实验: 声控延时开关
一、实验目的
1.熟悉NE555内部电路结构及其工作原理。
2.掌握由NE555组成的单稳态电路触发电路工作原理。
3.进一步熟悉驻极体话筒前置放大器的设计及其在实际电路中的运用。
4.学会利用所学知识对电路工作原理进行分析,能够根据实际的使用需要对电路进行功能上的改进和完善。
二、555及555构成的单稳态电路
1.555内部电路及其工作原理
图9-1
555内部电路如图9-1所示,A1、A2是电压比较器,VT是放电三极管,R1、R2、R3为三个5K电阻构成分压器,555的名称由此而得。
A1为上比较器,其同相输入端(即555的5脚)电位固定在2/3Vcc,A1的反相输入端(即555的6脚)为阀值输入端;A2为下比较器,其反相输入端电位固定在1/3Vcc,反相输入端(即555的2脚)作为触发信号输入端,A1、A2比较器的输出端分别接到触发器的R(置0)端,和S(置1)端,以控制输出端(555的3脚)的电平状态和放电三极管VT的导通与截止。
图9-1外围元件RT、CT与555构成单稳态电路。由于A1基准电压设置在同相端(2/3Vcc),当6脚电压≥ 2/3Vcc时,A1输出低电平“0”,触发器复位,Q=0,=1,VT导通,CT两端被短接,CT通过VT进行放电,同时555的3脚输出低电平。而A2的基准电压设置在反相输入端(1/3Vcc),当2脚电位≤1/3Vcc时,A2输出低电平“0”,触发器被置位,Q=1,555的3脚输出高电平,=0,放电管VT截止,555的7脚与1脚之间断开,此时Vcc通过RT对外接电容CT进行充电。
阀值端只对“高电平”(≥2/3Vcc)有效,对低电平无效。触发端只对“低电平”(≤1/3Vcc)有效,对高电平无效。555的真值表如表9-1所示。
表9-1
4脚
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6脚
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2脚
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7脚
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3脚
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L
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X
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X
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L
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L
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H
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≥2/3Vcc
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>1/3Vcc
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L
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L
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H
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<2/3Vcc
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>1/3Vcc
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保持
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保持
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H
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<2/3Vcc
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≤1/3Vcc
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悬空
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H
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555的5脚位控制端,可以通过外接分压电阻或稳压管来改变A1、A2两个电压比较器的基准电压。若在5脚接一个交变电压,则A1、A2两比较器的基准电压将随5脚的交变电压而变化,从而使CT的充放电时间也随之变化,可以起到调制的作用。一般5脚悬空,或通过0.01uf的电容接地,以消除干扰。
2.555构成的单稳态电路
图9-2
如图9-2所示,当555的触发端(2脚)无触发信号(>1/3Vcc),时,3脚输出低电平,同时内部放电管导通,CT两端被短接,此时555处于稳态。当触发信号(<1/3Vcc)加到555的2脚时,555被置位,内部放电管截止, 3脚输出高电平,电路进入暂态,同时5V电源通过RT对CT开始充电,直到CT两端电压UCT≥ 2/3Vcc,555才会被复位,3脚输出低电平,电路重新进入稳态。
由RC零输入响应一阶方程 (9-1)可知,
(9-2)
这里电路由暂态过度到稳态时CT两端的电压Uc=2/3Vcc
则暂态保持的时间(就是Uc由0V充电到2/3Vcc所持续的时间)
(9-3)
三、实验原理
1.利用声—电传感器(驻极体话筒),将拾取到的声音信号转换为电信号,并利用这个电信号变换为触发信号对555构成的单稳态电路进行触发,使电路在检测到一定强度的环境声音时,电路点亮LED灯,并能延时一段时间,然后LED自动熄灭。
图9-3
2.如果将图9-4电路接入图9-3中C点,电路就成了一个声控延时电灯。
图9-4
四、实验内容及步骤
图9-5
1.按照图9-5和图9-2分别在实验箱面包板上接线。
2.先对图9-2电路进行调试,将555的2脚接地,此时LED灯应点亮,再将2脚接到Vcc上,LED灯应该熄灭,否则应关闭电源仔细检查电路是否连接正确。
3.对图9-5电路进行调试,使用指针式万用表DC10V挡,测量A电对地电压,对着Mic(话筒)轻轻吹气,此时,万用表指针应随吹气而发生偏转,否则应关闭电源,仔细检查电路是否连接正确。然后调节Rp对着Mic轻轻吹气时,使万用表指针偏转角度达到最大为止。
4.完成步骤2、3之后将两部分电路按照图9-3连接起来,对着Mic吹气(或拍掌)LED灯应能点亮,并能延时一段时间后自动熄灭,记录LED灯从点亮到熄灭所用的时间。
五、实验报告
1.简述图9-3电路工作原理。
2.根据所给的RT和CT的参数,按照公式(9-3)计算图9-3电路的暂态持续时间,然后将你记录下数据与之比较,分析误差原因。
3.请你将图9-3电路改装成一个楼道声控延时灯,要求白天无论有何声响电路均不会做出响应(灯始终熄灭),只有傍晚或天黑时,电路检测到一定响度的声音后,电灯才会点亮,并延时一段时间之后自动熄灭。画出你设计的电路原理图,并简述其工作原理。
附录:
NE555和LM358的引脚排列顺序
驻极体话筒的电极区别及好坏判断