時基電路的四種常用電路

1、555時基電路的四種常用電路555時基電路是一種雙極型的時基集成電路，工作電源為45v18v，輸出電平可與TTL、CMOS和HLT邏輯電路兼容，輸出電流為200mA，工作可靠，使用簡便而且本錢低，可直接推動揚聲器、電感等低阻抗負載，還可以在儀器儀表、自動化裝置及各種電器中作定時及時間延遲等控制，可構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器、脈沖發(fā)生器、防盜報警器、電壓監(jiān)視器等電路，應用及其廣泛1 555時基電路的內部結構國產雙極型定時器CB555的電路結構如圖l所示。它由分壓器、電壓比擬器C1和C2、SR鎖存器、緩沖輸出器和集電極開路的放電三極管TD組成。11 電壓比擬器電壓比擬器C1和C2是兩個相同

2、的線性電路，每個電壓比擬器有兩個信號輸入端和一個信號輸出端。C1的同向輸入端接基準比擬電壓VR1，反向輸入端(也稱閾值端TH)外接輸入觸發(fā)信號電壓，C2的反向輸入端接基準比擬電壓VR2，同向輸入端(也稱觸發(fā)端TR')外接輸入觸發(fā)信號電壓。12 分壓器分壓器由三個等值電阻串聯(lián)構成，將電源電壓Vcc分壓后分別為兩個電壓比擬器提供基準比擬電壓。在控制電壓輸入端Vco懸空時，C1、C2的基準比擬電壓分別為通常應將Vco端接一個高頻干擾旁路電容。如果Vco外接固定電壓，那么13 SR鎖存器SR鎖存器是由兩個TTL與非門構成，它的邏輯狀態(tài)由兩個電壓比擬器的輸出電位控制，并有一個外引出的直接復位控制

3、端R'D。只要在R'D端加上低電平，輸出端vo便立即被置成低電平，不受其它輸入端狀態(tài)的影響。正常工作時必須使R'D處于高電平。SR鎖存器有置0(復位)、置1(置位)和保持三種邏輯功能。電壓比擬器C1的輸出信號作為SR鎖存器的復位控制信號，電壓比擬器C2的輸出信號作為SR鎖存器的置位控制信號。14 集電極開路的放電三極管放電三極管實際上是一個共發(fā)射極接法的雙極型晶體管開關電路，其工作狀態(tài)由SR鎖存器的Q'端控制，集電極引出片外，外接RC充放電電路。通常，把引出片外的集電極稱為放電端(DISC)。15 輸出緩沖器輸出緩沖器由反相器構成。其作用是提高時基集成電路的負載

4、能力，并隔離負載與時基集成電路之間的影響。輸出緩沖器的輸入信號是SR鎖存器Q'的輸出信號。2 555時基電路的根本工作模式555時基電路的應用十分廣泛，用它可以輕易組成各種性能穩(wěn)定實用電路，但無論電路如何變化，假設將這些實用電路按其工作原理歸納分類，其根本工作模式不外乎單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)、無穩(wěn)態(tài)及定時這四種模式。21 單穩(wěn)態(tài)工作模式在實際應用中，并不總是需要連續(xù)重復波，有時只需要電路在一定長度時間內工作，這種電路只需要工作在單穩(wěn)態(tài)模式。單穩(wěn)態(tài)模式是指電路只有一個穩(wěn)定狀態(tài)，也稱單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。在穩(wěn)定狀態(tài)時，555時基電路處于復位態(tài)，即輸出低電平。當電路受到低電平觸發(fā)時，555電路翻轉置位進入暫

