电工实验指导2012

实验一 常用电子仪器使用练习

一、实验目的

1. 初步了解示波器、低频信号发生器、电子管毫伏表、万用电表、直流稳压电源的使用方

法。

2. 识别电阻、电容、电感及晶体管等元件。

3. 学会用万用表识别二极管、三极管脚，并用晶体图示仪器量其性能好坏。 4. 了解实验装置的结构及使用方法。 二、实验原理。

在电子技术实验室里，常用的电子仪器、信号发生器、直流稳压和测量仪表（万用表、电子管毫伏表）等。他们的用途与实验电路的关系如图1-1所示。 直流稳压电源 （供电） 示波器 信号发生器 实验电路（观察波形） （供信号） 测量仪器 （测交，直流量）

要正确地观察实验现象，测量实验数据，保证顺利进行实验，就必须掌握这些电子仪器的使用方法，这也是学习本课程中必须学会的一项重要实验技能。 三．实验内容。

1．V-212型双踪示波器的使用练习。

（1）校对Y轴标尺的灵敏度（VOLTS/DIV）和扫描速度（TIME/DIV） （2）测试练习。

从FJ-XDIIPS型信号发生器取得IV ，1KHz正弦波信号，用DF-2175型毫伏表测量其

电压值。再用MF-47万用电表交流档测量电压值，并用V-212型示波器观察波形且测

1

量其峰峰值。将所测结果记入表1-2-1中。归纳各种仪器使用上的特点。

表1-1 同一电量用不同仪器测量结果的比较 仪器 MF-47 万用电表 DF-2175交流毫伏表 V-212双踪示波器 表头刻度量程 实际值 表头刻度 （读数） （示值） （读数） 量程 实际值 格数 灵敏度 实际值 （示值） V/格 （有效值） 数值与单位 表1-2示波器各旋钮操作记录

（V2为1KHZ幅值为0.5伏方波）（V1为1KHZ ，有效值为1伏正弦波）

示波器旋钮名 称 位置CH1CH2DUALADD5mv/DIV2v/DIV50mv/DIV自动(AUTO)常态(NORM)CH1CH2VERT0.1ms/DIV0.2ms/DIV0.5ms/DIV1ms/DIV50ms/DIV10ums/DIV*2.5*10*1(CAL)荧光屏显示结果原因分析Y轴显示方式选择CH2/CH1Y轴作用Y轴灵敏度触发方式触发析性触发电平时基时间/厘米扫描扩展正常（标准）X轴作用

五、思考题

1、用示波器观测被测信号波形时，为了在荧光屏上稳定显示五个完整周期的波形，被测信号的频率与扫描频率应满足怎样的关系？

2、根据以下提出的要求，说明欲用示波器观察波形时，需调节哪些旋钮。 （1）波形清晰。

2

（2）波形亮度适中。 （3）波形在荧光屏中央。 （4）波形大小适中。 （5）波形完整。 （6）波形稳定。 3、用示波器观察正弦电压时，若荧光屏上出现如图所示波形，是哪些开关和旋钮位置不对？如何调节？

3

实验二 晶体管共射极单管放大器

一、实验目的

1． 学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。 2． 掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法。 3． 熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。

二、实验仪器

1． 双踪示波器 2． 万用表 3． 交流毫伏表

三、实验原理

图2-1 共射极单管放大器实验电路

图2-1为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用RB2和RB1

组成的分压电路，并在发射极中接有电阻RE，以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加入输入信号Ui后，在放大器的输出端便可得到一个与Ui相位相反，幅值被放大了的输出信号U0，从而实现了电压放大。 在图2-1电路中，当流过偏置电阻RB1和RB2的电流远大于晶体管T的基极电流IB时（一般5~10倍），则它的静态工作点可用下式估算，UCC为供电电源，此为+12V。

UB?RB1UCC （2-1）

RB1?RB2IE?

