555时基电路的四种常用电路

555 时基电路的四种常用电路时基电路的四种常用电路 555 时基电路是一种双极型的时基集成电路 工作电源为 4 5v 18v 输出电平可与 TTL CMOS 和 HLT 逻辑电路兼容 输出电流为 200mA 工作可靠 使用简便而且成本低 可直接推动扬声器 电感等低阻抗负载 还可以在仪器仪表 自动化装置及各种电器中作定时 及时间延迟等控制 可构成单稳态触发器 无稳态多谐振荡器 脉冲发生器 防盗报警器 电 压监视器等电路 应用及其广泛 1 555 时基电路的内部结构 国产双极型定时器 CB555 的电路结构如图 l 所示 它由分压器 电压比较器 C1 和 C2 SR 锁 存器 缓冲输出器和集电极开路的放电三极管 TD 组成 1 1 电压比较器 电压比较器 C1 和 C2 是两个相同的线性电路 每个电压比较器有两个信号输入端和一个信号 输出端 C1 的同向输入端接基准比较电压 VR1 反向输入端 也称阈值端 TH 外接输入触发信 号电压 C2 的反向输入端接基准比较电压 VR2 同向输入端 也称触发端 TR 外接输入触发信 号电压 1 2 分压器 分压器由三个等值电阻串联构成 将电源电压 Vcc 分压后分别为两个电压比较器提供基准比较 电压 在控制电压输入端 Vco 悬空时 C1 C2 的基准比较电压分别为 通常应将 Vco 端接一个高频干扰旁路电容 如果 Vco 外接固定电 压 则 1 3 SR 锁存器 SR 锁存器是由两个 TTL 与非门构成 它的逻辑状态由两个电压比较器的输出电位控制 并有 一个外引出的直接复位控制端 R D 只要在 R D 端加上低电平 输出端 vo 便立即被置成低电 平 不受其它输入端状态的影响 正常工作时必须使 R D 处于高电平 SR 锁存器有置 0 复位 置 1 置位 和保持三种逻辑功能 电压比较器 C1 的输出信号作为 SR 锁存器的复位控制信号 电压比较器 C2 的输出信号作为 SR 锁存器的置位控制信号 1 4 集电极开路的放电三极管 放电三极管实际上是一个共发射极接法的双极型晶体管开关电路 其工作状态由 SR 锁存器的 Q 端控制 集电极引出片外 外接 RC 充放电电路 通常 把引出片外的集电极称为放电端 DISC 1 5 输出缓冲器 输出缓冲器由反相器构成 其作用是提高时基集成电路的负载能力 并隔离负载与时基集成电 路之间的影响 输出缓冲器的输入信号是 SR 锁存器 Q 的输出信号 2 555 时基电路的基本工作模式 555 时基电路的应用十分广泛 用它可以轻易组成各种性能稳定实用电路 但无论电路如何变 化 若将这些实用电路按其工作原理归纳分类 其基本工作模式不外乎单稳态 双稳态 无稳 态及定时这四种模式 2 1 单稳态工作模式 在实际应用中 并不总是需要连续重复波 有时只需要电路在一定长度时间内工作 这种电路 只需要工作在单稳态模式 单稳态模式是指电路只有一个稳定状态 也称单稳态触发器 在稳 定状态时 555 时基电路处于复位态 即输出低电平 当电路受到低电平触发时 555 电路翻 转置位进入暂稳态 在暂稳态时间内 输出高电平 经过一段延迟后 电路可自动返回稳态 单稳态工作模式根据工作原理可分为脉冲启动的单稳和单稳型压控振荡器 2 1 1 脉冲启动的单稳 脉冲启动的单稳是以 555 时基电路的 2 端作为触发信号的输入端 并将由 TD 和 R 组成的反相 器输出电压接至 6 端 同时在 6 端对地接入电容 C 就构成了单稳态触发器 电路如图 2 所示 其稳态时 Vo O 暂稳态 Vo l 输出脉冲的宽度 tW 等于暂稳态持续的时间 通常 R 的取值在几百欧姆到几兆欧姆之间 电容的取值范围为几百皮法到几百微法 tW 的范 围为几微秒到几分钟 但随着 tW 的宽度增加它的精度和稳定度将下降 脉冲启动的单稳电路除了起定时 延时作用以外 还可以用于消抖 分 倍频 脉冲输出等 2 1 2 单稳型压控振荡器 VCO 由 555 时基电路组成的压控振荡器如图 3 所示 图 a 电路中 2 端输入被调制脉冲 Vi 5 端加 调制信号 Vco 图 b 电路中 利用输出的脉冲 经低通滤波 直流放大后 闭环控制 555 的控 制端 5 端 使当触发频率升高时 自动减小其暂稳宽度 达到输出波形的占空比保持不变 单 