555定時器的典型應用電路

令狐采學創(chuàng)作555定時器的典型應用電路令狐采學單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖22-2-1所示，該電路的觸發(fā)信號在2腳輸入，R和C是外接定時電路。單穩(wěn)態(tài)電路的工作波形如圖22-2-2所示。在未加入觸發(fā)信號時，因ui=H，所以uo=L。當加入觸發(fā)信號時，ui=L，所以uo=H，7腳內(nèi)部的放電管關(guān)斷，電源經(jīng)電阻R向電容C充電，uC按指數(shù)規(guī)律上升。當uC上升到2VCC/3時，相當輸入是高電平，555定時器的輸出uo=L。同時7腳內(nèi)部的放電管飽和導通是時，電阻很小，電容C經(jīng)放電管迅速放電。從加入觸發(fā)信號開始，到電容上的電壓充到2VCC/3為止，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器完成了一個工作周期。輸出脈沖高電平的寬度稱為暫穩(wěn)態(tài)時間，用tW表示。圖22-2-1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路圖圖22-2-2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的波形圖暫穩(wěn)態(tài)時間的求?。簳悍€(wěn)態(tài)時間的求取可以通過過渡過程公式，根據(jù)圖22-2-2可以用電容器C上的電壓曲線確定三要素，初始值為uc(0)=0V，無窮大值uc3)=VCC，t=RC，設(shè)暫穩(wěn)態(tài)的時間為tw，當t=tw時，uc(tw)=2VCC/3時。代入過渡過程公式[1-p205]:咆=咆十(。-哇)/干=咆-氏『