UB?UBE?IC （2-2）

RE4

UCE?UCC?IC(RC?RE) （2-3）

电压放大倍数

AV???RCRLrbe （2-4）

输入电阻 Ri?RB1RB2rbe （2-5） 输出电阻 R0?RC （2-6） 由于电子器件性能的分散性比较大，因此在设计和制作晶体管放大电路时，离不开测量和调试技术。在设计前应测量所用元器件的参数，为电路设计提供必要的依据，三极管β值的测量方法见附录二中的晶体管的主要参数及其测试。在完成设计和装配以后，还必须测量和调试放大器的静态工作点和各项性能指标。一个优质放大器，必定是理论设计与实验调整相结合的产物。

放大器静态工作点的测量与调试

1） 静态工作点的测量

测量放大器的静态工作点，应在输入信号Ui=0的情况下进行，即将放大器输入端与地端短接，然后选用量程合适的数字万用表，分别测量晶体管的集电极电流IC以及各电极对地的电位UB、UC和UE。一般实验中，为了避免断开集电极，所以采用测量电压，然后算出IC的方法，例如，只要测出UE，即可用IC?IE?U?UCUE算出IC（也可根据IC?CCRERC，

由UC确定IC），同时也能算出UBE?UB?UE,UCE?UC?UE。

2） 静态工作点的调试

放大器静态工作点的调试是指对管子集电极电流IC（或UCE）调整与测试。

静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大的影响。如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时uO的负半周将被削底，如图2-2（a）所示，如工作点偏低则易产生截止失真，即uO的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显），如图2-2（b）所示。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一定的ui，检查输出电压uO的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调节静态工作点的位置。

(a)饱和失真 (b)截止失真

图2-2 静态工作点对U0波形失真的影响

改变电路参数UCC，RC，RB（RB1，RB2）都会引起静态工作点的变化，如图2-3所示，但通常多采用调节偏电阻RB2的方法来改变静态工作点，如减小RB2，则可使静态工作点提高等。

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最后还要说明的是，上面所说的工作点“偏高”或“偏低”不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。所以确切的说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。如须满足较大信号的要求，静态工作点最好尽量靠近交流负载线的中点。

图2-3 电路参数对静态工作点的影响 2. 放大器动态指标测试

放大器动态指标测试包括电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压（动态范围）和通频带等。

1） 电压放大倍数AV的测量

调整放大器到合适的静态工作点，然后加入输入电压ui，在输出电压uo不失真的情况下，用交流毫伏表测出ui和uo的有效值Ui和Uo，则

AV=

UO （2-7） Ui2） 输入电阻Ri的测量

为了测量放大器的输入电阻，按图2-4电路在被测放大器的输入端与信号源之间串入一已知电阻R，在放大器正常工作的情况下，用交流毫伏表测出US和Ui，则根据输入电阻的定义可得

Ri=

UiUiUi==R （2-8） UIiUS?UiRR测量时应注意

① 由于电阻R两端没有电路公共接地点，所以测量R两端电压UR时必须分别测

出US和Ui，然后按UR=US-Ui求出UR值。

② 电阻R的值不宜取得过大或过小，以免产生较大的测量误差，通常取R与Ri

为同一数量级为好，本实验可取R=1～2KΩ。

3） 输出电阻RO的测量

按图2-4电路，在放大器正常工作条件下，测出输出端不接负载RL的输出电压UO和接入负载后输出电压UL，根据

UL=

RLUO （2-9）

RO?RL6

即可求出RO

RO=（

UO?1）RL （2-10） UL在测试中应注意，必须保持RL接入前后输入信号的大小不变。

图2-4 输入、输出电阻测量电路

4） 最大不失真输出电压UOPP的测量（最大动态范围） 如上所述，为了得到最大动态范围，应将静态工作点调在交流负载线的中点。为此在放大器正常工作情况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节RW（改变静态工作点），用示波器观察uo，当输出波形同时出现削底和缩顶现象（如图2-5）时，说明静态工作点已调在交流负载线的中点。然后反复调整输入信号，使波形输出幅度最大，且无明显失真时，用交流毫伏表测出UO（有效值），则动态范围等于22UO。或用示波器直接读出UOPP来。

图2-5 静态工作点正常，输入信号太大引起的失真 5） 放大器频率特性的测量

放大器的频率特性是指放大器的电压放大倍数AV与输入信号频率f之间的关系曲线。单管阻容耦合放大电路的幅频特性曲线如图2-6所示：

Avm

图2-6 幅频特性曲线

为中频电压放大倍数，通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的

1/2倍，即0.707Avm所对应的频率分别称为下限频率fL和上限频率fH，则通频带

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fBW=fH-fL （2-11）

放大器的幅频特性就是测量不同频率信号时的电压放大倍数AV。为此可采用前述测AV

的方法，每改变一个信号频率，测量其相应的电压放大倍数，测量时要注意取点要恰当，在低频段与高频段要多测几点，在中频可以少测几点。此外，在改变频率时，要保持输入信号的幅度不变，且输出波形不能失真。

