555定時(shí)器的原理及應(yīng)用

1、5-2 555定時(shí)器的原理及應(yīng)用,內(nèi)容：、555定時(shí)器的工作原理 、555定時(shí)器的典型應(yīng)用 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（Monostable Trigger） 多諧振蕩器（Astable Multivibrator） 施密特觸發(fā)器（Schmitt Trigger） 壓控振蕩器（Voltage Controlled Oscillator）,555定時(shí)器簡(jiǎn)介： 555定時(shí)器（時(shí)基電路）是一種用途廣泛的模擬數(shù)字混合集成電路。1972年由西格尼蒂克斯公司（Signetics）研制；設(shè)計(jì)新穎、構(gòu)思奇巧，備受電子專業(yè)設(shè)計(jì)人員和電子愛好者青睞；它可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器和壓控振蕩器等多種應(yīng)用電路。,

2、典型封裝,兩大類： 雙極型：555 CMOS：7555,GND,圖5-2-1 555定時(shí)器電路框圖,圖5-2-2 555定時(shí)器符號(hào)圖,5-2-1 555定時(shí)器的工作原理,地,低觸發(fā)端,高觸發(fā)端,放電端,電源端,清零端,輸出端,電壓控制端,典型的雙列直插式封裝,555定時(shí)器主要由比較器、觸發(fā)器、反相器和由三個(gè)5k電阻組成的分壓器等部分構(gòu)成，電路如圖所示。,電阻分壓器,比較器,觸發(fā)器,反相器,圖5-2-3 555定時(shí)器電路框圖,真值表的第一行,0,0,1,1,0,導(dǎo)通,清零,0,保持,保持,0,0,1,0,1,1,0,真值表的第二行,從第二行到第三行,導(dǎo)通,0,真值表的第四行,1,0,0,1,0,

3、1,0,1,截止,從第四行返回 第三行,0,0,保持,保持,1,截止,回差現(xiàn)象,TH,TL,R,d,OUT,DIS,CC,3,2,V,CC,3,1,V,CC,3,1,V,CC,3,2,V,CC,3,2,V,CC,3,1,V,L,L,通,H,H,H,斷,表,5-1,555,定時(shí)器功能表,通,L,H,保持,保持,從555定時(shí)器的功能表可以看出： 555定時(shí)器有兩個(gè)閾值（Threshold）電平，分別是1/3VCC和2/3VCC； 2. 輸出端為低電平時(shí)三極管TD導(dǎo)通， 7腳輸出低電平；輸出端為高電平時(shí)三極管TD截止， 如果7腳接一個(gè)上拉電阻， 7腳輸出為高電平。所以當(dāng)7腳接一個(gè)上拉電阻時(shí)，輸出狀態(tài)

4、與3腳相同。,便于記憶：2腳- （低電平置位）；6腳R（高電平復(fù)位）；,5-2-2 555定時(shí)器的典型應(yīng)用電路, 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（Monostable Trigger）,圖5-2-4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路圖,圖5-2-5 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的波形圖,這里要注意R的取值不能太小。（為什么？）,若R太小，當(dāng)放電管導(dǎo)通時(shí)，灌入放電管的電流太大，會(huì)損壞放電管。,555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作波形如下：,注意：觸發(fā)脈沖必須是窄脈沖，要比暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間tw還要短。（為什么？如果觸發(fā)脈沖比暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間長呢？）,圖5-2-6 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的波形圖,則觸發(fā)作用始終存在，輸出將不會(huì)在uC達(dá)到2VCC/3時(shí)返回低電平。,如果在暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)

5、時(shí)間內(nèi)加入新的觸發(fā)脈沖呢？,則新的觸發(fā)脈沖不起作用，該電路為不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。,那么，有沒有可以重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器呢？,為此需要確定三要素： uC (0) =0V、 uC () =VCC、 =RC， 當(dāng)t= tw時(shí)，uC (tw) =2 VCC /3代入公式。于是可解出,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間的計(jì)算,根據(jù)uC的波形，由過渡過程公式即可計(jì)算出暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間tw ， tw電容C從0V充電到2 VCC /3的時(shí)間，根據(jù)三要素方程：,注意:觸發(fā)輸入信號(hào)的邏輯電平，在無觸發(fā)時(shí)是高電平，必須大于2VCC/3,低電平必須小于1VCC/3，否則觸發(fā)無效。,暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間由RC確定！,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的

6、應(yīng)用,可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：,可作為失落脈沖檢出電路，對(duì)機(jī)器的轉(zhuǎn)速或人體的心律（呼吸）進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)機(jī)器的轉(zhuǎn)速降到一定限度或人體的心律不齊時(shí)就發(fā)出報(bào)警信號(hào)。,該電路有何作用？,脈沖的定時(shí),只有在tw時(shí)間內(nèi),與門才開門,信號(hào)A才能通過與門,脈沖的延時(shí),uo的下降沿比輸入觸發(fā)信號(hào)ui的下降沿延遲了tw。因此，利用uo下降沿去觸發(fā)其它電路(例如JK觸發(fā)器),比用ui下降沿觸發(fā)時(shí)延遲了tw時(shí)間,這就是單穩(wěn)態(tài)電路的延時(shí)作用,簡(jiǎn)易曝光定時(shí)器,思考：當(dāng)按一下開關(guān)AN以后，電路是如何工作的？,電容放電,555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器（Astable Multivibrator）,555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器構(gòu)成的

