光电技术课程设计报告.doc

光电技术课程设计报告

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2020年4月19日
文档仅供参考

课程设计报告

姓 名： 黄梦 学 号： 3558
姓 名： 刘梦莹 学 号： 3559
姓 名： 闫美琪 学 号： 3599
专业与班级： 11级应用物理 指导教师： 孙大智
课程设计名称： 光电技术课程设计
课程设计单位： 电子信息工程学院

一、课程设计目的
1、 加强对555芯片的了解，巩固和加深课堂教学内容；
2、 提高动手能力和工作技能，培养科学工作作风；
3、 为学习后续课程和从事实践技术工作奠定坚实基础。
二、课程设计时间
本课程设计采用课下独立设计和课上集中实践相结合的方式，课上实践包括电子元器件的识别和电路图的设计等，课下设计包括原理的分析和设计报告的整理等。
三、课程设计内容
一、555芯片简介
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，具有成本低、性能可靠、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，能够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。555定时器又称时基电路。555定时器按照内部元件分有双极型（又称TTL型）和单极型两种。双极型内部采用的是晶体管；单极型内部采用的则是场效应管。
555芯片原理
原理图：

分压器为两个电压比较器C1、C2提供参考电压。如5端悬空，则比较器C1的参考电压为2／3Ucc，加在同相端；C2的参考电压为3／1Ucc，加在反相端。 

RS触发器
RS触发器由两个与非门交叉耦合组成，R和S是信号输出端，Q为触发器的输出端。其真值表如下
输入
输出
说明
R S
Q

1 1
NC
不翻转
0 1
1
置1
1 0
1
置0
0 0
1
非法
比较器
如图所示，C1、C2是两个电压比较器，如果用U+和U-表示相应输入端上所加电压，则当U+﹥U-时，其输出为高电平，当U+﹤U-时，输出为低电平。两个输入端基本不向外电路索取电流，即输入电阻趋近于无穷大。
分压器
三个阻值均为5K欧姆的电阻串联起来构成分压器（555芯片也因此得名），为比较器C1、C2提供参考电压。如图所示，C1端“U-”=2/3*Vcc,C2端“U+”=1/3*Vcc。电压控制端5脚处如果另加控制电压，可改变C1、C2的参考电压，工作中不使用控制端时，一般经过接一个0.01μF的电容接地,以防旁路高频干扰。
555芯片的结构
常见的555时基集成电路为塑料双列直插式封装，正面印有555字样，左下角为脚①，管脚号按逆时针方向排列。

555时基集成电路各管脚排布
555时基集成电路各管脚的作用： 脚①是公共地端为负极； 脚②为低触发端TR，低于1／3电源电压以下时即导通； 脚③是输出端V，电流可达 mA; 脚④是强制复位端MR，不用可与电源正极相连或悬空; 脚⑤是用来调节比较器的基准电压，简称控制端VC，不用时可悬空，或经过0.01μF电容器接地; 脚⑥为高触发端TH，也称阈值端，高于2/3电源电压发上时即截止; 脚⑦是放电端DIS; 脚⑧是电源正极VC。
555芯片的内部等效电路
555芯片的功能
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。
555定时器功能如下表所示
输入
输出
复位
U11
U12
输出U0
晶体管T
0
×
×
0
导通
1
﹥
﹥
0
导通
1
﹤
﹤
1
截止
1
﹤
﹥
保持
保持