三、实验内容

1．连线

在实验箱的晶体管系列模块中，按图2-1所示连接电路：DTP5作为信号Ui的输入端，DTP4（电容的正级）连接到DTP26（三极管基极），DTP26连接到DTP54，DTP63连接到DTP64（或任何GND），DTP26连接到DTP47（或任何10K电阻），再由DTP48连接到47K电位器（RW）的“1”端，电位器的三端设置如下图所示，我们选择第一种电位器的连接方

法（电位器的连接方法参照附录1中的附录图1-4所示），“2”端和“3”端相连连接到DTP31，DTP27（三极管射极）连接到DTP42，DTP27连接到DTP59（或DTP60），DTP43连接到DTP63，DTP24连接到DTP35，DTP25先不接开路，最后把电源部分的+12V连接到DTP31。 注：以后实验电路的组成都是这样按指导书提供的原理图在实验箱相应模块中一根一根

连线，这样把分立元件组合在一起构成，以后连接实验图都如此，不再如此详细说明。 2．测量静态工作点

静态工作点测量条件：输入接地即使Ui=0. 在步骤1连线基础上，DTP5接地（即Ui=0），打开直流开关，调节RW，使IC=1.0mA（即UE=0.43V），用万用表测量UB、UE、UC、RB2值。记入表2-1。

表2-1 IC=1.0mA 测 量 值 计 算 值 IC（mA） UB（V） UE（V） UC（V） RB2（KΩ） UBE（V） UCE（V） 3．测量电压放大倍数 参照实验一实验内容步骤1、2、4，调节一个频率为1KHz、有效值为10mV的正弦波由OUT输出且作为输入信号Ui 。断开DTP5接地的线， 从OUT连接到DTP5，同时用双踪示波器观察放大器输入电压Ui（DTP5处）和输出电压Uo（DTP25处）的波形，在Uo波形不失真的条件下用毫伏表测量下述三种情况下(1.不变实验电路时；2.把连接点DTP35换到DTP32或DTP33时；3.从DTP32或DTP33改回到DTP35,DTP25连接到DTP52时)的Uo值（DTP25处），并用双踪示波器观察Uo和Ui的相位关系，记入表2-2。

表2-2 IC=1.0mA Ui= mV （有效值） RC（KΩ） 5.1 2.4 5.1 RL（KΩ） U0（V） AV ∞ ∞ 2.4 观察记录一组U0和Ui波形 Ui Ui Ui Uo Uo Uo 注意：由于Uo所测的值为有效值，故峰峰值Ui需要转化为有效值或用毫伏表测得的Ui

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来计算AV值。切记万用表，毫伏表测量都是有效值，而示波器观察的都是峰峰值。 4．观察静态工作点对电压放大倍数的影响

在步骤3的 RC=5.1KΩ，RL= ∞连线条件下，调节一个频率为1KHz、峰峰值为500mV的正弦波由OUT输出且作为输入信号Ui连到DTP5。调节RW，用示波器监视输出电压波形，在uo不失真的条件下，测量数组IC和UO的值，记入表2-3。测量IC时，要使Ui=0（断开输入信号OUT，DTP5接地）。

表2-3 RC=5.1KΩ RL= ∞ Ui= mV（有效值） RC（KΩ） RL（KΩ） 5.1 2.4 5.1 ∞ ∞ 2.4 U0（V） AV 观察记录一组U0和Ui波形 Ui Ui Ui Uo Uo Uo 5．观察静态工作点对输出波形失真的影响

在步骤3的RC=5.1KΩ RL=2.4KΩ连线条件下，使ui=0，调节RW使IC=1.0mA（参见本实验步骤2），测出UCE值。调节一个频率为1KHz、峰峰值为500mV的正弦波由OUT输出且作为输入信号Ui连到DTP5，再逐步加大输入信号，使输出电压Uo足够大但不失真。然后保持输入信号不变，分别增大和减小RW，使波形出现失真，绘出Uo的波形，并测出失真情况下的IC和UCE值，记入表2-4中。每次测IC和UCE值时要使输入信号为零（即使ui=0）。