7、多諧振蕩器如圖5-2-9所示。它是將兩個(gè)觸發(fā)端2腳和6腳合并在一起，放電端7腳接于兩電阻之間。,圖5-2-10 多諧振蕩器的波形,圖5-2-9 多諧振蕩器電路圖,多諧振蕩器參數(shù)的計(jì)算,tw1,tw2,輸出波形的振蕩周期可用過渡過程公式計(jì)算：,tw1 ： uC (0) = VCC /3 V、 uC () =VCC、 1=(RA+ RB)C、 當(dāng)t= tw1時(shí)，uC (tw1) =2 VCC /3代入三要素方程。于是可解出,tw2 ： uC (0) = 2VCC /3 V、 uC () =0V、 1= RBC、當(dāng)t= tw2時(shí)，uC (tw2) =VCC /3代入公式。于是可解出,對(duì)于圖5-2-9

8、所示的多諧振蕩器，因tw1 tw2 ，它的占空比大于50% ，占空比不可調(diào)節(jié)。圖5-2-12是一種占空比可調(diào)的電路，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(shí)間常數(shù)相同。如果RA=RB，調(diào)節(jié)電位器可以獲得50%的占空比。,圖5-2-12 占空比可調(diào)的多諧振蕩器,振蕩周期:,555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器（Schmitt Trigger）,由于施密特觸發(fā)器無須放電端，所以利用放電端與輸出端狀態(tài)相一致的特點(diǎn)，從放電端加一上拉電阻后，可以獲得與3腳相同的輸出。但上拉電阻可以單獨(dú)接另外一組電源，以獲得與3腳輸出不同的邏輯電平。,555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器的電路圖如圖

9、5-2-13所示,施密特觸發(fā)器屬于波形變換電路，該電路可以將正弦波、三角波、鋸齒波變?yōu)槊}沖信號(hào)。,圖5-2-13 施密特觸發(fā)器電路圖,施密特觸發(fā)器的輸出波形如下：,ui,0,0,uO,t,t,2VCC/3,1VCC/3,圖5-2-14 施密特觸發(fā)器的波形圖,施密特觸發(fā)器的主要用于對(duì)輸入波形的整形。圖5-2-14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5-2-13 施密特觸發(fā)器電路圖,圖5-2-15是施密特觸發(fā)器（電源電壓5V）的示波器波形圖，對(duì)應(yīng)輸出波形翻轉(zhuǎn)的555定時(shí)器的二個(gè)閾值，一個(gè)是對(duì)應(yīng)輸出下降沿的3.375V，另一個(gè)是對(duì)應(yīng)輸出上升沿的1.688V，施密特觸發(fā)

10、器的回差電壓是3.375-1.688=1.688V。在放電端7腳加一個(gè)上拉電阻，接10V電源，可以獲得一個(gè)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(gè)輸出波形，這個(gè)波形可以用于不同邏輯電平的轉(zhuǎn)換。,圖5-2-15 施密特觸發(fā)器的示波器波形圖,施密特觸發(fā)器的應(yīng)用,波形的整形,不規(guī)則的或者在信號(hào)傳送過程中受到干擾而變壞的波形經(jīng)過施密特電路，可以得到良好的波形。,脈沖幅度鑒別,利用施密特電路,可以從輸入幅度不等的一串脈沖中,去掉幅度較小的脈沖,保留幅度超過UT+的脈沖。,光施密特觸發(fā)器,RG為光敏電阻，光強(qiáng)時(shí)為低阻，2腳低電平，555置位，J不動(dòng)作；光弱時(shí)呈高阻，6腳為高電平，5

11、55復(fù)位，J吸合。,RG是什么元件？,電路是如何工作的？,簡(jiǎn)易燈光控制電路,作業(yè)：,P117 5.1 5.2 5.3,555定時(shí)器構(gòu)成壓控振蕩器(Voltage Controlled Oscillator),一般的振蕩器若要改變振蕩頻率必須改變選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)值。上述555定時(shí)器構(gòu)成的振蕩器，只要在5腳加入控制電壓。改變控制電壓就可改變振蕩器的頻率，這樣的振蕩器就是電壓控制振蕩器，簡(jiǎn)稱壓控振蕩器，用VCO表示。,圖5-2-16 壓控振蕩器電路圖,555定時(shí)器構(gòu)成的壓控振蕩器如圖5-2-16所示，波形圖如圖5-2-17所示。,圖5-2-16 壓控振蕩器電路圖,圖5-2-17 壓控振蕩器波形圖,為了使u5的控制作用明顯，u5應(yīng)是一個(gè)低阻的信號(hào)源。因?yàn)?55定時(shí)器內(nèi)部的閾值是由三個(gè)5k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。,壓控振蕩器參數(shù)的計(jì)算,tw1,tw2,輸出波形