RC串联电路的稳态过程

选二十五RC电路的稳态过程

一、目的要求

本实验观察RC电路对正弦出入的频率的响应，研究和测量电路的相移φ及加深对示波

器的应用。

二、实验仪器

双踪示波器、低频信号发生器、电阻箱、电容器。

三、参考书目

1．大学物理实验．复旦大学出版社．贾玉润、王公治、凌佩珍主编。

2．电路．西安交通大学邱关源主编。

四、基本原理

当正弦交流电压u（=y0costωt）输入RC串联电路时，电容两端的输出电压u0的幅度及相位将随出入电压u的频率或电阻R的变化而变化。

1．RC电路（如图1（a）所示）。

如图1（b）所示，一点流失量为参考矢量，作u R、u C及u的矢量图。u C与u之间的相位差φ满足下式：

tgφ=ωCR;

(1)

u C/u=cosφ

式中ω（=fπ2）为输入信号源的角频率，相位差φ即为电路的相移，RC为电路的时间常数。

(a)

（b）

图1

2．用李萨如图形法测电路的相移φ

将u C及u分别输入示波器的x、y轴，得李萨如图型（图2示），其解析式为：x=x0cos(ωt-φ)

(2)

y=y0cosωt

式中x 0、y 0分别为正弦信号u c 与u 的振幅。

图2

由式（2），当x=0时，ωt-φ=2/π±，即

ωt=2/π±+φ。由此值得李萨如图形在y 轴的两交点之间的距离：

000sin 2)]2/cos()2/[cos(φφπφπy y B =+--+=

由式（2）知，当cos ωt=±1时，可得到李萨如图形在y 轴上的最大投影值：

A=2y 0

将上两式比较的得：

sin φ=B/A （3）

所以，通过测量李萨如图线的A/B 值，即可算得电路的相移φ。

3． 用双踪示波器测电路的相移φ

将u C 及u 分别输入示波器的y 1及y 2’使波形稳定并调节y 1、y 2移位使u C 及u 的波形均移到上下对称于00’轴处

360?=B

A φ 图3 五、实验内容

1．观察RC 电路对正弦输入电压u 的频率响应。用示波器分别测量u 及u C 的大小。改 变输入电压u 的频率f ，观察并记录u C 的变化趋势。测量u C =（1/2）u 时的信号频率f ，由

式（1）计算此电路的相移并于理论值比较。

2．用李萨如图形测量电路的相移φ。改变输入信号频率f（或电阻R）从一系列李萨如图形测得各响应的A、B值（为减小测量误差，可选择B变化的范围约为0.4~0.6A）。由式（3）计算各相应的电路相移φ值。利用式（1）中tgφ~f（或tgφ~R）的关系，以最小二乘法算得RC（或f）值，并于理论值比较。

3．用双踪示波器测量电路的相移φ。用双踪示波器重复实验内容2。

六、思考题

1．当信号源内阻不能忽略时，式（1）该如何修正？

2．改变f与R使tgφ保持恒定，请观察f在几千赫兹、f较低（几十赫兹）及f较高（几百千赫兹）情况下的李萨如图形。

用555电路原理构成单稳态电路及其应用

用555电路原理构成单稳态电路 及其应用 作者：朱刚 兰州理工大学 07级自动化（一）班 学号：07220103

用555电路原理构成单稳态电路及其应用 作者：朱刚 摘要：本文应用555定时器的基本原理，构成了单稳态电路，并用555定时器构成的单稳态电路设计了楼道灯光的开关控制器，还构成了一个分频电路，可将高频脉冲变换为低频脉冲。 关键词：555定时器、单稳态电路、灯光控制器、分频器。 一、前言：555 定时器是电子工程领域中广泛使用的一种中规模集成电路，它将模拟 与逻辑功能巧妙地组合在一起，具有结构简单、使用电压范围宽、工作速度快、定时精度高、驱动能力强等优点。555 定时器配以外部元件，可以构成多种实际应用电路。广泛应用于产生多种波形的脉冲振荡器、检测电路、自动控制电路、家用电器以及通信产品等电子设备中。 二、555定时器基本原理 （参考：《数字电子技术基础》 第四版阎石） 1、555定时器内部电路如图1所 示。 2、555定时器功能表如表1。 三、用555定时器构成单稳态电路 1、电路结构

