运算电路输入电压与输出电压关系

时间：2023-10-21 百科知识版权反馈

【摘要】：555集成时基电路称为集成定时器，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，其应用十分广泛。它的内部电压标准使用了三个5k的电阻，故取名555电路。Td为放电管，当Td导通时，将接于脚7的电容器提供低阻放电电路。测定幅度与暂稳态时间。组成占空比为50%的方波信号发生器。利用555定时器设计制作一触摸式开关定时控制器，每当用手触摸一次，电路即输出一个正脉冲宽度为10s的信号。试画出电路并测试电路功能。

实验二十　555定时器及其应用

一、实验目的

1．熟悉555型集成时基电路的电路结构、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

555集成时基电路称为集成定时器，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，其应用十分广泛。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。它的内部电压标准使用了三个5k的电阻，故取名555电路。其电路类型有双极型和CMOS型两大类，两者的工作原理和结构相似。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7556，两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。双极型的电压是＋5V～＋15V，最大负载电流可达200mA，CMOS型的电源电压是＋3V～＋18V，最大负载电流在4mA以下。

图6－92　555定时器内部框图

1．555电路的工作原理

555电路的内部电路方框图如图6－92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T_d，比较器的参考电压由三只5kΩ的电阻器构成分压，它们分别使低电平比较器V_r1反相输入端和高电平比较器Vr2的同相输入端的参考电平为2／3V_cc和1／3V_cc。V_r1和V_r2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过2／3V_cc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1／3V_cc时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时充电，开关管截止。

－R_D是异步置零端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接V_cc。V_ro是控制电压端（5脚），平时输出2／3V_cc作为比较器V_r1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，在不接外加电压时，通常接一个0．01μF的电容器到地，起滤波作用，消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。T_d为放电管，当T_d导通时，将接于脚7的电容器提供低阻放电电路。

2．555定时器的典型应用

（1）构成单稳态触发器

图6－93为由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。D为钳位二极管，稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端V_o输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号加到V_i端。并使2端电位瞬时低于1／3V_cc，单稳态电路即开始一个稳态过程，电容C开始充电，V_c按指数规律增长。当V_c充电到2／3V_cc时，输出V_o从高电平返回低电平，放电开关管T_d重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳定，为下个触发脉冲的来到作好准备。波形图见图6－94。

图6－93　555构成单稳态触发器

图6－94　单稳态触发器波形图

暂稳态的持续时间T_w（即为延时时间）决定于外接元件R、C的大小，即T_w＝1．1RC。

通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微秒和几十分钟之间变化。当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可采用复位端接地的方法来终止暂态，重新计时。

（2）构成多谐振荡器

如图6－95，由555定时器和外接元件R₁、R₂、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过R₁、R₂向C充电，以及C通过R₂向放电端DC放电，使电路产生振荡。电容C在2／3V_CC和1／3V_CC之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波，对应的波形如图6－96所示。

输出信号的时间参数是：T＝t_w1＋t_w2

t_w1＝0．7（R₁＋R₂）C

t_w2＝0．7R₂C

其中，t_w1为V_C由1／3V_CC上升到2／3V_CC所需的时间，t_w2为电容C放电所需的时间。

555电路要求R₁与R₂均应不小于1kΩ，但两者之和应不大于3．3MΩ。

外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。因此，这种形式的多谐振荡器应用很广。

图6－95　555构成多谐振荡器

图6－96　多谐振荡器的波形图

（3）组成占空比可调的多谐振荡器

电路如图6－97所示，它比图6－95电路增加了一个电位器和两个二极管。D₁、D₂用来决定电容充、放电电流流经电阻的途径（充电时D₁导通，D₂截止；放电时D₂导通，D₁截止）。

图6－97　555构成占空比可调的多谐振荡器

占空比　　　　　　　　　

可见，若取R₁＝R₂，电路即可输出占空比为50%的方波信号。

（4）组成占空比连续可调并能调节振荡频率的多谐振荡器

对C₁充电时，充电电流通过R₁、D₁、R_w2和R_w1，放电时通过R_w1、R_w2、D₂、R₂。当R₁＝R₂、R_w2调至中心点时，因为充放电时间基本相等，其占空比约为50%，此时调节R_w1仅改变频率，占空比不变。如R_w2调至偏离中心点，再调节R_w1，不仅振荡频率改变，而且对占空比也有影响。R_w1不变，调节R_w2，仅改变占空比，对频率无影响。因此，当接通电源后，应首先调节R_w1使频率至规定值，再调节R_w2，以获得需要的占空比。图6－98为555构成占空比、频率均可调的多谐振荡器。