5、穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)時間內，輸出高電平，經過一段延遲后，電路可自動返回穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)工作模式根據工作原理可分為脈沖啟動的單穩(wěn)和單穩(wěn)型壓控振蕩器。211 脈沖啟動的單穩(wěn)脈沖啟動的單穩(wěn)是以555時基電路的2端作為觸發(fā)信號的輸入端，并將由TD和R組成的反相器輸出電壓接至6端，同時在6端對地接入電容C，就構成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，電路如圖2所示。其穩(wěn)態(tài)時Vo=O，暫穩(wěn)態(tài)Vo=l，輸出脈沖的寬度tW等于暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)的時間。 通常R的取值在幾百歐姆到幾兆歐姆之間，電容的取值范圍為幾百皮法到幾百微法，tW的范圍為幾微秒到幾分鐘。但隨著tW的寬度增加它的精度和穩(wěn)定度將下降。脈沖啟動的單穩(wěn)電路除了起定時延時作用以外，

6、還可以用于消抖、分倍頻、脈沖輸出等。212 單穩(wěn)型壓控振蕩器(VCO)由555時基電路組成的壓控振蕩器如圖3所示，圖(a)電路中，2端輸入被調制脈沖Vi，5端加調制信號Vco。圖(b)電路中，利用輸出的脈沖，經低通濾波、直流放大后，閉環(huán)控制555的控制端(5端)，使當觸發(fā)頻率升高時，自動減小其暫穩(wěn)寬度，到達輸出波形的占空比保持不變。單穩(wěn)型壓控振蕩器主要用于脈寬調制、壓頻變化、AD變換等。22 雙穩(wěn)態(tài)工作模式雙穩(wěn)態(tài)工作模式是指電路有兩個輸入端和兩個輸出端的電路，它的輸出端有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，即置位態(tài)和復位態(tài)。這種輸出狀態(tài)是由輸入狀態(tài)、輸出端原來的狀態(tài)和鎖存器自身的性能來決定的。雙穩(wěn)態(tài)工作模式根據工作

7、原理可分為SR鎖存器和施密特觸發(fā)器。221 SR鎖存器(雙限比擬器)對于555時基電路來說，按照它的邏輯功能完全可以等效于一個SR鎖存器，如圖4所示，只不過它是一個特殊的SR鎖存器。它有兩個輸入端TH(R)和TR'(S')，只有一個輸出端Vo(Q)而沒有Q'端。因為一個Q端就能解決和負載的連接以及說明鎖存器的狀態(tài)，所以省略了Q'端。這個特殊的SR鎖存器的特殊之處有二：一是它的兩個輸入端對觸發(fā)電平的極性要求不同，R端要求高電平，而S'端要求低電平；二是兩個輸入端的閾值電平不同，R端為即對R端來說，時，輸出高電平1，而時輸出低電平0；對S'端來說閾值

8、電平為，即時，輸出低電平0，而VS1/3Vcc時輸出高電平1。SR鎖存器常用于比擬器、電子開關、檢測電路、家電控制器等。222 施密特觸發(fā)器(滯后比擬器)555時基電路中的兩個電壓比擬器C1和C2，由于它們的參考電壓不同，C1為1/3Vcc，C2為1/3Vcc，因而SR鎖存器的置0信號和置1信號必然發(fā)生在輸入信號的不同電平。因此，輸出電壓由高電平變?yōu)榈碗娖胶陀傻碗娖阶優(yōu)楦唠娖剿鶎妮斎胄盘栔狄膊煌?，利用這一特性，將它的兩個輸入端TH和TR相連作為總輸入端便可得到施密特觸器，如圖5所示。施密特觸發(fā)器經常用于電子開關、監(jiān)控告警、脈沖整形等。23 無穩(wěn)態(tài)工作模式無穩(wěn)態(tài)工作模式是指電路沒有固定的穩(wěn)定

