Uth大于或等于2V,此時調(diào)節(jié)電源

7、2使Utl由大到小或由小到大，并觀察萬用表電壓檔的電壓，當(dāng)電壓發(fā)生突然變化時，記錄Utl值及U0相應(yīng)值(4) 同(3)測量Uth小于2V時相應(yīng)的Utl、U°值(5) 調(diào)節(jié)電源2使大于1V或小于1V,同時改變Uth值，觀察U。的變化，記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)(注：Uth、Utl電壓不能調(diào)得過大應(yīng)不大于4V,以免燒壞集成塊)測量多諧振蕩器輸出波形特性(1) 按(右)圖連接好電路，其中400KQ為負(fù)載電阻。(2) 把電源電壓調(diào)到4.5V,調(diào)節(jié)2個5KQ電位器的電阻，改變輸出波形參數(shù)，并判斷R,、日2阻值與波形的關(guān)系(3) 記錄下一組波形參數(shù)(At、At2、T、f、U0、Uc),同時繪制所觀察到的波形，

8、最后關(guān)掉電源，用萬用表電阻擋測Ri0J5uF示波器1通道接電源正極o+Vcc555400ki2示波器2通道O+Uo(E)電源示波器地線量此時R、R2值。4、數(shù)據(jù)處理(1)555定時器的特性(數(shù)據(jù)如下表1)由實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，可得到定時器3腳輸出的電壓受2、6腳電壓的制約，當(dāng)2、6腳電壓Vtl、Vth滿足一定條件時3腳輸出高電平，滿足其他條件時，輸出低電平，即表(2)中VTL、VTH與U0的關(guān)系。Uth(V)Utl(V)Uo(V)>2V大T小0.985由0.040V突變?yōu)?.20V小T大0.980由0.35V突變?yōu)?.043V<2V大T小0.975由0.35V突變?yōu)?.24V小T大1.00

9、0由1.26V突變?yōu)?.041VUo低電位Uth在0.5V到4V之間改變>1V保持原來的0.035V左右U0高電位UTH在0.5V到4V之間改變保持原來的1.41V左右Uo低電位Uth在0.5V到4V之間改變<1V保持原來的0.041V左右U0高電位Uth在0.5V到4V之間改變保持原來的1.26V左右(表1)UthUtlUo>2/c3>1Vcc3低電位>Vcc3<Vcc3高電位<2Vcc3>1Vcc3保持原狀態(tài)不變<Vcc3>【Vcc3保持原狀態(tài)不變(表2)(2)555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器實(shí)驗(yàn)中得出某一組波形的數(shù)據(jù)如下：Ti=41=370.5uST2=t2=249.0uST=Ti+T2=619.5uSf=1.605KHZU0=2.44VUc=2VRi=1.25K"U0=0.1VUC=1VR2=2.36K11由上原理中的周期公式計算理論周期和頻率：已知：C=0.15uFRi=1.25K，)R2=2.36K11工=0.7(R"R2)C=379.1uST2=0.7R2C=247.8uSOJVo.T=522u5(F)T=1T2=626.9uSi1fo=f=1.595KHz得出實(shí)驗(yàn)頻率的相對誤差：|f-fo|E-一100%=0.6%實(shí)驗(yàn)得出的波形如右圖(F):輸出矩形波