8脚Vcc
7脚DIS
6脚TH
5脚VM
4脚RD_
3脚OUT
2脚TR_
1脚GND
运放设计原理 一、集成电路及其特点 集成电路是利用氧化,光刻,扩散,外延,蒸铝等集成工艺,把晶体管,电阻,导线等集中制作在一小块半导体(硅)基片上,构成一个完整的电路。按功能可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类,其中集成电路运算放大器(线性集成电路,以下简称集成运放)是模拟集成电路中应用最广泛的,它实质上是一个高增益的直接耦合多级放大电路。 集成电路的特点 1. 单个元件精度不高,受温度影响也大,但元器件的性能参数比较一致,对称性好。适合于组成差动电路。 2. 阻值太高或太低的电阻不易制造,在集成电路中管……
1. 555 定时器
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,用 CMOS 工艺制作的称为 7555,除单定时器外,还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽,可在 4.5V~16V 工作,7555 可在 3~18V 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 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图 2.9.1 和图 2.9.2 所示。它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 /3,它的功能表如表 2.9.1 所示。
555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压,当 5 脚悬空时,则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3,A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3,则比较器 A2 的输出为 1,可使 RS 触发器置 1,使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3,同时 TR 端的电压大于VCC /3,则 A1 的输出为 1,A2 的输出为 0,可将 RS 触发器置 0,使输出为 0 电平。
2. 555 定时器的应用
(1) 多谐振荡器
图 2.9.3 (a) 是用 555 定时器组成的多谐振荡器。令 R1= R0+ RW,则 R1、R2 和 C 为定时元件,C1 是滤波电容,通常 R1、R2 大于 1kΩ。接通电源时,放电管 T 截止,Vo=1。此时电源通过 R1、R2 向电容 C 充电,当电容上电压大于 2VCC /3 时,比较器 1 翻转,输出Vo=0,同时 555 内部的放电管 T 导通,电容 C 通过 R2 放电;当电容上电压小于 VCC /3 时,比较器 2 翻转,使输出电压Vo=1,C 放电终止,又重新开始充电。电容电压VC 和输出电压Vo 的波形如图 2.9.3 (b) 所示。此过程重复,形成振荡。
充电时间 T1 =0.693(R1+ R2)C
放电时间 T2 =0.693R2C
振荡周期 T= T1 +T2=0.693(R1+2 R2)C
占空比 D=T1/T
(2) 单稳态触发器和施密特触发器
单稳态电路的组成如图2.9.4(a)所示。R = R1+RW,当电源接通后,VCC通过电阻R向电容C充电,待电容VC 上升到 2VCC/3 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。当触发端的外接输入信号电压Vi<VCC /3 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 再次通过电阻R 向电容 C 充电。输出维持高电平的时间取决于 RC 的充电时间,输出电压的脉宽 Tw =RCIn3≈1.1RC,一般 R 取 1kΩ ~10MΩ,
C>1000pF。图 2.9.4 (b) 是触发电压Vi、电容电压VC 和输出电压Vo 的波形。
图 2.9.5(a) 为用 555 定时器实现的施密特触发器,它的电压传输特性见图 2.9.5 (b),其中VTH=2VCC/3,VTL=VCC/3,其回差电压VT=VCC/3。
三、实验内容及步骤
1. 多谐振荡器
(1) 按图 2.9.3 (a) 线,组成一个占空比可调的多谐振荡器。
(2) C = 10μF,调节电位器 RW,用示波器观察输出信号的波形和占空比。
2. 单稳态触发器
(1) 按图 2.9.4(a) 连接电路,组成一个单稳态触发器。
(2) 将频率为 1kHz,幅度为 4V 的矩形波信号加到Vi 端,用示波器测量输出脉冲宽度。
(3) 改变输入信号的占空比,观察对输出脉冲有无影响。
(4) 改变输入信号的频率,测量输出频率的最大值。
(5) 取 R = 500kΩ,C = 10μF,555 的输出端接一个 LED,触发输入端接单次脉冲,用秒表记录 LED 点亮的时间。
3. 施密特触发器
(1) 按图 2.9.5 (a) 连接电路,其中取 R1 = R2 = 51kΩ,R3 = 1kΩ,C = 1μF。组成施密特触发器。
(2) 将频率为 1kHz,幅度为 4V 的锯齿波信号加到Vi ,观察输出脉冲波形,记录上限触发电平,下限触发电平,算出回差电压。
4. 图 2.9.6 为“叮咚”门铃电路,555 定时器与 R1、R2、R3 和 C2 组成多谐振荡器。按钮AN未按下时,555 的复位端通过 R4 接地,因而 555 处于复位状态,扬声器不发声。当按下 AN 后,电源通过二极管 D1 使得 555 的复位端为高电平,振荡器起振。因为 R1 被短路,所以振荡频率较高,发出“叮”声。当松开按扭,电容 C1 上的电压继续维持高电平,振荡器继续振荡,但此时 R1 已经接入定时电路,因此振荡频率较低,发出“咚”声。同时 C1 通过 R4 放电,当 C1 上电压下降到低电平时,555 又被复位,振荡器停振,扬声器停止发声。
电路元件的参数为:电源电压 +6V;电阻 R1 = 39kΩ,R2 = R3 = 30kΩ,R4 = 4.7kΩ;电容
C1 = 47μF,C2 = 0.01μF,C3 = 22μF,扬声器阻抗为 8Ω,二极管采用 2CZ 系列。
通过实验调试,使该电路工作,并计算该振荡器的两个不同的振荡频率f1 和f2 。
参考资料:http://www.nwnu.edu.cn/jpkc/2006/szdzjs/shijian/shiyan9.htm