表2-4 RC=5.1KΩ RL= ∞ Ui= mV IC(mA) 1.0 UCE(V) U0波形 失真情况 管子工作状态 6．测量最大不失真输出电压

在步骤3的RC=5.1KΩ RL=2.4KΩ连线条件下，同时调节输入信号的幅度和电位器RW，用示波器和毫伏表测量UOPP及UO值，记入表2-5。

表2-5 RC=5.1KΩ RL=24KΩ IC(mA) Uim(mV)有效值 Uom(V)有效值 UOPP(V)峰峰值 *7．测量输入电阻和输出电阻

按图2-4所示，取R=2K，置RC=5.1KΩ，RL=2.4KΩ，IC=1.0mA。输入f=1KHz、峰峰值为1V的正弦信号，在输出电压uo不失真的情况下，用毫伏表测出US，Ui和UL，用公式2-8算出Ri。

保持US不变，断开RL，测量输出电压UO，参见公式2-10算出R0。 *8．测量幅频特性曲线

取IC=1.0mA，RC=5.1KΩ，RL=2.4KΩ。保持上步输入信号ui不变，改变信号源频率f，逐点测出相应的输出电压UO，自作表记录之。

为了频率f取值合适，可先粗测一下，找出中频范围，然后再仔细读数。

*号为选作内容，以后不再作说明，另外由于ICL8038产生最大不失真波形的频率为300K且uA741单运放的频率特性在几千赫兹之内比较稳定，这样fh可能达不到所要求大小，只能粗测。另外插线和拨线要慢插慢拨，做完每个小实验要关掉电源，把连接线整理好，为下个实验作好准备，以后不再说明。

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*附晶体管系列元件分布图如下：

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实验三 集成运算放大器的基本应用

—— 模拟运算电路

一、实验目的

1. 研究由集成运算放大器组成的比例、加法、减法和积分等基本运算电路的功能。 2. 了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。

二、实验仪器

1．双踪示波器 2．万用表

3．交流毫伏表

三、实验原理

在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数、指数等模拟运算电路。

1）反相比例运算电路

电路如图11-1所示。对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为

UO??RFUi （11-1） R1

图11-1 反相比例运算电路

为减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻R2=R1∥RF。 2）反相加法电路

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图11-2 反相加法运算电路

电路如图11-2所示，输出电压与输入电压之间的关系为

UO??(RFRUi1?FUi2) R3=R1∥R2∥RF （11-2） R1R23）同相比例运算电路

图11-3（a）是同相比例运算电路，它的输出电压与输入电压之间的关系为 UO?(1?RF)Ui R2=R1∥RF （11-3） R1当R1→∞时，UO=Ui，即得到如图11-3（b）所示的电压跟随器。图中R2=RF，用以减小漂移和起保护作用。一般RF取10KΩ，RF太小起不到保护作用，太大则影响跟随性。

图11-3 同相比例运算电路

4）差动放大电路(减法器)

对于图11-4所示的减法运算电路，当R1=R2，R3=RF时，有如下关系式：

U0?RF(Ui2?Ui1) （11-4） R1

图11-4 减法运算电路

5）积分运算电路

反相积分电路如图11-5所示。在理想化条件下，输出电压U0等于

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1 U0(t)??RC?Udt?U0itC(0) （11-5）

式中UC(0)是t=0时刻电容C两端的电压值，即初始值。

图11-5 积分运算电路

如果Ui(t)是幅值为E的阶跃电压，并设UC(0)=0，则 U0(t)??