—號

—=1-313.1虹=RC\n3^\ARC幾點需要注意的問題：這里有三點需要注意，一是觸發(fā)輸入信號的邏輯電平，在無觸發(fā)時是高電平，必須大于2VCC/3，低電平必須小于VCC/3，否則觸發(fā)無效。二是觸發(fā)信號的低電平寬度要窄，其低電平的寬度應小于單穩(wěn)暫穩(wěn)的時間。否則當暫穩(wěn)時間結(jié)束時，觸發(fā)信號依然存在，輸出與輸入反相。此時單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器成為一個反相器。R的取值不能太小，若R太小，當放電管導通時，灌入放電管的電流太大，會損壞放電管。圖22-2-3是555定時器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的示波器波形圖，從圖中可以看出觸發(fā)脈沖的低電平和高電平的位置，波形圖右側(cè)的一個小箭頭為0電位。圖22-2-3555定時器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的示波器波形圖[動畫4-5]多諧振蕩器555定時器構(gòu)成多諧振蕩器的電路如圖22-2-4所示，其工作波形如圖22-2-5所示。與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器比較，它是利用電容器的充放電來代替外加觸發(fā)信號，所以，電容器上的電壓信號應該在兩個閾值之間按指數(shù)規(guī)律轉(zhuǎn)換。充電回路是RA、RB和C，此時相當輸入是低電平，輸出是高電平；當電容器充電達到2VCC/3時，即輸入達到高電平時，電路的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出為低電平，電容器開始放電。當電容器放電達到2VCC/3時，電路的狀態(tài)又開始翻轉(zhuǎn)。如此不斷循環(huán)。電容器之所以能夠放電，是由于有放電端7腳的作用，因7腳的狀態(tài)與輸出端一致，7腳為低電平電容器即放電。圖22-2-4多諧振蕩器電路圖圖圖22-2-4多諧振蕩器電路圖圖22-2-5多諧振蕩器的波形根據(jù)uc(t)的波形圖可以確定振蕩周期，T=T1+T2先求T1，T1對應充電，時間常數(shù)t1=(RA+RB)C，初始值為uc(0)=VCC/3，無窮大值uc3)=VCC，當t=T1時，uc(T1)=2▼。。/3，代入過渡過程公式，可得T1=ln2(RA+RB)C~0.7(RA+RB)C求T2，T2對應放電，時間常數(shù)t2=RBC，初始值為uc(0)=2VCC/3，無窮大值uc(^)=0V,當t=T2時，uc(T2)=VCC/3，代入過渡過程公式，可得T2=ln2RBC~0.7RBC振蕩周期T=T1+T2=~0.693(RA+2RB)C振蕩頻率f=1.1.44丁如瓦+2鴕)。占空比D=—=—一^<100%=Ra+RbX1QQ%圖22-2-6是555定時器多諧振蕩器的示波器波形圖，多諧振蕩器的供電電壓為5V。圖中上面的波形是輸出波形，幅度382.5mV，示波器探頭有10倍衰減，實際幅度是3.8V；下面的一個是定時電容器上的波形，圖中顯示充放電波形的峰峰值是1.625V，波谷距零線的距離大約也是1.6?1.7V，正好是555定時器的二個閾值的數(shù)值。圖22-2-6555定時器多諧振蕩器的示波器波形圖[動畫4-6]占空比可調(diào)的多諧振蕩器：對于圖22-2-4所示的多諧振蕩器，因T1>T2，它的占空比大于50%，要想使占空比可調(diào)，應如何辦？當然應該從能調(diào)節(jié)充、放電通路上想辦法。圖22-2-7是一種占空比可調(diào)的電路方案，該電路因加入了二極管，使電容器的充電和放電回路不同，可以調(diào)節(jié)電位器使充、放電時間常數(shù)相同。如果調(diào)節(jié)電位器使RA=RB，可以獲得50%的占空比。讀者不難看懂該電路的充、放電通路以及充、放電時間常數(shù)的大小。圖22-2-7占空比可調(diào)的多諧振蕩器密特觸發(fā)器555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器的電路圖如圖22-2-8所示，波形圖如圖22-2-9所示。施密特觸發(fā)器的工作原理和多諧振蕩器基本一致，無原則不同。只不過多諧振蕩器是靠電容器的充放電去控制電路狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)，而施密特觸發(fā)器是靠外加電壓信號去控制電路狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)。所以，在施密特觸發(fā)器中，外加信號的高電平必須大于2VCC/3，低電平必須小于VCC/3，否則電路不能翻轉(zhuǎn)。圖22-2-8施密特觸發(fā)器電路圖圖22-2-9施密特觸發(fā)器的波形圖由于施密特觸發(fā)器采用外加信號，所以放電端7腳就空閑了出來。利用7腳加上上拉電阻，就可以獲得一個與輸出端3腳一樣的輸出波形。如果上拉電阻接的電源電壓不同，7腳輸出的高電平與3腳輸出的高電平在數(shù)值上會有所不同。施密特觸發(fā)器的主要用于對輸入波形的整形。圖22-2-10表示的是將三角波整形為方波,其它形狀的輸入波形也可以整形為方波。圖3.42是施密特觸發(fā)器的示波器波形圖，從圖中可以看出對應輸出波形翻轉(zhuǎn)的555定時器的二個閾值，一個是對應輸出下降沿的3.375V，另一個是對應輸出上升沿的1.688V，施密特觸發(fā)器的回差電壓是3.375-1.688=1.688V。從圖示波形可以看出，與理論值一致（電源電壓5V）。在放電端7腳加一個上拉電阻，接10V電源，可以獲得一個高、低電平與3腳輸出不同，但波形的高、低電平寬度完全一樣的第二個輸出波形，這個波形可以用于不同邏輯電平的轉(zhuǎn)換。當輸入信號的幅度太小時，施密特觸發(fā)器將不能工作。圖22-2-10施密特觸發(fā)器的示波器波形圖壓控振蕩器一般的振蕩器改變振蕩頻率，是通過改變諧振回路或選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)實現(xiàn)的。壓控振蕩器是通過改變一個控制電壓來實現(xiàn)對振蕩器頻率的改變，因此壓控振蕩器特別適合用于控制電路之中。利用555定時器的5腳，可以方便實現(xiàn)這一功能。由于555定時器是一種低價格通用型的電路，其壓控非線性較大，性能較差，只能滿足一般技術(shù)水平的需要。如果需要高的性能指標，可采用專用的壓控振蕩器芯片，如AD650等。AD650將在第10章中介紹。555定時器構(gòu)成的壓控振蕩器如圖22-2-11所示，波形圖如圖22-2-12所示。555定時器做壓控振蕩器，其工作原理與多諧振蕩器無本質(zhì)不同。在壓控振蕩器中，實質(zhì)上是通過5腳加入一個控制電壓u5,u5的加入使555定時器的閾值隨之改變（參閱圖22-2-12），從而可以改變多諧振蕩器的振蕩頻率。為了使u5的控制作用明顯，u5應是一個低阻的信號源。因為555定時器內(nèi)部的閾值是由三個5kW的電阻分壓取得，u5的內(nèi)阻大或串入較大的電阻，壓控作用均不明顯。

