第12章555电路的应用2021

1、数字电子技术数字电子技术微电子与控制工程学院CHANGZHOU UNIVERSITY电工电子技术及应用电工电子技术及应用第12章555定时器的应用微电子与控制工程学院CHANGZHOU UNIVERSITY 引言引言 引言在数字电路或系统中，通常需要使用周期性的脉冲波形，例如触发器的时钟脉冲、控制过程中的定时信号等。获取这些脉冲波形，通常有两种方法：（I）一种是利用脉冲信号发生器直接产生，（II）另一种是对已有的信号进行变换后获得。本章主要介绍集成555定时器及其在构成施密特触发器、单稳态触发器及多谐振荡器上的应用。目 录C O N T E N T S12.1.1电路组成及工作原理 12.2

2、555定时器主要应用 12.2.3构成多谐振荡器12.1.2 555定时器的功能12.2.2构成单稳态触发器12.1集成555定时器12.2.1构成施密特触发器微电子与控制工程学院CHANGZHOU UNIVERSITY12.1 集成集成555定时器定时器微电子与控制工程学院CHANGZHOU UNIVERSITY12.1 12.1 集成集成555555定时器定时器555集成电路的简介集成电路的简介开关电路是脉冲单元电路的一个组成部分，晶体管、逻辑门开关电路是脉冲单元电路的一个组成部分，晶体管、逻辑门和和555定时器都具有开关特性，它们可以构成脉冲电路中的开定时器都具有开关特性，它们可以构成脉

3、冲电路中的开关电路。关电路。555定时器是一种多用途的数字定时器是一种多用途的数字/模拟混合的中规模集成电路。模拟混合的中规模集成电路。它的结构比较简单，使用却非常灵活、方便，利用它可以方它的结构比较简单，使用却非常灵活、方便，利用它可以方便地构成各种脉冲单元电路。由便地构成各种脉冲单元电路。由555定时器构成的各种电路，定时器构成的各种电路，都是通过定时控制，实现信号的产生和变换，从而完成其他都是通过定时控制，实现信号的产生和变换，从而完成其他控制功能。控制功能。555定时器有双极型和定时器有双极型和CMOS两种类型的产品，它们的结构和两种类型的产品，它们的结构和工作原理没有本质的区别。工作

4、原理没有本质的区别。微电子与控制工程学院CHANGZHOU UNIVERSITY12.1.112.1.1电路组成及工作原理电路组成及工作原理555定时器的内部逻辑图如图12-1所示，一般由分压电路、比较器、触发器和开关以及输出等4部分组成。图12-1 555定时器的电路结构和符号微电子与控制工程学院CHANGZHOU UNIVERSITY1.1.分压电路分压电路12.1.112.1.1电路组成及工作原理电路组成及工作原理分压器由分压器由3个等值电阻串联而成，将电源电压个等值电阻串联而成，将电源电压UCC分成分成3等份，其作用是为比等份，其作用是为比较器提供两个参考电压较器提供两个参考电压UR1

5、、UR2，若电压控制端，若电压控制端CO悬空或通过电容接地，悬空或通过电容接地，则：则：若电压控制端若电压控制端COCO外接电压外接电压U UC C，则：则：R1CC23UUR2CC13UUR1CUUR2C12UU微电子与控制工程学院CHANGZHOU UNIVERSITY2.2.比较器比较器12.1.112.1.1电路组成及工作原理电路组成及工作原理3.3.基本基本RSRS触发器触发器当当RS =01时时，Q =0， =1；当当RS =10时时，Q =1， =0。QQTRUTRU比较器是由两个结构相同的集成运放比较器是由两个结构相同的集成运放A1、A2构成。构成。A1用来比较参考电压用来比较

6、参考电压UR1和和高电平触发端电压高电平触发端电压UTH，当，当UTHUR1时，集成运放时，集成运放A1输出输出UO1 = 0；当；当UTHUR2时，集成运放时，集成运放A2输出输出UO2 = 1；当；当 UCC且且 UCC，RS =“01”，Q =0， =1，使输出端，使输出端Uo =0，放电端，放电端DIS通过导通的三极管接地；通过导通的三极管接地；l若若UTH UCC，RS =“11”，Q和和 均保持不变，使输出端均保持不变，使输出端和放电端和放电端DIS均保持原来状态不变；均保持原来状态不变；l若若UTH UCC且且 UCC且且 1/2UCC，RS =“01”，Q =0， =1，使输出