1RC?t0Edt??Et （11-6） RC此时显然RC的数值越大，达到给定的U0值所需的时间就越长，改变R或C的值积分波形也不同。一般方波变换为三角波，正弦波移相。 6）微分运算电路

微分电路的输出电压正比于输入电压对时间的微分，一般表达式为：

U?=?RCduIdt （11-7）

利用微分电路可实现对波形的变换，矩形波变换为尖脉冲，正弦波移相，三角波变换为方波。

图11-6 微分运算电路

7）对数运算电路

对数电路的输出电压与输入电压的对数成正比，其一般表达式为：

u0=KlnuI （11-8） 利用集成运放和二极管组成如图11-8基本对数电路。K为负系数。

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8）指数运算电路

指数电路的输出电压与输入电压的指数成正比，其一般表达式为：

u0?KeuI （11-9）

利用集成运放和二极管组成如图11-9基本指数电路。K为负系数。

四、实验内容

1．反相比例运算电路 1）先把运放调零（方法见实验十步骤3说明），然后在此运放处按图11-1正确连线。 2）输入f=1000Hz，Ui=100mV（有效值）的正弦交流信号，打开交流开关，用毫伏表测量Ui、U0值（用表测量的都为有效值），并用示波器观察U0和Ui的相位关系，记入表11-1。

表11-1 Ui=100mV（有效值），f=1000Hz Ui(V) U0(V) Ui波形 Av U0波形 实测值 计算值 2．同相比例运算电路 1）按图11-3(a)连接实验电路。实验步骤同上，将结果记入表11-2。 2）将图11-3(a)改为11-3(b)电路重复内容1)。

表11-2 Ui=100mV（有效值），f=1000Hz Ui(V) U0(V) Ui波形 Av U0波形 实测值 计算值 3．反相加法运算电路 1）先把运放调零，然后在此运放处按图11-2正确连接实验电路。 2）输入信号采用直流信号源(参照附录一附录图1-1插孔图和采用连接方法1) ，图11-7

所示电路为简易直流信号源Ui1、Ui2：

图11-7 简易可调直流信号源

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用万用表测量输入电压Ui1、Ui2(且要求均大于零小于0.5V)及输出电压U0，记入表11-3。 表11-3 Ui1(V) Ui2(V) U0(V) 4．减法运算电路 1）先把运放调零，然后在此运放处按图11-4正确连接实验电路。 2）采用直流输入信号，实验步骤同内容3，记入表11-4。 表11-4 Ui1(V) Ui2(V) U0(V) 5．积分运算电路

1）先把运放调零，然后在此运放处按积分电路如图11-5所示（5000P由0.01uF串连组成）正确连接。

2）取频率约为5KHz，峰峰值为20伏的方波（参照实验一内容，跳线取PS2、PS4连接）作为输入信号Ui，打开交流开关，输出端接示波器，可观察到三角波波形输出，若有很大的削底失真则增加Ui峰峰值；若有很大的顶端失真则减小Ui峰峰值，调节一失真很小的三角波波形并记录之。 6．微分运算电路

1）先把运放调零，然后在此运放处微分电路如图11-6所示（5000P由0.01uF串连组成）正确连接。

2）取频率约为5KHz，峰峰值为20伏的三角波（参照实验一内容，跳线取PS2、PS5连接）作为输入信号Ui，打开交流开关，输出端接示波器，可观察到方波波形。 7．对数运算电路

图11-8对数运算电路

先把运放调零，实验电路如图11-8所示正确连接，D为普通二极管，取频率为400—1000Hz，峰峰值为500mV的三角波（参照实验一内容，跳线取PS1、PS5连接）作为输入信号Ui，打开交流开关，输入和输出端接双踪示波器，调节三角波的幅度，观察输入和输出波形如下所示：

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8．指数运算电路

图11-9指数运算电路

先把运放调零，实验电路如图11-9所示正确连接，D为普通二极管，取频率为600—

1000Hz，峰峰值为1V的三角波（参照实验一内容，跳线取PS1、PS5连接）作为输入信号Ui，打开交流开关，输入和输出端接双踪示波器，调节三角波的幅度，观察输入和输出波形如下所示：

*元件分布图参考实验一电源模块的直流信号源元件分布图和实验十运放系列模块元件分布图

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实验四 直流稳压电源

——集成稳压器

一、实验目的

１．集成稳压器的特点和性能指标的测试方法。 ２．了解集成稳压器扩展性能的方法。

二、实验仪器

1．双踪示波器

2．万用表 3．毫伏表

三、实验原理

78、79系列三端式集成稳压器的输出电压是固定的，在使用中不能进行调整。另有可调式三端稳压器LM317（正稳压器）和LM337（负稳压器）。

1．固定式三端稳压器：

图20-1是用三端式稳压器7905构成实验电路图。滤波电容C一般选取几百～几千微法。在输入端必须接入电容器C1(数值为0.33μF)，以抵消线路的电感效应，防止产生自激振荡。输出端电容C0(0.1μF)用以滤除输出端的高频信号，改善电路的暂态响应。