圖22-2-11壓控振蕩器電路圖圖22-2-12壓控振蕩器的波形圖555時基電路構(gòu)成的脈寬調(diào)制電路圖22-2-11壓控振蕩器電路圖圖22-2-12壓控振蕩器的波形圖作者：來源：1730次555時基電路構(gòu)成的脈沖位置調(diào)制電路作者：來源：1470次8.5555定時器555定時器是一種多用途的數(shù)字一一模擬混合集成電路，可以方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。雙極型產(chǎn)品型號最后數(shù)碼為555,CMOS型產(chǎn)品型號最后數(shù)碼為7555。一、555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能555定時器有兩個比較器C1和C2各有一個輸入端連接到三個電阻R組成的分壓器上，比較器的輸出接到RS觸發(fā)器上。此外還有輸出級和放電管，輸出級的驅(qū)動電流可達200mA。電路圖如圖8.5.1。

圖8.5.1555定時器比較器C1和C2的參考電壓分別為UR1和UR2，根據(jù)C1和C2的另一個輸入端——觸發(fā)輸入和閾值輸入，可判斷出RS觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。當復位端為低電平時，RS觸發(fā)器被強制復位。若無需復位操作，復位端應接高電平。由于三個電阻等值，所以當沒有控制電壓輸入時，Ua=-UccUb=￡弘33當控制電壓外接時，如外接Vc，則Ua=-Vc2Us=Uc為防止干擾，控制電壓端懸空時，應接一濾波電容到地。555定時器的邏輯功能如圖8.5.1。表&5.L5肪定時器的功能表輸入輸出Rdv0T口狀態(tài)0X低導通1>2VC(J3>Vcc/3低導通1<2Vcc/3>vccra不變不變1<2Vcc/3<Vcc/3高1>2Vcc/3<VCCH藏止、555定時器的應用用555定時器接成施密特觸發(fā)器

圖6.5.2用555定時器接成的施密特觸發(fā)器01mF為濾波電容，提高VR1和VR2的穩(wěn)定性。C1與C2的參考電壓不同，因而基本RS觸發(fā)器的置0信號和置1信號必然發(fā)生在輸入信號VI的不同電平?；夭铍妷酣孷T=VT+—VT-=VCC/3也IiFFlEa電路理接b融入輸出施冗圖ES一2E匪電路拗成施密特觸發(fā)器用555定時器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器也IiFFlE如圖8.5.3,a為電路連接，b為各點波形。圖6.5.3中R2、C2為單穩(wěn)態(tài)定時電路；R1、C1為輸入微分電路；C3為濾波電容，典型值為0.01UF。無觸發(fā)時，u2>UA，VCC通過R2對C2充電，當u6>UB，u0為低電平，C2通過放電管T放電，u0不變，電路進入穩(wěn)態(tài)。觸發(fā)后，u2<UA，u0變?yōu)楦唠娖?，電路進入暫穩(wěn)態(tài);由于放電管截止，C2又被充電，當u6>UB，u0翻回到低電平，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。u0的輸出脈寬為負脈沖觸發(fā)，輸出脈沖的寬度等于暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間。即tW等于電容電壓在充電過程中從0上升至2VCC/3所需時間：Iw=JiChi=RC\a3用555定時器接成多諧振蕩器1）電路結(jié)構(gòu)圖8.5.6用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器（a）電路圖；（b）波形圖2）工作原理多諧振蕩器只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。假設(shè)當電源接通后，電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)，電容C上電壓以wUC略低于3,Uo輸出高電平，V1截止，電源UCC通過R1、R2給電容C充電。隨著充電TOC\o"1-5"\h\z]2-U的進行UC逐漸增高，但只要33，輸出電壓Uo就一直保持高電平不變，22這就是第一個暫穩(wěn)態(tài)。當電容C上的電壓UC略微超過3時（即U6和U2均大于等于3時），RS觸發(fā)器置0,使輸出電壓Uo從原來的高電平翻轉(zhuǎn)到低電平，即Uo=0,V1導通飽和，此時電容C通過R2和V1放電。隨著電容C放電，UC下降，但只要1——口皿3，Uo就一直保持低電平不變，這就是第二個暫穩(wěn)態(tài)。當UC下降到略微低于3時，RS觸發(fā)器置1，電路輸出又變?yōu)閁o=1，V1截止，電容C再次充電，又重復上述過程，電路輸出便得到周期性的矩形脈沖。其工作波形如圖圖8.5.6（b）所示