555定时器的典型应用电路

555定时器的典型应用电路单稳态触发器555定时器构成单稳态触发器如图22-2-1所示，该电路的触发信号在2脚输入，R和C是外接定时电路。单稳态电路的工作波形如图22-2-2所示。在未加入触发信号时，因ui=H，所以uo=L。当加入触发信号时，ui=L，所以uo=H，7脚内部的放电管关断，电源经电阻R向电容C充电，uC按指数规律上升。当uC上升到2VCC/3时，相当输入是高电平，555定时器的输出uo=L。同时7脚内部的放电管饱和导通是时，电阻很小，电容C经放电管迅速放电。从加入触发信号开始，到电容上的电压充到2VCC/3为止，单稳态触发器完成了一个工作周期。输出脉冲高电平的宽度称为暂稳态时间，用tW表示。图22-2-1单稳态触发器电路图图22-2-2单稳态触发器的波形图暂稳态时间的求取：暂稳态时间的求取可以通过过渡过程公式，根据图22-2-2可以用电容器C上的电压曲线确定三要素，初始值为uc(0)=0V，无穷大值uc(∞)=VCC，τ=RC，设暂稳态的时间为tw，当t=tw时，uc(tw)=2VCC/3时。代入过渡过程公式[1-p205]几点需要注意的问题：这里有三点需要注意，一是触发输入信号的逻辑电平，在无触发时是高电平，必须大于2VCC/3，低电平必须小于VCC/3，否则触发无效。二是触发信号的低电平宽度要窄，其低电平的宽度应小于单稳暂稳的时间。否则当暂稳时间结束时，触发信号依然存在，输出与输入反相。此时单稳态触发器成为一个反相器。R的取值不能太小，若R太小，当放电管导通时，灌入放电管的电流太大，会损坏放电管。图22-2-3是555定时器单稳态触发器的示波器波形图，从图中可以看出触发脉冲的低电平和高电平的位置，波形图右侧的一个小箭头为0电位。图22-2-3555定时器单稳态触发器的示波器波形图[动画4-5]多谐振荡器555定时器构成多谐振荡器的电路如图22-2-4所示，其工作波形如图22-2-5所示。与单稳态触发器比较，它是利用电容器的充放电来代替外加触发信号，所以，电容器上的电压信号应该在两个阈值之间按指数规律转换。充电回路是RA、RB和C，此时相当输入是低电平，输出是高电平；当电容器充电达到2VCC/3时，即输入达到高电平时，电路的状态发生翻转，输出为低电平，电容器开始放电。当电容器放电达到2VCC/3时，电路的状态又开始翻转。如此不断循环。电容器之所以能够放电，是由于有放电端7脚的作用，因7脚的状态与输出端一致，7脚为低电平电容器即放电。图22-2-4多谐振荡器电路图图22-2-5多谐振荡器的波形震荡周期的确定：根据uc(t)的波形图可以确定振荡周期，T=T1+T2先求T1，T1对应充电，时间常数τ1=(RA+RB)C，初始值为uc(0)=VCC/3，无穷大值uc(∞)=VCC，当t=T1时，uc(T1)=2VCC/3，代入过渡过程公式，可得T1=ln2(RA+RB)C≈0.7(RA+RB)C求T2，T2对应放电，时间常数τ2=RBC，初始值为uc(0)=2VCC/3，无穷大值uc(∞)=0V，当t=T2时，uc(T2)=VCC/3，代入过渡过程公式，可得T2=ln2RBC≈0.7RBC振荡周期T=T1+T2=≈0.693(RA+2RB)C振荡频率占空比图22-2-6是555定时器多谐振荡器的示波器波形图，多谐振荡器的供电电压为5V。图中上面的波形是输出波形，幅度382.5mV，示波器探头有10倍衰减，实际幅度是3.8V；下面的一个是定时电容器上的波形，图中显示充放电波形的峰峰值是1.625V，波谷距零线的距离大约也是1.6~1.7V，正好是555定时器的二个阈值的数值。图22-2-6555定时器多谐振荡器的示波器波形图[动画4-6]占空比可调的多谐振荡器：对于图22-2-4所示的多谐振荡器，因T1＞T2，它的占空比大于50%，要想使占空比可调，应如何办？当然应该从能调节充、放电通路上想办法。图22-2-7是一种占空比可调的电路方案，该电路因加入了二极管，使电容器的充电和放电回路不同，可以调节电位器使充、放电时间常数相同。如果调节电位器使RA=RB，可以获得50%的占空比。读者不难看懂该电路的充、放电通路以及充、放电时间常数的大小。图22-2-7占空比可调的多谐振荡器密特触发器555定时器构成施密特触发器的电路图如图22-2-8所示，波形图如图22-2-9所示。施密特触发器的工作原理和多谐振荡器基本一致，无原则不同。只不过多谐振荡器是靠电容器的充放电去控制电路状态的翻转，而施密特触发器是靠外加电压信号去控制电路状态的翻转。所以，在施密特触发器中，外加信号的高电平必须大于2VCC/3，低电平必须小于VCC/3，否则电路不能翻转。图22-2-8施密特触发器电路图图22-2-9施密特触发器的波形图由于施密特触发器采用外加信号，所以放电端7脚就空闲了出来。利用7脚加上上拉电阻，就可以获得一个与输出端3脚一样的输出波形。如果上拉电阻接的电源电压不同，7脚输出的高电平与3脚输出的高电平在数值上会有所不同。施密特触发器的主要用于对输入波形的整形。图22-2-10表示的是将三角波整形为方波,其它形状的输入波形也可以整形为方波。