图20-1 固定式稳压电源电路

2．可调式三端稳压器

5K

图20-2 可调集成稳压电源电路

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图20-2为可调式三端稳压电源电路，可输出连续可调的直流电压，其输出电压范围在1.25~37V，最大输出电流为1.5A，稳压器内部含有过流、过热保护电路。如图20-2所示，C1，C2为滤波电容，D1保护二极管，以防稳压器输出端短路而损坏集成块。

四、实验内容

1．固定稳压电源电路测试 针对实验电路图20-1所示，在虚线右边稳压部分已在稳压系列模块连好线，只须从BTP19输入滤波后的电压，BTP21输出带负载，BTP20或BTP22接地。按图20-1正确连接电路，打开变压器开关后：

（1）开路时用万用表测出稳压源稳压值

（2）接负载（在Uo输出端接上100/2W+1K电位器RW1）时，调节RL，用万用表测出在稳压情况下的U0变化情况。 2．可调稳压电源电路测试 针对实验电路图20-2所示，在虚线右边稳压部分已在稳压系列模块连好线，只须从BTP23输入滤波后的电压，BTP25输出带负载，BTP24或BTP26接地。按图20-2正确连接电路，打开变压器开关后：

（1）观察输出电压U0的范围

a) 开路情况下的稳压范围

b) 带负载（在Uo输出端接上100/2W+1K电位器RW1）调节RW1为240Ω时，调

节RW，观察输出电压U0的范围。

（2）测量稳压系数S，参考实验十九，取RW1为240Ω，在Ui为7.5V和15V时求出S。 （3）测量输出电阻R0，参考实验十八。 （4）测量纹波电压，参考实验十八。

*3．针对所学和实际调试情况，自己设计一个固定稳压正电源和可调稳压负电源。

*元件分布图参见实验十九稳压系列模块元件分布图

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实验五 555定时器及其应用

一、实验目的

1． 熟悉555型集成时基电路的电路结构、工作原理及其特点。 2． 掌握555型集成时基电路的基本应用。

二、实验原理

555集成时基电路称为集成定时器，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，其应用十分广泛。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。它的内部电压标准使用了三个5K的电阻，故取名555电路。其电路类型有双极型和CMOS型两大类，两者的工作原理和结构相似。几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556；所有的CMOS产品型号最后四位数码都是7555或7556，两者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。555和7555是单定时器，556和7556是双定时器。双极型的电压是+5V~+15V，输出的最大电流可达200mA，CMOS型的电源电压是+3V~+18V。

图19-1 555定时器内部框图

1. 555电路的工作原理

555电路的内部电路方框图如图19-1所示。它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为2/3VCC和1/3VCC。A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过2/3VCC时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3VCC时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。

RD是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接VCC。

Vc是控制电压端（5脚），平时输出2/3VCC作为比较器A1的参考电平，当5脚外接

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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0.01uf的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。

T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。 2. 555定时器的典型应用 （1）构成单稳态触发器

图19-2 555构成单稳态触发器

上图19-2为由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。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Vo输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi端。并使2端电位瞬时低于1/3VCC，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个稳态过程，电容C开始充电，Vc按指数规律增长。当Vc充电到2/3VCC时，高电平比较器动作，比较器A1翻转，输出Vo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，恢复稳定，为下个触发脉冲的来到作好准备。波形图见图19-3。

图19-3 单稳态触发器波形图

暂稳态的持续时间Tw（即为延时时间）决定于外接元件R、C的大小。

Tw=1.1RC

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通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微妙几十分钟之间变化。当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可采用复位端接地的方法来终止暂态，重新计时。此外需用一个续流二极管与继电器线圈并接，以防继电器线圈反电势损坏内部功率管。 （2）构成多谐振荡器

如图19-4，由555定时器和外接元件R1、R2、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R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电端DC放电，使电路产生振荡。电容C在2/3VCC和1/3VCC之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波，对应的波形如图19-5所示。