9、狀態(tài)，555時基電路處于置位與復位反復交替的狀態(tài)，即輸出端交替出現高電平與低電平，輸送出波形為矩形波。由于矩形波的高次諧波十分豐富，所以無穩(wěn)態(tài)工作模式又稱為自激多諧振蕩器?？煞譃橹苯臃磻?、簡接反應型多諧振蕩器和無穩(wěn)型壓控振蕩器。231 直接反應型多諧振蕩器555時基電路可以組成施密特觸發(fā)器，利用施密特觸發(fā)器的回差特性，在電路的兩個輸入端與地之間接入充放電電容C并在輸出與輸入端之間接入反應電阻Rf，就組成了一個直接反應式多諧振蕩器，如圖6(a)所示。接通電源，電路在每次翻轉后的充放電過程就是它的暫穩(wěn)態(tài)時間，兩個暫穩(wěn)態(tài)時間分別為電容的充電時間T1和放電時間T2。t1=t2=069RC振蕩周期 T

10、=T1+T2振蕩頻率f=1T，電路占空比為50。改變R、C的值那么可改變充放電時間，即改變電路的振蕩頻率f。電路中充、放電電阻R的取值一般應不小于10K ，如取值過小，那么充、放電電流過大，會使輸出電壓下降過多，重負載時尤其如此。232 間接反應型多諧振蕩器直接反應式多諧振蕩器由于通過輸出端向電容C充電，輸出受負載因素的影響，會造成振蕩頻率的不穩(wěn)定，所以常采用間接反應式多諧振蕩器，電路如圖6(b)所示。電路的工作過程不變，但它的工作性能得到很大改善。該電路充電時經R1和R2兩只電阻，而放電時只經R2一只電阻，兩個暫穩(wěn)態(tài)時間不相等，T1=069(R1+R2)C，T2=069R2C，振蕩周期T=T

11、1+T2=069(R1+2R2)C，振蕩頻率f=1/T。如果將電路進行改良，接入二極管D1和D2，電路如圖6(c)所示，電容的充電電流和放電電流流經不同的路徑，充電電流只流經Rl，放電電流只流經R2，因此電容C的充放電時間分別為T1=069R1C，T2=O69R2C振蕩周期T=T1+T2=0.69(R1+R2)C，振蕩頻率f=lT。假設取R1=R2，占空比為50。多諧振蕩器在脈沖輸出、音響告警、家電控制、電子玩具、檢測儀器、電源變換、定時器等方面有著廣泛的應用。233 無穩(wěn)型壓控振蕩器(VCO)如果間接反應型多諧振蕩器的控制電壓輸入端不懸空，那么構成無穩(wěn)態(tài)壓控振蕩器，電路如圖7所示。圖(a)電

12、路電容C的充、放電時間分別為，振蕩周期T=T1+T2，振蕩頻率f=1T。當輸入控制電壓VI升高時頻率f將會降低。圖(b)電路是電壓一頻率轉換電路(VFC)，由運算放大器和555定時器構成，改變負載電阻RL兩端的電壓降，就可改變555多諧振蕩器的頻率。假設負載為RL，電流為IO，那么其兩端電壓Vi=IORL該電壓經差分放大器Al放大100倍，Al輸出加到555的控制端(5腳)對其進行調制，這樣，555輸出(3腳)信號頻率就與輸入電壓Vi成比例。無穩(wěn)型壓控振蕩器主要用于脈寬調制、電壓頻率變換以及AD變換等。24 定時工作模式定時工作模式實質上是單穩(wěn)態(tài)工作模式的一種變形，其電路如圖8所示，由于這種電

13、路在應用電路中使用得較為廣泛，所以可以作為一種根本工作模式。 定時工作模式主要用于定時或延時電路中，其穩(wěn)態(tài)時VO=0，暫穩(wěn)態(tài)Vo=1，輸出脈沖的寬度tW等于暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)的時間，而暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)的時間取決于外接電阻R和電容C的大小。圖(a)是開機時產生高電平的定時電路，經延遲時間t后，時基電路輸出端將保持輸出低電平不變，如果要使3腳再次輸出高電平，只需按一下按鈕SB，電容C的存儲電荷即通過SB泄放，2腳端受低電平觸發(fā)，555置位，3腳輸出高電平松開SB后定時即開始。此時電源VDD就通過定時電阻R向C充電，使C兩端的電壓(555的閾值端6腳電平)不斷升高，當升至2/3VCC時，時基電路復位，定

