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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Vi1000pF。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