t − w RC vC = VCC 1 − e
2 = VCC 3
所以输出电压的脉宽 tW=RCln3≈1.1RC 一般 R 取 1kΩ～10MΩ，C＞1000pF。 值得注意的是：t 的重复周期必须大于 tW，才能保证放一个正倒置脉冲起作用。由上式可知，单稳态电路的暂 态时间与 VCC 无关。因此用 555 定时器组成的单稳电路可以作为精密定时器。
图 13-5 多谐振荡器的电路图和波形图 由上分析可知： a）电路的振荡周期 T、占空系数 D，仅与外接元件 R1、R2 和 C 有关，不受电源电压变化的影响。 b）改变 R1、R2，即可改变占空系数，其值可在较大范围内调节。 c） 改变 C 的值，可单独改变周期，而不影响占空系数。 另外，复位端④也可输入 1 个控制信号。复位端④为低电平时，电路停振。 ③ 施密特触发器 施密特触发器电路图和波形图如图 13-6 所示，其回差电压为 1/3Vcc。当输入电压大于 2/3Vcc 时输出低电 平，当输入电压小于 1/3Vcc 时输出高电平，若在电压控制端⑤外接可调电压 Vco（1.5～5V） ，可以改变回差电 压ΔVT。 施密特触发器可方பைடு நூலகம்的地把非矩形波变换为矩形波，如三角波到方波。 施密特触发器可以将一个不规则的矩形波转换为规则的矩形波。 施密特触发器可以选择幅度达到要求的脉冲，虑掉小幅的杂波。
图 13-1 555 集成电路引脚排列图
图 13-2
TTL 电路 555 电路结构
图 13－3 CMOS 电路 555 电路结构
表 13-1 555 芯片功能表 —— TR 触发 TH 阈值 — R 复位 H D 放电端 导通 OUT 输出 L
1 〉 VCC 3 1 〉 VCC 3 1 〈 VCC 3
图 13-4 单稳态电路的电路图和波形图 ②多谐振荡器 多谐振荡器的电路图和波形图如图 13-5 所示。电源接通后，Vcc 通过电阻 R1、R2 向电容 C 充电。当电容上 电 vC=2/3Vcc 时，阀值输入端⑥受到触发，比较器 C1 翻转，输出电压 Vo=0，同时放电管 T 导通，电容 C 通过 R2 放电；当电容上电压 Vc=1/3Vcc，比较器 C2 输出 0，输出电压 Vo 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。其振荡周期与充放电的时间有关：
图 13-6 施密特触发器电路图和波形图
三、实验内容
1．用 555 集成定时器构成单稳态电路。按图 13-4 接线。当 C=0.01μF 时，选择合理输入信号 Vi 的频率
和脉宽，调节 RW 以保证 T＞tW，使每一个正倒置脉冲起作用。加输入信号后，用示波器观察 Vi、Vc 以及 Vo 的电 压波形，比较它们的时序关系，绘出波形，并在图中标出周期、幅值、脉宽等。 2．按图 13-5 所示电路组装占空比可调的多谐振荡器。取 R1＝5.1kΩ，R2＝5.1kΩ，RW＝100kΩ（电位器） ， C＝0.01µF，调节电位器 RW，在示波器上观察输出波形占空比的变化情况。并观察占空比为 1:4、1:2、3:4 时 的输出波形。 3．在图 13-5 中，若固定 R1=5.1kΩ ,R2=5.1kΩ，C=0.1μpF 时，用示波器观察并描绘 Vo 和 Vc 波形的幅 值、周期以及 tPH 和 tPL，标出 Vc 各转折点的电平。 4．按图 13-6 所示电路组装施密特触发器。输入电压为 Vi =3V，f=1kHz 的正弦波。用示波器观察并描绘 Vi 和 Vo 波形。注明周期和幅值，并在图上直接标出上限触发电平、下限触发电平，算出回差电压。 5．图 13-6 所示电路中，在电压控制端⑤分别外接 2V、4V 电压，在示波器上观察该电压对输出波形的脉 宽、上、下限触发电平以及回差电压的影响。 6．用两片 555 定时器构成变音信号发生器，其电路如图 13-7 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，可使声音达到满意的效果。
八、实验报告
⒈ 按实验内容的各个步骤要求整理相关实验数据。 ⒉ 记录实验原始数据附在实验报告后面。 ⒊ 总结 555 时基电路组成的典型电路及使用方法。
≈ 0 .7 R 2 C
振荡周期：T=tPH+tPL≈0.7(R1+2R2)C 振荡频率：f=1/T=
t PH
1 1.44 ≈ + t PL ( R1 + 2 R2 )C
占空系数： D =
t PH R + R2 = 1 T R1 + 2 R2