14、時結束，3腳恢復輸出低電平。圖(b)是開機時產生低電平的定時電路，經延遲時間t后，時基電路輸出端將保持輸出高電平不變，因為開機時，由于電容C兩端電壓不能躍變，所以555的TH端(6腳)為高電平，555復位，3腳輸出低電平。然后電源經R向C充電，使C兩端電壓不斷升高，從而使555的觸發(fā)端TR(2腳)電平不斷下降，經延遲時間t后，2腳電平降至1/3VCC，時基電路置位，3腳那么保持輸出高電平不變。如要再次輸出一個延遲時間為t的低電平，只需按一下按鈕SB即可。3 555時基電路的應用1972年美思西格奈蒂克公司(Signetics)首次推出NE555雙極性時基集成電路，原本旨在取代體積大、定時精度差

15、的機械式定時器，但器件投放市場后，由于該集成電路本錢低、使用方便、穩(wěn)定性好，因此受到各界電子、電器設計與制作人員的歡送，其應用范圍遠遠超出了的設計者的初衷，其用途幾乎涉及電子應用的各個領域。自世界上第一塊NE555集成電路誕生至今30多年以來，其市場一直經久不衰，直至今天世界各國集成電路生產廠商仍紛紛競相仿制。31 NE556時基電路構成電機控制電路NE556定時器構成的電機控制電路如圖9所示，電路中NE556(1)構成無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，NE556(2)構成單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。R3和C3構成微分電路，VD1為限幅二極管，作用是吸收微分電路產生的正尖峰脈沖電壓；NE556(2)的輸出經R5和VT2

16、鼓勵達林頓晶體管VT1，使其通斷工作，從而驅動電動機使其運行。BP1用于調節(jié)鼓勵VT1的周期，BP2用于控制電動機的轉速。555時基電路在控制電路與轉換電路方面的應用還有：構成水位自動控制電路、上下限溫度自動控制電路、電壓一頻率轉換電路、頻率一電壓轉換電路等。32 555時基電路構成相片曝光定時電路555定時器構成的相片曝光定時器如圖10所示，555時基電路接成定時工作模式，當電源接通后，定時器進入穩(wěn)態(tài)，此時定時電容的電壓為VCT=VCC，對555這個等效的觸發(fā)器來講，兩個輸入端都是高電平，那么輸出為低電平，VO=0，繼電器不吸合，常開觸電是翻開的，相片曝光燈不亮。 當按下按鈕開關S

17、B后，定時電容CT立即放電到電壓為零，此時555電路等效觸發(fā)輸入端均為低電平，那么輸出為高電平，VO=1，繼電器吸合，常開觸電是閉合，相片曝光燈點亮。按鈕開關按一下后立即放開，電源電壓就通過電阻RT向電容CT充電，暫穩(wěn)態(tài)開始。當電容電壓上升到2/3VCC時，定時時間已到，555等效電路觸發(fā)器輸入均為高電平，于是，觸發(fā)器又翻轉為低電平，VO=0，繼電器釋放，暫穩(wěn)態(tài)結束又恢復到穩(wěn)態(tài)。相片曝光時間為tW=1.1RTCT，延時時間可通過電位器RP調整和設置。 555時基電路在延遲與定時器的應用電路中，還可構成各種不同類型的開機延遲電路和各種不同種類的定時電路，如觸摸式實用電子定時器、大范圍長時間的可調定時器、用于智力競賽搶答游戲的小巧定時音響器、 限時定時器、照明燈自動定時器等。33 555時基電路構成電源電路555時基電路構成的正負雙電源電路如圖ll所示，VCC為供電電池組，合上電源開關S后，即可輸出對等的正負雙電源。555時基電路和R1、C1接成占空比為50的無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，振蕩頻率為20KHz的方波。當輸出端為高電平時，電容C4被充電，輸出端為低電平時，電容C3被充電。由于二極管VD1和VD2的