了解实验12555定时器及其应用场景

一、实验目的

① 熟悉555定时器电路原理及其功能。

② 掌握555定时器的基本应用。

二、实验原理

555定时器是一种中规模集成电路，只要外接少量的阻容元件，就可以很方便地构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器，因而其在信号的产生与变换、自动检测及控制、定时和报警、家用电器等方面得到极为广泛的应用。

555定时器根据内部器件类型可分为双极型和单极型，有单或双定时器集成电路。双极型型号为555（单）和556（双），电源电压使用范围为5～15 V，输出电流可达200 mA；单极型型号为7555（单）7556（双），电源电压使用范围为2～18 V，但输出电流只有1 mA。

1. 555定时器工作原理

555定时器的内部电路如图2.12.1所示。它含有2个电压比较器，1个基本RS触发器，1个放电开关管T。比较器的参考电压由3只5 kΩ的电阻器构成分压器提供。它们分别使高电

图2.12.1 555定时器内部电路图及引脚排列

平比较器A1的同相输入端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为和。A1与A2的输出控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平（）时，触发复位，555定时器的输出端（3脚）输出低电平，同时放电开关管寻通；当输入信号自2脚输入并低于时，触发器置位，555定时器的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。

是复位端，当=0时，555定时器输出低电平。平时端开路或接UCC。

u C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0.01 µF的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，从而确保参考电平的稳定。

T为放电管，当T导通时，将给接于7脚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的通断。这就很方便地构成从几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。

2. 555定时器的典型应用

（1）构成单稳态触发器

图2.12.2（a）所示为由555定时器和外接定时元件R，C构成的单稳态触发器。

图2.12.2 单稳态触发器

触发器电路由C1，R1，D构成，其中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，输出端输出低电平。当有一个外部负脉冲触发信号经C1加 到2端，并使2端电位瞬时低于时，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个暂态过程：电容C开始充电，uc按指数规律增长，当uc充电到时，高电平比较器动作，比较 器A1翻转，输出uo从高电平返回低电平，放电开关管T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，恢复稳态，为下个触发脉冲的来到做好准备。其波形图如图2.12.2 （b）所示。暂稳态的持续时间tw（即延时时间）决定于外接元件R，C的大小。

tw =1.1RC

通过改变R，C的大小，可使延时时间在几微秒到几十分钟之间变化。当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可以使用复位端（4脚）接地的方法来中止暂态，重新计时。此外尚须用一个续流二极管与继电器线圈并接，以防继电器线圈的反电势损坏内部功率管。

（2）构成多谐振荡器

如图2.12.3（a）所示，多谐振荡器由555定时器和外接元件R1，R2，C构成，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态。电路也不需要外加触发信号，利用电源通过R1，R2向C充电，以及C通过R2向放电端C1放电，使电路产生振荡。电容C在其端电压下降到和上升到时进行充电和放电，其波形如图2.12.3（b）所示。输出信号的时间参数是

T = tw1+ tw2，tw1=0.7(R1+R2)C，tw2=0.7R2C

图2.12.3 多谐振荡器

555电路要求R1与R2，均大于或等于1 kΩ，但（R1+R2）应小于或等于3.3 MΩ。

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。

（3）组成占空比可调的多谐振荡器

电路如图2.12.4所示，它比图2.12.3所示电路增加了一个电位器和两个导引二极管。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）。

占空比

可见，若取尺RA=RB，电路即可输出占空比为50%的方波信号。(www.xing528.com)

图2.12.4 占空比可调的多谐振荡器

（4）组成占空比连续可调并能调节振荡频率的多谐振荡器

电路如图2.12.5所示。对C1充电时，充电电流通过R1，D1，RP2和RP1；放电时，放电电流通过RP1，RP2，D2，R2。当R1=R2，RP2调至中心点时，因充放电时间基本相等，其占空比约为50%。此时调节RP1，仅改变振荡频率，占空比不变。如RP2调至偏离中心点，再调节RP1，不仅改变振荡频率，而且对占空比也有影响。RP1不变，调节RP2，仅改变占空比，对振荡频率无影响。因此，当接通电源后，应首先调节RP1使振荡频率至规定值，再调RP2，以获得需要的占空比。若频率调节的范围比较大，还可以用波段开关改变C1的值。

图2.12.5 占空比与频率均可调的多谐振荡器

（5）组成施密特触发器

电路如图2.12.6所示，只要将2，6脚连在一起作为信号输入端，即得到施密特触发器。

图2.12.7是us，ui和uo的波形图。

图2.12.6 施密特触发器

图2.12.7 波形变换图

设被整形变换的电压为正弦波us，其正半周通过二极管D同时加到555定时器的2脚和6脚，得到ui为半波整流波形。当ui上升到时，u C从高电平翻转为低电平；当ui下降到时，uo又从低电平翻转为高电平。电路的电压传输特性曲线如图2.12.8所示。

回差电压为：

图2.12.8 电压传输特性

三、实验设备与器件

+5 V直流电源；双踪示波器；连续脉冲源；单次脉冲源；音频信号源；数字频率计；0-1指示器；555定时器，2CK13×2，电位器、电阻、电容若干。

四、实验内容

1. 单稳态触发器

① 按图2.12.2连线，取R=100 kΩ，C=47 µF，输出接LED电平指示器，输入信号ui由单次脉冲源提供，用双踪示波器观测ui，u C，uo波形，测定幅度与暂稳时间（用手表计时）。

② 将R改为1 kΩ，C改为0.1 µF，输入端加1 kHz的连续脉冲，观测波形ui，u C，uo，测定幅度及延时时间。

2. 多谐振荡器

① 按图2.12.3接线，用双踪示波器观测u C与uo的波形，测定振荡频率。

② 按图2.12.4接线，组成占空比为50%的方波信号发生器，观测u C，uo波形，测定波形参数。

3. 施密特触发器

按图2.12.6接线，输入信号为1 kHz的正弦信号，预先调好ui的频率为1 kHz，接通电源，逐渐加大us的幅度，观测输出波形，测绘出电压传输特性，算出回差电压Δu。

五、预习要求

① 根据所选实验任务，阅读有关实验原理，进行必要的分析和计算。

② 画出实验电路图，拟定实验数据和波形记录表格。

六、实验报告要求

① 绘出完整的实验线路图及观测到的波形。

② 分析、总结实验结果。