电路如图2所示，该电路在555电路的基础上，外加电阻R1，R2和电容C1组成。 2、工作原理 触发信号从TRI 端输入，没有触发信号时TRI 输入的是高电平（13 CC V >）。 接通电源时触发器可能处于0，也可能处于1。 1）、假设通电时 Q=0，则三极管T 导通，0THR ≈,图 1中R=S=1，Q=0，Vo=0，且这一状态稳定的保持住，除非TRI 端有有效的触发脉冲。 2）、假如通电时 Q=1，这时三极管T 截止，Vcc 经电阻R1向电容C1充电。当C1两端电压被充到 12 3 C CC V V =时，R=0，触发器 被置0，Vo=0，T 导通，C1经 T 放电至0，THR=0,R=S=1,电路回到稳态。 当电路处于稳态，TRI 端输入有效的触发脉冲（低电平13 CC V <）时，S=0,触发器置 1，Vo=1 。T 截止，Vcc 经R1 向电容C1充电，至12 3 C CC V V =时，R=0，触发器置0，Vo=0，T 导通，电容放电至0 ，电路又回到稳态。 电路中R2阻值较大，起到断电时为C1提供放电通路，电路正常工作时由于R2阻 值远大于R1。对输出脉冲宽度的影响可忽略。 3、输出脉冲宽度w T 在忽略电阻R2影响的情况下，输出脉 冲宽度约等于电容C1从0充电至23 CC V 的时间。 即： 11ln 1.11123 w CC Vcc T R C R C Vcc V -=≈- 图 3所示为用LM555CM 接成的单稳态电路，触发信号从TRI 输入。该单稳态电路输出脉冲宽度15w T s ≈。 四、 楼道灯光控制器

555构成的单稳态触发器的四种基本电路

555构成的单稳态触发器的四种基本电路 图(a)所示电路是典型的单稳模式电路。当外加脉冲经C1、R1微分电路加至555的2脚时，负向脉冲(<1/3VDD)使555置位，3脚输出暂稳脉冲宽度td=1．1RC。 图(b)与图(a)类同，但它有两个输出端。C通过R至555内部灌电流放电，恢复时间比图(a)要长。 图(c)电路的2、6脚接法与图(a)、(b)不同，外加触发应为正向脉冲，幅值应大于号VDD，暂稳脉冲为负向，其宽度td=1．1 RC，可同时输出两路。 图(d)与图(c)类同，但由于在充电回路中加进了导向二极管D，加快了充电速率，使工作频率大大提高。该电路可同时输出两路。

[日期： 来源：作者：[字体：大中小] 2010-02-20] 555电路 2008/12/17 15:15 555 集成电路开始出现时是作定时器应用的，所以叫做 555 定时器或555 时基电路。但是后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可以用于调光、调温、调压、调速等多种控制以及计量检测等作用；还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，作为交流信号源以及完成电源变换、频率变换、脉冲调制等用途。由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，因此目前被广泛用于各种小家电中。 555 集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、触发器、输出管和放电管等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体。它的性能和参数要在非线性模拟集成电路手册中才能查到。 555 集成电路是 8 脚封装，图 1 （ a ）是双列直插型封装，按输入输出的排列可画 成图 1 （ b ）。其中 6 脚称阀值端（ TH ），是上比较器的输入。 2 脚称触发端（），是下比较器的输入。 3 脚是输出端（ V O ），它有 0 和 1 两种状态，它的状态是由输入端所加的电平决定的。 7 脚的放电端（ DIS ），它是内部放电管的输出，它也有悬空和接地两种状 态，也是由输入端的状态决定的。 4 脚是复位端（），加上低电砰（＜ 0.3 伏）时可使输出成低电平。 5 脚称控制电压端（ V C ），可以用它改变上下触发电平值。 8 脚是电源， 1 脚为地端。 对于初学者来说，可以把 555 电路等效成一个带放电开关的 R － S 触发器，如图 2 （ a ）。这个特殊的触发器有两个输入端；阈值端（ TH ）可看成是置零端 R ，要求高电平； 触发端（）可看成是置位端，低电平有效。它只有 1 个输出端 V O ， V O 可等效成触

单稳态电路图

555单稳态电路图 第1种（图1）是人工启动单稳，又因为定时电阻定时电容位置不同而分为2个不同的单元，并分别以1.1.1 和1.1.2为代号。他们的输入端的形式，也就是电路的结构特点是：“RT-6.2-CT”和“CT-6.2-RT”。 第2种（图2）是脉冲启动型单稳，也可以分为2个不同的单元。他们的输入特点都是“RT-7.6-CT”，都是从2端输入。1.2.1电路的2端不带任何元件，具有最简单的形式；1.2.2电路则带有一个RC微分电路。 第3种（图3）是压控振荡器。单稳型压控振荡器电路有很多，都比较复杂。为简单起见，我们只把它分为2个不同单元。不带任何辅助器件的电路为1.3.1；使用晶体管、运放放大器等辅助器件的电路为1.3.2。图中列出了2个常用电路。

