实验二555 时基电路及其应用
一、实验目的
1.熟悉555 型集成时基电路结构、工作原理及其特点。
2.掌握555 型集成时基电路的基本应用。
二、实验原理
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。
外加电阻、电容等元件可以构成多谐振荡器，单稳电路，施密特触发器等。
它是一种产生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。
一般双极型产品型号最后的三位数码都是555 或556, 而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U DD＝+5V～+15V,输出的最大电流可达200mA，CMOS 型的电源电压为+3V～+18V，能直接驱动小型电机、继电器和低阻抗扬声器。
1.555 定时器的工作原理
555 定时器原理图及引线排列如图1 所示。
其功能见表1。
定时器内部由电压比较器、分压电路、RS 触发器及放电三极管等组成。
1)电压比较器
两个相同的电压比较器A1，和A2，其中A1的同相端接基准电压，反相端接外触发输人电压，称高触发端TH。
电压比较器A2的反相端接基准电压，其同相端接外触发电压，称低触发端TR。
2)分压电路
分压电路由三个5K 的电阻构成，分别给A1和A2提供参考电平2/3 U DD和1/3 U DD。
5 脚为控制端，平时等于2/3 U DD作为比较器的参考电平，当5 脚外接一个输入电压，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。
如果不在5 脚外加电压通常接0.01μF 电容到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳定。
3)基本RS触发器
它由交叉耦合的两个与非门组成。
比较器A1的输出作为基本RS触发器的复位输入，比较器A2的输出作为基本RS触发器的置位输入。
4 脚是直接复位控制端，当4 脚接入低电平时，则3脚输出U O=0；正常工作时4脚接高电平。
4)放电开关管VT
A1和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 脚输入大于2/3 U DD时，触发器复位，3 脚输出为低电平，放电管VT导通；当输入信号自2 脚输入并低于1/3 U DD
时，触发器置位，3 脚输出高电平，放电管截止。
5)输出缓冲级
它由反相器构成，其作用是提高定时器的带负载能力并隔离负载对定时器的影响。
图1 NE555引脚排列及内部功能框图
输入输出阈值输入⑥触发输入②复位④输出③放电管V T⑦X X 0 0 导通< 2/3 U DD< 1/3 U DD 1 1 截止
> 2/3 U DD> 1/3 U DD 1 0 导通
< 2/3 U DD> 1/3 U DD 1 不变不变
2.典型应用
555定时器的应用非常之广，但最基本的应用或称基本工作模式只有三种:多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器。
下面介绍这3种基本应用电路及其工作波形和计算公式。
图 2 单稳态电路的电路图和波形图
1) 单稳态触发器
电路如图2 所示，接通电源→电容C 充电（至2/3 U DD ）→ RS 触发器置0 → U O =0，T 导通，C 放电，此时电路处于稳定状态。
当②加入V i ＜1/3 U DD 时，RS 触发器置“1”，输出U O =1，使T 截止。
电容C 开始充电，按指数规律上升，当电容C 充电到2/3 U DD 时， 比较器A 1 翻转，使输出U O =0。
此时T 又重新导通，C 很快放电，暂稳态结束，恢复稳态，为下一个触发脉冲的到来作好准备。
其中输出U O 脉冲的持续时间t 1=1.1RC,一般取 R = 1kΩ--10MΩ，C ＞1000PF 。
2) 多谐振荡器
电路由555 定时器和外接元件R 1 、 R 2 、C 构成多谐振荡器，脚②和脚⑥直接相连。
电路无稳态，仅存在两个暂稳态，亦不需外加触发信号，即可产生振荡。
电源接通后， U DD 通过电阻R 1 、 R 2 向电容C 充电。
当电容上电U C =2/3 U DD 时，阀值输入端⑥受到触发，比较器A 1 翻转，输出电压U O =0，同时放电管T 导通，电容C 通过R 2 放电；当电容上电压U C =1/3 U DD ，比较器A 2工作，输出电压U O 变为高电平。
C 放电终止、又重新开始充电，周而复始，形成振荡。
电容C 在1/3 U DD ～2/3 U DD 之间充电和放电，其波形图见图3。
555 电路要求R 1 、 R 2均应大于或等于1kΩ，而R 1 + R 2 应小于或等于3.3MΩ。
充电时间常数： 120.7()PH T R R C ≈+ 放电时间常数： 20.7PL T R C ≈
振荡周期： 120.7(2)PH PL T T T R R C =+≈+
振荡频率：
121 1.44(2)f T R R C =
=+ 输出方波占空比： 12
12
2PH T R R D T R R +=
=+
图3 多谐振荡器的电路图和波形图
3)施密特触发器
电路如图4 所示，U S为正弦波，经D 半波整流到555 定时器的②脚和⑥脚，当U i上升到2/3 U DD时，U O从1→0；U i下降到1/3 U DD时，U O又从0→1。
电路的电压传输特性如图4 所示。
其中：
上限阈值电平：
2
U
3
UT DD V=
下限阈值电平：
1
3
LT DD V U
=
回差电压：ΔU =1/3 U DD
图4 施密特触发器的电路图和电压传输特性
三、实验仪器及设备
实验箱：
数字万用表：
示波器：TDS210 ×1
集成定时器：NE555 ×2；
电阻：10kΩ×1、100kΩ×1，5.1kΩ×3，1kΩ×1；
电容器：0.01μF×3、10μF×1、100μF×1；
喇叭：8Ω/0.25W×1。
发光二极管：红色
四、实验内容——模拟声光报警电路
两片555 定时器可构成变音信号发生器，其电路如图 5 所示。
它能按一定规律发出两种不同的声音。
这种变音信号发生器是由两个多谐振荡器组成。
一个振荡频率较低，另一个振荡频率受其控制。
适当调整电路参数，使声音达到满意的效果。
图5 模拟报警音响电路
1)按图5搭接电路，其中左边555（1）的③脚和右边555（2）的⑤脚的5.1K电阻暂时不接，
右边555（2）的⑤脚接法和左边555（1）一样，接0.01uF电容到地；
2)用示波器分别测量并记录两个555的③脚输出波形；
3)将左边555（1）的③脚和右边555（2）的⑤脚之间的5.1K电阻接上，右边555的⑤脚接
的0.01uF电容去除；
4)用示波器测量并记录右边555（2）③脚输出波形。
五、实验预习要求
1.复习555 集成定时器的工作原理，复习单稳触发器、多谐振荡器和施密特触发器的工
作原理；
2.拟定实验中所需的表格；
3.拟定各次实验的步骤和方法。
六、实验报告
1.根据实验内容，记录数据，画出波形；
2.分析、总结实验结果。