图3.42是施密特触发器的示波器波形图，从图中可以看出对应输出波形翻转的555定时器的二个阈值，一个是对应输出下降沿的3.375V，另一个是对应输出上升沿的1.688V，施密特触发器的回差电压是3.375-1.688=1.688V。从图示波形可以看出，与理论值一致（电源电压5V）。在放电端7脚加一个上拉电阻，接10V电源，可以获得一个高、低电平与3脚输出不同，但波形的高、低电平宽度完全一样的第二个输出波形，这个波形可以用于不同逻辑电平的转换。当输入信号的幅度太小时，施密特触发器将不能工作。图22-2-10施密特触发器的示波器波形图压控振荡器一般的振荡器改变振荡频率，是通过改变谐振回路或选频网络的参数实现的。压控振荡器是通过改变一个控制电压来实现对振荡器频率的改变，因此压控振荡器特别适合用于控制电路之中。利用555定时器的5脚，可以方便实现这一功能。由于555定时器是一种低价格通用型的电路，其压控非线性较大，性能较差，只能满足一般技术水平的需要。如果需要高的性能指标，可采用专用的压控振荡器芯片，如AD650等。AD650将在第10章中介绍。555定时器构成的压控振荡器如图22-2-11所示，波形图如图22-2-12所示。555定时器做压控振荡器，其工作原理与多谐振荡器无本质不同。在压控振荡器中，实质上是通过5脚加入一个控制电压u5，u5的加入使555定时器的阈值随之改变（参阅图22-2-12），从而可以改变多谐振荡器的振荡频率。为了使u5的控制作用明显，u5应是一个低阻的信号源。因为555定时器内部的阈值是由三个5kW的电阻分压取得，u5的内阻大或串入较大的电阻，压控作用均不明显。图22-2-11压控振荡器电路图图22-2-12压控振荡器的波形图555时基电路构成的脉宽调制电路作者：来源：1730次555时基电路构成的脉冲位置调制电路作者：来源：1470次8.5555定时器555定时器是一种多用途的数字——模拟混合集成电路，可以方便的构成施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器。双极型产品型号最后数码为555，CMOS型产品型号最后数码为7555。一、555定时器的电路结构与功能555定时器有两个比较器C1和C2各有一个输入端连接到三个电阻R组成的分压器上，比较器的输出接到RS触发器上。此外还有输出级和放电管，输出级的驱动电流可达200mA。电路图如图8.5.1。图8.5.1555定时器比较器C1和C2的参考电压分别为UR1和UR2，根据C1和C2的另一个输入端——触发输入和阈值输入，可判断出RS触发器的输出状态。当复位端为低电平时，RS触发器被强制复位。若无需复位操作，复位端应接高电平。由于三个电阻等值，所以当没有控制电压输入时，当控制电压外接时，如外接,则为防止干扰，控制电压端悬空时，应接一滤波电容到地。555定时器的逻辑功能如图8.5.1。二、555定时器的应用1．用555定时器接成施密特触发器图6.5.2用555定时器接成的施密特触发器01mF为滤波电容，提高VR1和VR2的稳定性。C1与C2的参考电压不同，因而基本RS触发器的置0信号和置1信号必然发生在输入信号VI的不同电平。回差电压▽VT=VT+—VT-=VCC/32．用555定时器接成单稳态触发器如图8.5.3，a为电路连接，b为各点波形。图6.5.3中R2、C2为单稳态定时电路；R1、C1为输入微分电路；C3为滤波电容，典型值为0.01μF。无触发时，u2＞UA，VCC通过R2对C2充电，当u6＞UB，u0为低电平，C2通过放电管T放电，u0不变，电路进入稳态。触发后，u2＜UA，u0变为高电平，电路进入暂稳态；由于放电管截止，C2又被充电，当u6＞UB，u0翻回到低电平，暂稳态结束。u0的输出脉宽为负脉冲触发，输出脉冲的宽度等于暂稳态的持续时间。即tW等于电容电压在充电过程中从0上升至2VCC/3所需时间：3．用555定时器接成多谐振荡器1）电路结构图8.5.6用555定时器构成的多谐振荡器(a)电路图；(b)波形图2）工作原理多谐振荡器只有两个暂稳态。假设当电源接通后，电路处于某一暂稳态，电容C上电压UC略低于，Uo输出高电平，V1截止，电源UCC通过R1、R2给电容C充电。随着充电的进行UC逐渐增高，但只要，输出电压Uo就一直保持高电平不变，这就是第一个暂稳态。当电容C上的电压UC略微超过时(即U6和U2均大于等于时)，RS触发器置0，使输出电压Uo从原来的高电平翻转到低电平，即Uo=0，V1导通饱和，此时电容C通过R2和V1放电。随着电容C放电，UC下降，但只要，Uo就一直保持低电平不变，这就是第二个暂稳态。当UC下降到略微低于时，RS触发器置1，电路输出又变为Uo=1，V1截止，电容C再次充电，又重复上述过程，电路输出便得到周期性的矩形脉冲。其工作波形如图图8.5.6(b)所示。3）振荡周期T的计算多谐振荡器的振荡周期为两个暂稳态的持续时间，T=T1+T2。由图图8.5.6(b)UC的波形求得电容C的充电时间T1和放电时间Ｔ2各为因而，振荡周期占空比则占空比q始终大与50%例8.5.1试用CB555定时器设计一个多谐振荡器，要求振荡周期为1秒，输出脉冲幅度大于3v而小于5v，输出脉冲的占空比q=2/3解：电路参数与结构如图8.5.7所示。图8.5.7例8.5.1设计的多谐振荡器