单稳态触发器和多谐振荡器

一、实验目的

1、  研究555单稳态触发器的功能。

2、  研究由555构成的多谐振荡器的功能。

二、实验仪器

5V直流电源                                          1个

逻辑开关                                            1个

逻辑探头                                            1个

555定时器                                           1个

信号发生器                                          1台

双踪示波器                                          1台

电容器   1uF、 100uF、0.02uF                       各一个

          0.01uF                                     2个

电阻      200KΩ、100KΩ、72KΩ、

          48KΩ、10KΩ、5KΩ、1KΩ                  各1个

三、实验原理

单稳态触发器具有三个特点：第一，由一个稳态和一个暂稳态；第二，在外来触发脉冲的作用下，能够从稳态翻转为暂稳态；第三，暂稳态维持一段时间以后将自动返回稳态，而暂稳态的维持时间与触发脉冲无关，仅决定与电路本身的参数。

图1 555单稳态触发器

图1电路可用来验证555单稳态触发器的逻辑功能。图中1电路可用来验证555单稳态触发器的逻辑功能 。图中TRI为下降沿触发脉冲输入端，由时钟脉冲逻辑开关CLOCK提供下降沿触发脉冲。逻辑探头Output可显示单稳电路的输出状态，稳态时Out=0，暂稳态时Out=1。暂稳态的维持时间t_w由 RC电路的时间常数来决定，其计算公式为

图2 555单稳态电路的时间波形  

图2为测试555单稳态触发器时间波形得电路。信号发生器将一系列短周期方波脉冲加到单稳电路的下降沿触发输入端TRI，示波器将显示触发输入端TRI和输出端Out的波形。

图3是一个用555定时器连成的多谐振荡器电路。电路的振荡频率 和输出矩形波的占空比由外接元件R_A、R_B和C₁决定。C₂为控制输入端 CON的旁路电容，对振荡频率没有什么影响，在有些情况下可以去掉。振荡频率f可由输出脉冲的周期求出，即

占空比q 为用百分数表示的多谐振荡器输出高电平的时间t₂与周期 T之比，即

对于图3所示的多谐振荡电路，在一周内输出低电平的时间t₁、输出高电平的时间t₂­、振荡周期T、振荡频率 及占空比q的近似值可由下列公式求出

图3 555多谐振荡器

四、实验内容

1、  在EWB平台上建立如图1所示的实验电路，这是一个验证单稳态触发器逻辑功能的虚拟实验电路。逻辑探头Output检验单稳态电路输出Out的高电平。逻辑开关CLOCK为单稳电路触发输入端TRI提供下降沿触发信号，开始时这个逻辑开关应该接高电平。单机仿真开关运行动态分析，同时按计算机键盘上的空格键Space两次，给单稳电路触发端加上一个下降沿触发脉冲，测量并纪录单稳态电路输出高电平（Out=1,逻辑探头Output发红光）的持续时间t_w。

2、  根据电阻值R和电容值C，计算555单稳电路输出高电平的持续时间t_w。

3、  单击开关停止仿真。将电阻值改为200KΩ，这时逻辑开关CLOCK应当接高电平。单击仿真开关运行动态分析，同时连续按键盘上的空格键两次，各单稳态电路的触发端加上一个下降沿触发信号，测量并纪录单稳态电路输出高电平的持续时间 .

4、  单击开关停止仿真。在EWB平台上建立如图2所示的实验电路，这是一个用信号发生器和示波器测量555单稳态触发器时间波形的电路。信号发生器和示波器按图设置。

5、  单击仿真开关运行动态分析。信号发生器在单稳态电路的下降沿触发端TRI加上一系列持续时间很短的方波信号，示波器则显示输入及输出信号的波形。

6、  单击开关停止仿真。在EWB平台上建立如图3所示的多谐振荡器电路，示波器按图设置。

7、  测量并记录输出低电平的时间t₁、输出高电平的时间t₂及振荡周期T。

8、  测量并记录触发电压的最大值V_H及最小值V_L。

9、  根据步骤7测出的振荡器周期T，计算脉冲频率 ，单位为Hz。

10、              根据步骤7测出的t₁、t₂及振荡周期T，计算占空比q.

11、              根据图5—49所示的电路中的电阻值R_A、R_B及电容值C₁，计算t₁、t₂及T 。

12、              单击仿真开关停止仿真。将电阻值R_A­及R_B改为48KΩ。单击仿真开关进行动态分析。等振荡稳定后按计算机键盘上的F9键暂停方针。

13、              测量并记录输出低电平的时间t₁、输出高电平的时间t₂及周期T。

14、              根据步骤13测出的周期T，计算频率 ，单位为Hz。

15、              根据步骤13测出的t₁、t₂及周期T，计算占空比q。

16、              根据新的电阻值R_A、R_B及新的电容值C₁，计算t₁、t₂和T。

17、              单击仿真开关停止仿真。将电阻值C₁改为0.02uF。单击仿真开关进行动态分析。等振荡稳定后按计算机键盘上的F9键暂停方针。

18、              测量并记录输出低电平的时间t₁、输出高电平的时间t₂及周期T。

19、              根据测出的t₁、t₂及周期T，计算占空比q.

20、              根据新测出的周期T，计算频率 ，单位为Hz。

五、思考与分析

1、  说明555时基电路各个引脚的功能。

2、  步骤1的单稳态电路输出脉冲宽度t_w的测量值与步骤2的计算值比较，情况如何？

3、  图5—48所示的单稳态电路是由输入脉冲信号的上升沿触发还是下降演触发？

4、  改变输入脉冲信号的频率，图5—48所示的单稳电路输出脉冲宽度会改变吗？

5、  多谐振荡器t₁、t₂及T的测量值与计算值比较，情况如何？

6、  多谐振荡器输出波形占空比的测量值与计算值比较，情况如何？