7、端，使输出端Uo =0，放电端，放电端DIS通过导通的三极管接地；通过导通的三极管接地；l若若UTH 1/2UCC，RS =“11”，Q和和 均保持不变，使输出均保持不变，使输出端和放电端端和放电端DIS均保持原来状态不变；均保持原来状态不变；l若若UTH UCC且且 1/2UCC，RS =“10”，Q =1, =0，使输出端，使输出端Uo =1，放电端，放电端DIS与地之间断路。与地之间断路。RTRUQTRUTRUQQ微电子与控制工程学院CHANGZHOU UNIVERSITY12.1.2 55512.1.2 555定时器的功能定时器的功能可见，可见，CO端外加控制电压端外加控制电压UC，可

8、以改变两个参考电压，可以改变两个参考电压UR1、UR2的大小。的大小。上述功能也可归纳于表上述功能也可归纳于表12-1。微电子与控制工程学院CHANGZHOU UNIVERSITY12.1.2 55512.1.2 555定时器的功能定时器的功能555定时器可产生精确的时间延迟和振荡，其电源电压范围宽，对于双极型器件，其电源电压可达516 V；对于CMOS器件，电源电压可达318 V。它还可以提供与TTL及CMOS数字电路兼容的接口电平，可输出一定的功率，可驱动微电机、指示灯、扬声器等。在脉冲波形的产生与变换、仪器与仪表、测量与控制、家用电气与电子玩具等领域，555定时器得到了广泛的应用，下一节

9、我们就介绍其主要应用。微电子与控制工程学院CHANGZHOU UNIVERSITY12.2 555定时器的主要应用定时器的主要应用微电子与控制工程学院CHANGZHOU UNIVERSITY12.2.1 12.2.1 构成施密特触发器构成施密特触发器（1）它有两个转折电压它有两个转折电压UT1、UT2，使，使uo从低电平跃变为高电平的输入电从低电平跃变为高电平的输入电压为压为UT1，使，使uo从高电平跃变为低电平的输入电压为从高电平跃变为低电平的输入电压为UT2，UT1不等于不等于UT2，即电路具有即电路具有“ “回差回差” ”特性特性。两。两个转折电压差的绝对值称为回差电压，记作个转折电压差

10、的绝对值称为回差电压，记作UT，TT1T2UUU（2）在电路转换时，通过内部的正反馈过程，使输出电压波形的脉冲边）在电路转换时，通过内部的正反馈过程，使输出电压波形的脉冲边沿变得更陡峭。沿变得更陡峭。1 1 、构成施密特触发器构成施密特触发器施密特触发器实际上是双稳态触发器的一种特例，它也有两个稳定状态，施密特触发器实际上是双稳态触发器的一种特例，它也有两个稳定状态，只要外加触发信号幅值足够大，就可以从一个稳态转换到另一个稳态，它只要外加触发信号幅值足够大，就可以从一个稳态转换到另一个稳态，它是脉冲波形变换中经常使用的一种电路，它在性能上有两个重要的特点：是脉冲波形变换中经常使用的一种电路，它

11、在性能上有两个重要的特点：微电子与控制工程学院CHANGZHOU UNIVERSITY12.2.1 12.2.1 构成施密特触发器构成施密特触发器利用这两个特点，不仅能将边沿缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，而且可利用这两个特点，不仅能将边沿缓慢的信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，而且可以将迭加在输入波形上的噪声有效地清除。根据电压传输特性的不同，施密特触发以将迭加在输入波形上的噪声有效地清除。根据电压传输特性的不同，施密特触发器可分两种类型。若输出电平与输入电平是同相的，其电压传输特性就称为同相回器可分两种类型。若输出电平与输入电平是同相的，其电压传输特性就称为同相回差特性，若输出电平与输

12、入电平是反相的，其电压传输特性就称为反相回差特性差特性，若输出电平与输入电平是反相的，其电压传输特性就称为反相回差特性。（a）同相施密特触发器（b）反相施密特触发器（c）同相回差特性（d）反相回差特性图12-2 施密特触发器及其电压传输特性微电子与控制工程学院CHANGZHOU UNIVERSITY12.2.1 12.2.1 构成施密特触发器构成施密特触发器施密特触发器可以由门电路组成，也有集成的施密特触发器施密特触发器可以由门电路组成，也有集成的施密特触发器7414，还可以，还可以由由555定时器构成。这里我们主要介绍由定时器构成。这里我们主要介绍由555定时器构成的施密特触发器。定时器构成