当 R2>>R1 时，占空系数近似为 50％。
充电时间： t PH
2 VCC − VCC 3 = ( R1 + R2 )C ⋅ ln 1 VCC − VCC 3 2 VCC − VCC 3 = R2 C ln 1 VCC − VCC 3
≈ 0.7( R1 + R2 )C
放电时间： t PL
图 13-7 变音信号发生器
四、实验仪器及器件
数字电路实验箱；数字万用表；示波器； 集成定时器：NE 555 ×2； 电 阻：10kΩ、100kΩ×1，5.1kΩ×3；
电 位 器：100kΩ×1； 电 喇 容 器：0.01μF×3，0.1μF、10μF、100μF×1； 叭：8Ω/0.25W×1。
五、预习要求与思考题 预习要求与思考题
555 时基电路实验 时基电路实验
一、实验目的
1．熟悉 555 集成定时器的组成及工作原理。 2．掌握用定时器构成单稳态电路、多谐振荡电路和施密特触发电路等。 3．进一步学习用示波器对波形进行定量分析，测量波形的周期、脉宽和幅值等。
二、实验原理
1．555 集成定时器简介 555 集成定时器是模拟功能和数字逻辑功能相结合的一种双极型中规模集成器件。外加电阻、电容可以组成 性能稳定而精确的多谐振荡器、单稳电路、施密特触发器等，应用十分广泛。 TTL 集成定时器 555 定时器的外引线排列图和内部原理框图如图 13-1、13-2 所示，功能见表 13-1。它 是由上、下两个电压比较器、三个 5kΩ 电阻、一个 RS 触发器、一个放电三极管 T 以及功率输出级组成。比较 器 C1 的反相输入端⑤接到由三个 5 kΩ电阻组成的分压网络的 2/3Vcc 处（⑤也称控制电压端） ，同相输入端⑥ 为阀值电压输入端。比较器 C2 的同相输入端接到分压电阻网络的 1/3Vcc 处，反相输入端②为触发电压输入端， 用来启动电路。两个比较器的输出端控制 RS 触发器。RS 触发器设置有复位端 R ④，当复位端处干低电平时， 输出③为低电平。控制电压端⑤是比较器 C1 的基准电压端，通过外接元件或电压源可改变控制端的电压值，即 可改变比较器 C1、C2 的参考电压。不用时可将它与地之间接一个 O．01μF 的电容，以防止干扰电压引入。555 的电源电压范围是+4.5～+18V， 输出电流可达 100～200mA， 能直接驱动小型电机、 继电器和低阻抗扬声器。 CMOS 集成定时器 CC7555 的功能和 TTL 集成定时电路完全一样，但驱动能力小一些，内部结构也不同，CC7555 的电 路见图 13－3。
1．熟悉用 555 集成定时器和外接电阻、电容构成的单稳触发器、多谐振荡器和施密特触发器的工作原理。
2．计算实验内容 6 中变音信号发生器两种声音的频率和持续时间。 3． 实验内容 2 中， 改变电容 C 的大小能够改变振荡器输出电压的周期和占空比系数吗？试说明要想改变占空 系数，必须改变哪些电路参数。 4. 试设计一个过压报警器，用声（喇叭）和光（发光二极管）同时报警。当工作电压超过+10V（包括 10V） 时，喇叭发出报警声，同时发光二极管闪烁，闪烁频率为 2Hz。 5．实验内容 6 中，若将前级的输出信号加到后一级的放电端⑦，声音将会如何变化？
五、实验要求
1．整理实验数据，画出实验内容中所要求画的波形，按时间坐标对应标出波形的周期、脉宽和幅值等。 2． 根据实验内容记录下你所满意的变音信号发生器最后调试的电路参数。 并说明你的变音发生器可以用于 哪个地方？
七、注意事项
1．单稳态电路的输入信号选择要特别注意。Vi 的周期 T 必须大于 vO 的脉宽 tW，并且低电平的宽度要小于 vO 的脉宽 tW 2．所有需绘制的波形图均要按时间坐标对应描绘，而且要正确选择示波器的 AC、DC 输入方式，才能正确 描绘出所有波形的实际面貌。在图中标出周期、脉宽以及幅值等。
2 〉 VCC 3 2 〈 VCC 3
H
原状态
× ×
H
截止
H
×
2．555 定时器的应用 ①单稳态电路
L
导通
L
单稳态电路的组成和波形如图 13-4 所示。当电源接通后，Vcc 通过电阻 R 向电容 C 充电，待电容上电压 Vc 上升到 2/3Vcc 时，RS 触发器置 0，即输出 Vo 为低电平，同时电容 C 通过三极管 T 放电。当触发端②的外接输 入信号电压 Vi＜1/3Vcc 时，RS 触发器置 1,即输出 Vo 为高电平，同时，三极管 T 截止。电源 Vcc 再次通过 R 向 C 充电。输出电压维持高电平的时间取决于 RC 的充电时间，当 t=tW 时，电容上的充电电压为；