图19-4 555构成多谐振荡器 图19-5 多谐振荡器的波形图 输出信号的时间参数是： T=tw1?tw2

tw1=0.7（R1+R2）C

tw2=0.7R2C

其中，tw1为VC由1/3VCC上升到2/3VCC所需的时间，tw2为电容C放电所需的时间。 555电路要求R1与R2均应不小于1KΩ，但两者之和应不大于3.3MΩ。

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。 （3）组成占空比可调的多谐振荡器

电路如图19-6，它比图19-4电路增加了一个电位器和两个引导二极管。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）。

图19-6 555构成占空比可调的多谐振荡器

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占空比 q?tw10.7(R1?RW1)C ?tw1?tw20.7(R2?RW2)C可见，若取RA?RB，电路即可输出占空比为50℅的方波信号。 （4）组成占空比连续可调并能调节振荡频率的多谐振荡器

如下图所示：

图19-7 555构成占空比、频率均可调的多谐振荡器

对C1充电时，充电电流通过R1、D1、RW2和RW1，放电时通过RW1、RW2、D2、R2。当R1=R2、RW2调至中心点时，因为充放电时间基本相等，其占空比约为50℅，此时调节RW1仅改变频率，占空比不变。如RW2调至偏离中心点，再调节RW1，不仅振荡频率改变，而且对占空比也有影响。RW1不变，调节RW2，仅改变占空比，对频率无影响。因此，当接通电源后，应首先调节RW1使频率至规定值，再调节RW2，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。

（5）组成史密特触发器

电路如图19-8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19-9画出了VS、Vi和Vo的波形图。

设被整形变换的电压为正弦波VS，其正半波通过二极管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2/3VCC时，Vo从高电平转换为低电平；当Vi下降到1/3VCC时，Vo又从低电平转换为高电平。

回差电压：

△V=VCC?VCC?23131VCC 322

图19-8 555构成史密特触发器 图19-9 555构成史密特触发器的波形图

三、实验设备与器材

1、数字逻辑电路实验箱。

2、数字逻辑电路实验形扩展板。

3． 数字万用表，双踪示波器，频率计，脉冲源。 4． 芯片NE555。

5． 二极管2CK13（或IN4148），电阻，电容，电位器若干。

四、实验内容及实验步骤（使用实验箱中的硬件资源在扩展板上搭建电路实现如下内容）

1. 单稳态触发器

（1）按图19-2连线，取R=100K，C=47uf，输出接LED电平指示器。输入信号Vi由

单次脉冲源提供，用双踪示波器观测Vi，Vc，Vo波形。测定幅度与暂稳态时间。 （2）将R改为1K，C改为0.1uf，输入端加1KHz的连续脉冲，观测Vi，Vc，Vo波形。

测定幅度与暂稳态时间。 2. 多谐振荡器

（1）按图19-4接线，用双踪示波器观测Vc与Vo的波形，测定频率。

（2）按图19-6接线，组成占空比为50℅的方波信号发生器。观测Vc、Vo波形。测定波形参数。

（3）按图19-7接线，通过调节RW1和RW2来观测输出波形。 3. 史密特触发器

按图19-8接线，输入信号由音频信号源提供（也可以由实验箱中信号源部分的正弦信号模拟），预先调好Vi的频率为1KHz，接通电源，逐渐加大Vs的幅度，观测输出波形，测绘电压传输特性，算出回差电压△U。

4. 利用555定时器设计制作一触摸式开关定时控制器，每当用手触摸一次，电路即输出一个正脉冲宽度为10S的信号。试画出电路并测试电路功能。 5. 多频振荡器实例－双音报警电路

电路图如下：

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1K

分析它的工作原理及报警声特点。

（1）观察并记录输出波形，同时试听报警声。

（2）若将前一级的低频信号输出加到后一级的控制电压端5，报警声将会如何变

化？试分析工作原理。

五、实验预习要求

1. 复习有关555的工作原理及其应用。 2. 拟定实验中所需的数据、波形表格。 3. 拟定各次实验的步骤和方法。

六、实验报告要求

1、绘出详细的实验线路图，定量绘出观测到的波形。 2、分析、总结实验结果。

3、绘出每个谐振电路充放电的等效电路图。

4、按实验要求选定各电路参数，并进行理论计算输出脉冲的宽度和频率。

5、在双音报警电路中，若将0.047 uf的电容分别改为1uf、10uf，对报警声有何影响？

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