1 555时基电路的特性 555集成电路开始是作定时器运用的，所以叫做555定时器或555时基电路。但后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。由于它工作可靠、运用方便、价钱低廉，当前被广泛用于各种电子产品中，555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及缓冲器等，电路比较庞杂，是模拟电路和数字电路的混合体，如图1所示。

图1 555集成电路内部结构图 555集成电路是8脚封装，双列直插型，如图2(A)所示，按输入输出的排列可看成如图2(B)所示。其中6脚称阈值端(TH)，是上比较器的输入；2 脚称触发端(TR)，是下比较器的输入；3脚是输出端(Vo)，它有O和1两种状态，由输入端所加的电平决定；7脚是放电端(DIS)，它是内部放电管的输出，有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定；4脚是复位端(MR)，加上低电日常可使输出为低电平；5脚是控制电压端(Vc),可用它改动上下触发电平值；8脚是电源端， 1脚是地端。

单稳态电路

单稳态电路 单稳态电路（monostable circuit）是一种具有稳态和暂态两种工作状态的基本脉冲单元电路。没有外加信号触发时，电路处于稳态。在外加信号触发下，电路从稳态翻转到暂态，并且经过一段时间后，电路又会自动返回到稳态。暂态时间的长短取决于电路本身的参数，而与触发信号作用时间的长短无关。 单稳态电路可以由分立元件、集成逻辑门来构成，也可用555定时器或单片专用单稳态触发器实现。 集-基耦合单稳态触发器 电路如图1（a）所示。合理选择电路参数，使稳态时VT1饱和、VT2截止。当外加触发脉冲下降沿到来时，通过微分电路，二极管VD导通，u B1下降、u C1上升、u B2上升、u C2下降、u B1又继续下降，产生正反馈，使电路迅速翻转到VT1截止、VT2饱和的暂态。随着电容器C上电压通过VT2的放电，u B1上升。当它上升到VT1管的导通电压时，电路又一次产生正反馈，使VT1饱和、VT2截止。当C再次充电到稳态时的电荷值后，触发器回到稳态。工作波形如图1（b）所示。Q端输出脉冲宽度t w=0.7R b1C。 微分型单稳态电路 由两个集成逻辑门及RC微分电路构成，如图2（a）所示。R d、C d为输入微分隔直电路。R、C是决定输出脉冲宽度的定时元件。稳态时G1导通、G2截止，u O=U OH。当u I有负脉冲触发时，G1截止，因为电容C上的电压不能突变，所以G2导通，电路进入暂态，电容器C由G1的输出电压经电阻R开始充电。随着C两端电压的升高，u12下降.当u12下降到G2的阈值电平时，G2开始截止，电路产生正反馈，迅速使G1导通、G2截止。当电容C上的电荷恢复到稳态值后，电路又回到稳态。该电路的输出脉冲宽度为：t w=(R+ R0)Cln(·)其中，R0为G1的高电平输出电阻。

单稳态电路

单稳态电路 单稳态电路 (monostable circuit) 是一种具有稳态和暂态两种工作状态的基本脉冲单元电路。没有外加信号触发时，电路处于稳态。在外加信号触发下，电路从稳态翻转到暂态，并且经过一段时间后，电路又会自动返回到稳态。暂态时间的长短取决于电路本身的参数，而与触发信号作用时间的长短无关。 单稳态电路可以由分立元件、集成逻辑门来构成，也可用555定时器或单片专用单稳态触发器实现。集-基耦合单稳态触发器 电路如图1(a)所示。合理选择电路参数，使稳态时VT饱和、VT截止。当外加触发脉冲下降沿到来时，12 通过微分电路，二极管VD导通，u下降、u上升、u上升、u下降、u又继续下降，产生正反馈，使电B1C1B2C2B1 路迅速翻转到VT截止、VT饱和的暂态。随着电容器C上电压通过VT的放电，u上升。当它上升到VT管122B11的导通电压时，电路又一次产生正反馈，使VT 饱和、VT截止。当C再次充电到稳态时的电荷值后，触发器回12 到稳态。工作波形如图1(b)所示。Q端输出脉冲宽度t=0.7RC。 wb1

