用555构成的多谐振荡器

1、555 构成多谐振荡器的报警电路设计一、设计目的555 定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器 件，它性能优良， 适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方 便地组成单稳态触发器和多谐振荡器， 以及不需外接元件就可组成施 密特触发器。因此集成 555 定时被广泛应用于脉冲波形的产生与变 换、测量与控制等方面。本实验根据 555 定时器的功能强以及其适用范围广的特点，设计 实验研究它的内部特性和简单应用。555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。 一 般用双极性工艺制作的称为 555， 555 定时器的电源电压范围宽， 可在 4.5V16V 工作， 7555 可在

2、318V 工作，输出驱动电流约为 200mA,因而其输出可与 TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现 多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。 它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、 家用电器、 电子测量及自动 控制等方面。 555 定时器的内部包括两个电压比较器, 三个等值串联 电阻,一个 RS 触发器,一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个 基准电压 VCC /3 和 2VCC /31T(LXR 1蛀* O* :J0> Vt KVLVccTunrHni r>wot ta<7t<7

3、>(T><?>【 Q?05OWT*4GLHOVTV壮LAL.T图8-1 555定时器内部方框图通过对本次设计能够更好地掌握 555的作用及应用。同时掌握报警电 路的原理及设计方法。二、设计要求 画出电路原理图（或仿真电路图）； 元器件及参数选择； 电路仿真与调试； PCB文件生成与打印输出。（3）制作要求 自行装配和仿真，并能发现问题和解决问题。（4）编写设计报告写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。三、设计原理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

4、态，在自身因素的作用下，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1所示，R1， R2和C是外接定时兀件，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C来不及充电，电容器两端电压 uc为低电平，小于（1Vcc, 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C充电，使 电压uc按 指数规律上升，当uc上升到（2/3） Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（1/3） V

5、cc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充二（R1 + R2） C。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，uc电压总是在（1/32Vcc之间变化。图1 （b）所示为 工作波形。图1 555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波形rJs.ikq0IT1AO.OIufz二 c图1(1)组成施密特触发器电路如图8-7所示，只要将脚2和6连在一起作为信号输入端， 即得到施密特触发器。图8-8画出了 I、Vi和Vo的波形图。设被整形变换的电压为正弦波 -，其正半波通过二

6、极管 D同时加 到555定时器的2脚和六脚，得到的Vi为半波整流波形。当Vi上升 到-'1.7时，Vo从高电平转换为低电平；当 Vi下降到I二时，Vo 又从低电平转换为高电平。回差电压：-VCC-VCC -VCC V=3图8-7 555构成施密特触发器图8-8 555构成施密特触发器的波形图(2)555构成多谐振荡器由555定时器和外接元件R、R?、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R、R向C充电，以及C通过R向放电端必 放电，使电路产生振荡。电容 C在-f 和-二之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波

7、，对应的波形如图8-5所示图8-4 555构成多谐振荡器图8-5 多谐振荡器的波形图输出信号的时间参数是：T= GJ1=0.7( R+R) C=0.7R2C其中，r为VC由匸工上升到丄二二所需的时间，为电容C放电 所需的时间。555电路要求R1与R2均应不小于1KQ,但两者之和应 不大于3.3MQ。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。一般多谐振荡器的工作过程可分为以下四个阶段：(1)暂稳态 l(Otl):电容C充电，充电回路为 VDD R1 R2-C -地，充电时间常数为

8、为t仁(R1+R2)C,电容C上的电压uc随时间t按指数规律上升，此阶段内输出电压uo稳定在高电平. 自动翻转l（t二tl）:当电容上的电压 uc上升到了 VDD时，由于555定时器内S=0,R=1,使触发器状态Q由1变为0,由0变 成1,输出电压uo由高电平跳变为低电平，电容C中止充电. 暂稳态II （t1t2）:由于此刻二=1,因此放电管V饱和导通，电容C放电，放电回路为 C t R2 t放电管 V t地，放电时间 常数t 2=R2C（忽略V管的饱和电阻）,电容电压uc按指数规律 下降，同时使输出维持在低电平上。 自动翻转I （t=t2）:当电容上的电压uc下降到了 VDD时，由于555定

9、时器内S=1,R=0,使触发器状态Q由0变为1,由1变成 0,输出电压uo由低电平跳变到高电平，电容C中止放电. 由于=0,放电管截止，电容C又开始充电，进入暂稳态I.以后，电路重复上述过程，电路没有稳态，只有两个暂稳态， 它们交替变化，输出连续的矩形波脉冲信号。四、实验元器件LM555H （定时器） LAL-BARGRAPH（条形光柱报警）Key二Space（开关）及一些必要的电阻、电容及相关电源U1U2VCCRST OUTDISTHRTRILVL_BARGRAPH10 VGNDLM555CMOOKey = SpaceCON五、实验电路图V112 VR14.7k|?R21k|?U1J16OQ

10、Key = SpaceVCCRSTOUTDISTHRTRICONGND8762511 434 R4 7510|?Q12N2712C3HP100uFR35.1k|?LM555CMR5C2=47nFC1丰100nFU2LVL_BARGRAPH10 V90六、设计结果开关J1是控制多谐振荡器工作与停止，J1断开，多谐振荡器工作， 反之，电路停止振荡。且当多谐振荡器工作时，条形光柱要出现短暂 报警。七、实验总结通过Multisim软件，不仅提供了电路原理图输入和硬件描述语言模 型输入的接口和比较全面的仿真分析功能， 同时还提供了一个庞大的 元、器件模型库和一整套虚拟仪表。因此，可以很方便的实现计算机 仿真和虚拟实验，与传统的实验方法相比，通过Multisim仿真可以看出，设计与实验可以同步进行，且修改电路容易，连线也比较直观。 其观察结果也比较方便。但在做本次实验时，最开始安了一个扬声器，但是没有发出声音， 但在我将它改成条形光柱报警时， 它就能够正常 报警了，所以在调试电路的时候， 对我们的解决问题的能力有所