555集成电路在物理实验中的应用

1、    555集成电路在物理实验中的应用    张玮 陈永志摘 要：在简介555集成电路构成的多谐振荡器、双稳态触发器、施密特触发器、单稳态电路等基本电路构成的基础上，设计了可用在物理实验及课外趣味实验中的几个以555集成电路为核心的实用电路，为物理实验教学和实验室的建设，提供一些借鉴和帮助。关键词：物理实验教学;课外趣味实验;实验室建设;555集成电路;电子制作555集成电路是美国signetics公司于1972年研制成功的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因其输入端設计有三个5k的电阻而得名。随着在实践中的应用，555集成电路取得了远远超过设计者

2、原设想的应用成果，有着更加广泛的应用范围。它成本低，性能可靠，只需外接少量的阻容元件，无需编程，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器、双稳态触发器及施密特触发器等基本电路，在工农业生产、家用电器、自动控制、仪器仪表、儿童玩具以及安全防护领域有着广泛应用，1-3至今仍深受电子专业设计人员和广大电子爱好者的青睐。为配合物理实验教学和实验室建设，本文基于555集成电路的几类基本电路设计了可用于物理实验教学及课外趣味实验拓展的应用电路。这些电路结构简单明了、性能稳定、制作方便，非常适合学生的课外制作，有利于学生巩固和拓展物理知识。所设计电路均经过笔者实物实验验证，实验效果良好。1 基于555构成的多谐振

3、荡器电路音频信号源（超声波发生器）：在物理实验室，信号发生器是必不可少的设备之一。555电路可以组成多谐振荡器产生音频电信号，如图1所示。该电路输出的波形为矩形波，通过改变ra、rb的阻值，可以对输出矩形波的占空比进行调整，形成近似方波。图1所示电路是由cmos型555芯片ha17555构成的音频信号发生器，为典型的555间接反馈型多谐振荡器电路，7555输出端3脚输出的波形为矩形波或近似方波，其输出波形的频率f、占空比d可由下面两式确定。（2）式中td为矩形脉冲宽度，t为周期。按图1可取适当的元件参数，比如取ra=20k，rb=120k，ct=0.1f（104），由（1）式可计算得输出的音频

4、信号的频率约为55.5hz（实测为53hz），该信号经三极管8050放大后，可推动扬声器发出可闻声波。按（1）式改变电路中元件参数ra、rb、ct的值，即可产生频率大于20khz的电信号，可推动晶体扬声器发出超声波（可闻声波频率范围为20-20khz）。2 基于555构成的r-s双稳态触发器电路2.1r-s双稳态触发器555电路构成的r-s触发器，其两个触发端中tr端（脚阈值端，相当于r-s触发器的s-端）需要低电平触发，而另一触发端th（脚复位端，相当于r端）需要高电平触发。触发高电平要求大于2vdd/3，触发低电平要求低于vdd/3。555构成的r-s触发器的基本电路如图2所示。其真值表如

5、表1所示。2.2 无线遥控小夜灯图3为无线遥控小夜灯的电路图。遥控模块采用常见的2262/2272四路无线遥控发射/接收模块（接收板非锁），如图4所示。本设计电路使用其中两路遥控作为小夜灯的“开”、“关”信号。按下遥控模块发射器b键（开灯），在图4电路中接收板的b端感应出一高电平（非锁），经反相三极管vt1反相后，变为低电平加在7555的2脚（tr端），即tr=0，由表1第3行知，7555输出端3脚输出高电平q=1，驱动三极管vt2导通，小夜灯点亮。2脚低电平撤除后，tr=1，th=0，由表1第2行知7555的3脚保持原态q=1不变，小夜灯仍旧点亮。按下发射器的c键（熄灯），接收板的c端感应出

6、一高电平，加至7555的6脚（th端），此时th=1，tr=1，由表1第一行知，7555输出端3脚q=0，驱动三极管vt2截止，小夜灯熄灭。随后6脚撤除高电平后，th=0，tr=1，3脚保持原态不变，小夜灯处于熄灭状态。3 基于555构成的施密特触发器电路3.1 施密特触发器施密特触发器与前面所述的双稳态触发器不同，它是一种具有滞回特性的比较器，有两个不同的触发门限电压uth+和uth-，用以提高电路的稳定性和抗干扰能力。施密特触发器应用广泛，它可用作集成数字电路系统的接口，将缓慢变化的输入信号转换为符合数字系统要求的脉冲波形，将不规则的输入信号整形成为矩形脉冲，如图5所示。555集成电路可以

7、很方便的连接成施密特触发器，4如图6所示，其传输特性曲线如图7所示，可见其uth+=23vcc，uth-=13vcc，回差电压uth=13vcc。3.2 光控语音迎宾电路（监控区域进入警告电路）光控语音迎宾电路如图8所示，由光信号采集电路、555施密特触发器电路、录放音模块电路组成。光信号采集电路采用3du型（如3du33）光敏三极管，当宾客进入门口时，将照射在vt上的光线遮断，则光敏管呈高阻，m点电位突然降低（小于13vcc），555构成的施密特触发器3脚输出一个上升沿，触发isd1820录放音模块电路的边沿触发放音端子2，发出事先录好的“欢迎光临”语音。如果事先录制的语音是“您已进入监控区域，请注意自己行为规范”，则该电路即作为“监控区域进入警告电路”使用。参考文献：1余孟尝.数字电子技术基础简明教程m.北京：高等教育出版社，2006：397-423（第3版）.2张庆双.555应用电路精选m.北京：