稳型压控振荡器主要用于脉宽调制 压频变化 A D 变换等 2 2 双稳态工作模式 双稳态工作模式是指电路有两个输入端和两个输出端的电路 它的输出端有两个稳定状态 即 置位态和复位态 这种输出状态是由输入状态 输出端原来的状态和锁存器自身的性能来决定 的 双稳态工作模式根据工作原理可分为 SR 锁存器和施密特触发器 2 2 1 SR 锁存器 双限比较器 对于 555 时基电路来说 按照它的逻辑功能完全可以等效于一个 SR 锁存器 如图 4 所示 只 不过它是一个特殊的 SR 锁存器 它有两个输入端 TH R 和 TR S 只有一个输出端 Vo Q 而 没有 Q 端 因为一个 Q 端就能解决和负载的连接以及说明锁存器的状态 所以省略了 Q 端 这个特殊的 SR 锁存器的特殊之处有二 一是它的两个输入端对触发电平的极性要求不同 R 端要求高电平 而 S 端要求低电平 二是两个输入端的阈值电平不同 R 端为即对 R 端来说 时 输出高电平 1 而时输出低电平 0 对 S 端来说阈 值电平为 即时 输出低电平 0 而 VS 1 3Vcc 时输出高电平 1 SR 锁存 器常用于比较器 电子开关 检测电路 家电控制器等 2 2 2 施密特触发器 滞后比较器 555 时基电路中的两个电压比较器 C1 和 C2 由于它们的参考电压不同 C1 为 1 3Vcc C2 为 1 3Vcc 因而 SR 锁存器的置 0 信号和置 1 信号必然发生在输入信号的不同电平 因此 输 出电压由高电平变为低电平和由低电平变为高电平所对应的输入信号值也不同 利用这一特性 将它的两个输入端 TH 和 TR 相连作为总输入端便可得到施密特触器 如图 5 所示 施密特触 发器经常用于电子开关 监控告警 脉冲整形等 2 3 无稳态工作模式 无稳态工作模式是指电路没有固定的稳定状态 555 时基电路处于置位与复位反复交替的状态 即输出端交替出现高电平与低电平 输送出波形为矩形波 由于矩形波的高次谐波十分丰富 所以无稳态工作模式又称为自激多谐振荡器 可分为直接反馈型 简接反馈型多谐振荡器和无 稳型压控振荡器 2 3 1 直接反馈型多谐振荡器 555 时基电路可以组成施密特触发器 利用施密特触发器的回差特性 在电路的两个输入端与 地之间接入充放电电容 C 并在输出与输入端之间接入反馈电阻 Rf 就组成了一个直接反馈式多 谐振荡器 如图 6 a 所示 接通电源 电路在每次翻转后的充放电过程就是它的暂稳态时间 两个暂稳态时间分别为电容的充电时间 T1 和放电时间 T2 t1 t2 0 69RC 振荡周期 T T1 T2 振荡频率 f 1 T 电路占空比为 50 改变 R C 的值则可改变充放电时间 即改 变电路的振荡频率 f 电路中充 放电电阻 R 的取值一般应不小于 10K 如取值过小 那么充 放电电流过大 会 使输出电压下降过多 重负载时尤其如此 2 3 2 间接反馈型多谐振荡器 直接反馈式多谐振荡器由于通过输出端向电容 C 充电 输出受负载因素的影响 会造成振荡频 率的不稳定 所以常采用间接反馈式多谐振荡器 电路如图 6 b 所示 电路的工作过程不变 但它的工作性能得到很大改善 该电路充电时经 R1 和 R2 两只电阻 而放电时只经 R2 一只电 阻 两个暂稳态时间不相等 T1 0 69 R1 R2 C T2 0 69R2C 振荡周期 T T1 T2 0 69 R1 2R2 C 振荡频率 f 1 T 如果将电路进行改进 接入二极管 D1 和 D2 电路如图 6 c 所示 电容的充电电流和放电电流 流经不同的路径 充电电流只流经 Rl 放电电流只流经 R2 因此电容 C 的充放电时间分别为 T1 0 69R1C T2 O 69R2C 振荡周期 T T1 T2 0 69 R1 R2 C 振荡频率 f l T 若取 R1 R2 占空比为 50 多谐振荡器在脉冲输出 音响告警 家电控制 电子玩具 检测仪器 电源变换 定时器等方 面有着广泛的应用 2 3 3 无稳型压控振荡器 VCO 如果间接反馈型多谐振荡器的控制电压输入端不悬空 则构成无稳态压控振荡器 电路如图 7 所示 图 a 电路电容 C 的充 放电时间分别为 振荡周期 T T1 T2 振荡频率 f 1 T 当输入控制电 压 VI 升高时频率 f 将会降低 图 b 电路是电压一频率转换电路 