555芯片的特点
① 555在电路结构上是由模拟电路和数字电路组合而成，它将模拟功能与逻辑功能兼容为一体，能够产生精确的时间延迟和振荡。它拓宽了模拟集成电路的应用范同。 
② 该电路采用单电源。双极型555的电压范围为4.5V～15V;而CMOS型的电源适应范围更宽，为2V～18V。这样，它就能够和模拟运算放大器和TTL或CMOS数字电路共用一个电源。 
③ 555可独立构成个定时电路，且定时精度高。 ④ 555的最大输出电流选200mA，带负载能力强。可直接驱动小电机、喇叭、继电器等负载。 
⑤ 该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就能够构成单稳态触发器和多谐振荡器等，因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。 
⑥ 555 定时器成本低，性能可靠。 
555芯片的分类
这里我们按555电路的结构特点进行分类和归纳，把555电路分为3大类、8种、共18个单元电路。每个电路除画出它的标准图型，指出她们的结构特点或识别方法外，还给出了计算公式和她们的用途。方便大家识别、分析555电路。　
555电路在应用和工作方式上一般可归纳为3类。每类工作方式又有很多个不同的电路。在实际应用中，除了单一品种的电路外，还可组合出很多不同电路，如：多个单稳、多个双稳、单稳和无稳，双稳和无稳的组合等。这样一来，电路变的更加复杂。为了便于我们分析和识别电路，更好的理解555电路，下面将分别介绍这3类电路。
⑴单稳类电路
单稳工作方式，它可分为3种。见图示。
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。她们的输入端的形式，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，也能够分为2个不同的单元。她们的输入特点都是“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个常见电路。

⑵双稳类电路
　　这里我们将对555双稳电路工作方式进行总结、归纳。555双稳电路可分成2种。
　　第一种（见图1）是触发电路，有双端输入（2.1.1）和单端输入（2.1.2）2个单元。单端比较器（2.1.2）能够是6端固定，2段输入；也可是2端固定，6端输入。

　　第2种（见图2）是施密特触发电路，有最简单形式的（2.2.1）和输入端电阻调整偏置或在控制端（5）加控制电压VCT以改变阀值电压的（2.2.2）共2个单元电路。

　　双稳电路的输入端的输入电压端一般没有定时电阻和定时电容。这是双稳工作方式的结构特点。2.2.2单元电路中的C1只起耦合作用，R1和R2起直流偏置作用。

⑶无稳类电路
第三类是无稳工作方式。无稳电路就是多谐振荡电路，是555电路中应用最广的一类。电路的变化形式也最多。为简单起见，也把它分为三种。 
　　第一种（见图1）是直接反馈型，振荡电阻是连在输出端VO的。

　　第二种（见图2）是间接反馈型，振荡电阻是连在电源VCC上的。其中第1个单元电路（3.2.1）是应用最广的。第2个单元电路（3.2.2）是方波振荡电路。第3、4个单元电路都是占空比可调的脉冲振荡电路，功能相同而电路结构略有不同，因此分别以3.2.3a 和3.2.3b的代号。

　　第三种(见图3)是压控振荡器。由于电路变化形式很复杂，为简单起见，只分成最简单的形式（3.3.1）和带辅助器件的(3.3.2)两个单元。图中举了两个应用实例。

　　无稳电路的输入端一般都有两个振荡电阻和一个振荡电容。只有一个振荡电阻的能够认为是特例。例如：3.1.2单元能够认为是省略RA的结果。有时会遇上7.6.2三端并联，只有一个电阻RA的无稳电路，这时可把它看成是3.2.1单元电路省掉RB后的变形。
二、实验设计（双光控节电开关）
（1） 电路原理
如下图所示为双光控节电开关的电路图，下面分光线充分和光线不足两种情况讨论双光控节电开关的工作原理。
光线充分：
当白天有光照照射到VT3时，VT3呈现导通状态，此时VT4的b点为高电平，VT4导通，芯片的4管脚为低电平，此时芯片为强制复位状态，因此芯片3管脚输出为低电平，无输出，LED不亮。
光线不充分：
当夜晚没有光照（或光线较弱时）射到VT3，VT3呈现截止状态，此时VT4的b点为低电平，VT4截止，芯片4管脚为高电平，此时芯片处于暂稳态。当没有人经过有光照射到VT1时，VT1导通，VT2的b点为低电平，此时VT2截止，芯片2管脚为高电平，由芯片的功能，3管脚输出低电平，LED不亮。当有人经过时，阻挡了光照射到VT1，VT1呈现截止状态，VT2的b点为高电平，此时VT2导通，芯片2管脚为低电平，因此3管脚输出高电平，LED亮。其中470千欧的电阻和电解电容组成振荡电路，决定了灯亮之后维持的时间。