实验六集成定时电路

1、实验六 集成定时电路一、实验目的和要求掌握集成定时器555构成的多谐振荡器、大范围可变占空比方波发生器、数字逻辑笔测试电路的计算机仿真设计与分析方法。重点掌握555构成的多谐振荡器的计算机仿真设计与分析方法。二、实践内容或原理1555定时电路原理集成时基电路又称为集成定时器或555电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分广泛。模拟功能部件包括电阻分压器、电压比较器和集电极开路的放电管。数字功能部件包括G1和G2组成的基本RS触发器、 输出缓冲级G3 和为直接置0端。它是一种能产生精确时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三个5K电阻，故取名555电路。其电

2、路类型有双极型和CMOS型两大类， 二者的结构与工作原理类似。几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556；所有的CMOS产品型号最后四位数码都是7555或7556，二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。 555和7555是单定时器。556和7556是双定时器。双极型的电源电压VCC+5V+15V，输出的最大电流可达200mA，CMOS型的电源电压为+3+18V。一般用5V。 555电路的内部电路结构图如图8.1所示。它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关管VT，比较器的参考电压由三只 5K的电阻器构成的分压器提供。它们分别使高电平比较器A1的同相输入端和低电

3、平比较器A2的反相输入端的参考电平为 和，A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚输入，即高电平触发输入并超过参考电平时 ，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于 时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。RST是复位端（4脚），当RST0，555输出低电平。平时RST端开路或接VCC 。CON是控制电压端（5脚），平时输出作为比较器A1 的参考电平，当5脚外接一个输入电2 / 6压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01f的电容器到地，起滤波作

4、用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。VT为放电管，当VT导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路。555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延 时电路，可方便地构成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。（a）内部结构图 图（b）引脚排列图8.1 555电路的内部电路结构图2555构成多谐振荡器多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的

5、作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳态电路。由555定时器构成的多谐振荡器如图8.2所示，R1，R2和C1是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚） 和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。由于接通电源瞬间，电容C1来不及充电，电容器两端电压UC1为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出Uo为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1，R2对电容C1充电，充电回路：VCCR1R2C1，使电压UC1按指数规律上升，当UC1上升到（2/3）Vcc时，输出Uo为低电平，放电管VT导通，把UC1从（

6、1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。充电时间常数T充=（R1R2）C。图8.2 555定时器构成的多谐振荡器电路由于放电管VT导通，电容C1通过电阻R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态。其维持时间TPL的长短与电容的放电时间有关，放电时间常数T放R2C1。随着C1的放电，UC1下降，当UC1下降到（1/3）Vcc时，输出Uo 为高电平，放电管VT截止，Vcc再次对电容C1充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难理解，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，UC1电压总是在（1/32

7、/3）Vcc 之间变化。根据三要素法计算输出信号的时间参数为TPH0.7(R1R2)C，TPL0.7R2C TTPHTPLLM555CN电路要求R1与R2 均应大于或等于1K，但R1R2应小于或等于3.3M。三、实践步骤或环节1. 按照图8.1构造多谐振荡器电路。2改变图8.1中R1、R2、C1的 数 值 ，观察多谐振荡器频率的变化。四、仿真结果分析与处理 图8.1所示电路的仿真结果如图8.3所示。 8.3 多谐振荡器的仿真工作波形由图8.3可以看出，振荡周期T约为 0.17 ms，频率f=1/T= 9.118kHz。频率的计算值为0.7（R1+2R2）C= 10.071k Hz，与测量值基本接近。放电至Uc= 1.71V（约为1/3VCC）时开始充电。改变C的值为200nF，仿真结果如图8.4所示。 8.4 改变C1值后的多谐振荡器的仿真工作波形由图8.4可以看出，振荡周期T约为 0.106ms，频率f=1/T= 19.14K Hz。频率的计算值