微分型单稳态电路 由两个集成逻辑门及RC微分电路构成，如图2(a)所示。R、C为输入微分隔直电路。R、C是决定输dd 出脉冲宽度的定时元件。稳态时G导通、G截止，u=U。当u有负脉冲触发时，G截止，因为电容C上的12OOHI1电压不能突变，所以G导通，电路进入暂态，电容器C由G的输出电压经电阻R开始充电。随着C两端电压21 的升高，u下降.当u下降到G的阈值电平时，G开始截止，电路产生正反馈，迅速使G导通、G截止。当12122212电容C上的电荷恢复到稳态值后，电路又回到稳态。该电路的输出脉冲宽度为:t(R+ R)Cln(?)其中，R为Gw=001的高电平输出电阻。 集成单稳态电路 分成两类:一类是可重触发的;一类是不可重触发的。前者是指在电路第一次触发后的暂态期间，允许再次被触发，后者则不允许，即第二次触发无效。

单稳态电路

二、单稳态电路 单稳态电路只有一个稳定状态。在外界触发脉冲的作用下，电路从稳态翻转到暂态，在暂态维持一段时间之后，又返回稳态，并在输出端产生一个矩形脉冲。 1、单稳态的电路组成 它是由CC7555定时电路构成，电路图为：如图（1）所示 它的工作特点： 电路只有一个稳定状态； 当外界触发脉冲来后，电路从稳态翻转到暂态，并在暂态停留一段时间，而且在输出端产生一个宽度为 的矩形脉冲。 T W 它的应用： 在数字系统中，单稳态电路常用于整形。即：把不规则的波形转换成宽度、幅度相同的波形。 例1.怎样改变输出脉冲的宽度(即延迟时间)呢？ 答：有三种方法1.改变电阻R；2.改变电容C；3.改变控制电压端的接法。 例2.如图(1)所示:改变控制电压端(引脚5)的电压值,可改变( ) 答案为：D A.输出电压的高低电平 B.输出电压的周期 C.对输出波形无影响 D.输出电压的脉冲的宽度 第21章单稳态触发器 内容提要：单稳态触发器是一种重要的时序数字电路，本章介绍单稳态触发器的电路构成、工作原理、特性和典型应用。 21.1 单稳态触发器 21.1.1 概述 单稳态触发器也是一种重要的时序逻辑电路，它和双稳态触发器不同，只有一个稳定状态，另一个是暂稳态，经过一段延迟时间后，将自动返回稳定状态。这个延迟时间一般称为暂稳态时间，是由电路中有关的电阻电容时间常数确定的。单稳态触发器进入暂稳态要靠触发脉冲的触发才行，有的单稳态触发器是由

触发脉冲的上升沿触发翻转的；有的单稳态触发器是靠触发脉冲的下降沿触发翻转的。在触发方式是单稳态触发器和双稳态触发器的异同见图21-1-1。 双稳输出单稳输出 触发触发 暂稳时间 图21-1-1 单稳态和双稳态触发器触发方式的异同 21.1.2 集成单稳态触发器 21.1.2.1 集成单稳态触发器简介 产品集成单稳态触发器的型号有许多，如74121、74LS122、74LS123、CC4098、CC4538、CC14528、CC14538等，现以74LS122为例加以说明。 74LS122是双单稳态触发器，它的功能表见表21-1，逻辑符号见图21-1-2。表和图中的d R 是直接清“0”端，2121B B A A 、和、是触发输入端，其中21A A 、是低电平信号触发端，21B B 和是高电平信号触发端，Q Q 和是输出端，R int 和C int 是外接定时电阻和定时电容的接入端。 表21-1 功能表 Q ↑d R 1A 2A 1B 2B Q ? H L ? ? H H H H H H ↑????L H H H ??L H L H L H ??????L L L ?H ↑L ?H ↑L ? H ↑L ?H ↑ H H H H H H H H H H H L ?↓↓↓↓H ?L ext ext /C R ext C int R d R 2B 1 B 2A 1A ext ext / C R ext C int R d R 2 B 1 B 2 A 1 A 图21-1-2 74LS122的逻辑图 图21-1-3 不可重触发单稳态 当d R =0时，单稳态触发器清零，Q =0。功能表中的符号↑和↓表示触发信号的触发边沿，2121B B A A 、和、都可以做触发输入端使用，d R 除了做清零端使用外，也可以做触发端使用，见功能表的最后二行。功能表中的符号表示单稳