VFC 由运算放大器和 555 定 时器构成 改变负载电阻 RL 两端的电压降 就可改变 555 多谐振荡器的频率 若负载为 RL 电流为 IO 则其两端电压 Vi IORL 该电压经差分放大器 Al 放大 100 倍 Al 输出加到 555 的控 制端 5 脚 对其进行调制 这样 555 输出 3 脚 信号频率就与输入电压 Vi 成比例 无稳型压控 振荡器主要用于脉宽调制 电压频率变换以及 A D 变换等 2 4 定时工作模式 定时工作模式实质上是单稳态工作模式的一种变形 其电路如图 8 所示 由于这种电路在应用 电路中使用得较为广泛 所以可以作为一种基本工作模式 定时工作模式主要 用于定时或延时电路中 其稳态时 VO 0 暂稳态 Vo 1 输出脉冲的宽度 tW 等于暂稳态持续 的时间 而暂稳态持续的时间取决于外接电阻 R 和电容 C 的大小 图 a 是开机时产生高电平的定时电路 经延迟时间 t 后 时基电路输出端将保持输出低电平不 变 如果要使 3 脚再次输出高电平 只需按一下按钮 SB 电容 C 的存储电荷即通过 SB 泄放 2 脚端受低电平触发 555 置位 3 脚输出高电平松开 SB 后定时即开始 此时电源 VDD 就通 过定时电阻 R 向 C 充电 使 C 两端的电压 555 的阈值端 6 脚电平 不断升高 当升至 2 3VCC 时 时基电路复位 定时结束 3 脚恢复输出低电平 图 b 是开机时产生低电平的定时电路 经延迟时间 t 后 时基电路输出端将保持输出高电平不 变 因为开机时 由于电容 C 两端电压不能跃变 所以 555 的 TH 端 6 脚 为高电平 555 复 位 3 脚输出低电平 然后电源经 R 向 C 充电 使 C 两端电压不断升高 从而使 555 的触发 端 TR 2 脚 电平不断下降 经延迟时间 t 后 2 脚电平降至 1 3VCC 时基电路置位 3 脚则保 持输出高电平不变 如要再次输出一个延迟时间为 t 的低电平 只需按一下按钮 SB 即可 3 555 时基电路的应用 1972 年美思西格奈蒂克公司 Signetics 首次推出 NE555 双极性时基集成电路 原本旨在取代 体积大 定时精度差的机械式定时器 但器件投放市场后 由于该集成电路成本低 使用方便 稳定性好 因此受到各界电子 电器设计与制作人员的欢迎 其应用范围远远超出了的设计者 的初衷 其用途几乎涉及电子应用的各个领域 自世界上第一块 NE555 集成电路诞生至今 30 多年以来 其市场一直经久不衰 直至今天世界各国集成电路生产厂商仍纷纷竞相仿制 3 1 NE556 时基电路构成电机控制电路 NE556 定时器构成的电机控制电路如图 9 所示 电路中 NE556 1 构成无稳态多谐振荡器 NE556 2 构成单稳态多谐振荡器 R3 和 C3 构成微分电路 VD1 为限幅二极管 作用是吸收 微分电路产生的正尖峰脉冲电压 NE556 2 的输出经 R5 和 VT2 激励达林顿晶体管 VT1 使其 通 断工作 从而驱动电动机使其运行 BP1 用于调节激励 VT1 的周期 BP2 用于控制电动 机的转速 555 时基电路在控制电路与转换电路方面的应用还有 构成水位自动控制电路 上下限温度自 动控制电路 电压一频率转换电路 频率一电压转换电路等 3 2 555 时基电路构成相片曝光定时电路 555 定时器构成的相片曝光定时器如图 10 所示 555 时基电路接成定时工作模式 当电源接通 后 定时器进入稳态 此时定时电容的电压为 VCT VCC 对 555 这个等效的触发器来讲 两 个输入端都是高电平 则输出为低电平 VO 0 继电器不吸合 常开触电是打开的 相片曝 光灯不亮 当按下按钮开关 SB 后 定时电容 CT 立即放电到电压为零 此时 555 电路等效触发输入端均 为低电平 则输出为高电平 VO 1 继电器吸合 常开触电是闭合 相片曝光灯点亮 按钮 开关按一下后立即放开 电源电压就通过电阻 RT 向电容 CT 充电 暂稳态开始 当电容电压 上升到 2 3VCC 时 定时时间已到 555 等效电路触发器输入均为高电平 于是 触发器又翻 转为低电平 VO 0 继电器释放 暂稳态结束又恢复到稳态 相片曝光时间为 tW 1 1RTCT 延时时间可通过电位器 RP 调整和设