555定时器的典型应用电路.doc

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，=RC，设暂稳态的时间为tw，当t= tw时，uc(tw)=2 VCC/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2 VCC/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22-2-3 555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2 VCC/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1=(RA+RB)C，初始值为uc(0)= VCC/3，无穷大值uc()=VCC，当t= T1时，uc(T1)=2 VCC/3，代入过渡过程公式，可得 T1=ln2(RA+RB)C0.7(RA+RB)C 求T2，T2对应放电，时间常数2=RBC，初始值为uc(0)=2 VCC/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=ln2RBC0.7RBC 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1.61.7V，正好是555定时器的二个阈值的数值。 图22-2-6 555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T1T2，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2 VCC/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3.375 V，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8.5 555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8.5.1 555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/3 2 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0.01F。无触发时，u2UA，VCC通过R2对C2充电，当u6UB，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，u2UA，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u6UB，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.