13、的施密特触发器。将将555定时器的高、低电平触发端定时器的高、低电平触发端TH和连接在一起作为信号输入端，如图和连接在一起作为信号输入端，如图12-3(a)所示，便构成了施密特触发器。所示，便构成了施密特触发器。（a）电路图（b）传输特性 （c）波形图图12-3 由555定时器组成的施密特触发器微电子与控制工程学院CHANGZHOU UNIVERSITY12.2.1 12.2.1 构成施密特触发器构成施密特触发器当当uI UCC时，输出电压时，输出电压uo为低电平，为低电平，DIS导通，导通，电容两端电压电容两端电压ui=0，电路处于稳态。，电路处于稳态。（2）当）当ui由高电平变为低电平且低

14、于由高电平变为低电平且低于 UCC时，输出电压时，输出电压uo由由0变变1，DIS断断开，电路进入暂稳态。此后，电源通过开，电路进入暂稳态。此后，电源通过R对电容对电容C充电，当充电到电容上电充电，当充电到电容上电压压uC即即UTH端电压大于端电压大于 UCC时，输出电压时，输出电压uo由变由变,DIS导通，电容通过导通，电容通过DIS端很快放电，电路自动返回稳态，等待下一个触发脉冲的到来。对触发端很快放电，电路自动返回稳态，等待下一个触发脉冲的到来。对触发脉冲除要求高电平大于脉冲除要求高电平大于 UCC，低电平小于，低电平小于 UCC外，其脉冲宽度应小于外，其脉冲宽度应小于暂稳态时间暂稳态时

15、间。3131323231微电子与控制工程学院CHANGZHOU UNIVERSITY12.2.2 12.2.2 构成单稳态触发器构成单稳态触发器 输出输出脉冲宽度脉冲宽度TW为暂稳态持续时间，它等于电容电压为暂稳态持续时间，它等于电容电压uC由充电到由充电到UCC所需所需的时间，可用下式估算：的时间，可用下式估算： TW 1.1RC调节调节R、C的值可调节脉冲宽度的值可调节脉冲宽度TW，其调节范围从几微妙到几分钟。，其调节范围从几微妙到几分钟。恢复时间恢复时间Tre是电容是电容C通过三极管通过三极管T放电所需的时间，它与放电所需的时间，它与T管的导通电阻管的导通电阻ron值和电容值和电容C成正

16、比。由于导通电阻成正比。由于导通电阻ron很小，一般约为几百欧姆，所以很小，一般约为几百欧姆，所以Tre的值的值也很小。也很小。单稳态触发器有如下用途：单稳态触发器有如下用途：微电子与控制工程学院CHANGZHOU UNIVERSITY12.2.2 12.2.2 构成单稳态触发器构成单稳态触发器（1）信号整形）信号整形假设现有一列宽度和幅度不规则的脉冲信号，将这一列信号直接加至单假设现有一列宽度和幅度不规则的脉冲信号，将这一列信号直接加至单稳态电路的触发输入端，在电路的输出端就可以得到一组幅度和宽度均稳态电路的触发输入端，在电路的输出端就可以得到一组幅度和宽度均一致的规则的矩形脉冲信号，如图一

17、致的规则的矩形脉冲信号，如图12-9所示。所示。图12-9 单稳态电路的整形作用微电子与控制工程学院CHANGZHOU UNIVERSITY12.2.2 12.2.2 构成单稳态触发器构成单稳态触发器（2）信号延时）信号延时将两个集成单稳态触发器将两个集成单稳态触发器74121首尾连接，被延时信号作为第级的触发首尾连接，被延时信号作为第级的触发输入，第级的反相输出端作为第级的触发输入。根据需要，分别调整输入，第级的反相输出端作为第级的触发输入。根据需要，分别调整两级的外接电阻和外接电容，就可以相应调整延时时间，并可以相应调整两级的外接电阻和外接电容，就可以相应调整延时时间，并可以相应调整从第级

18、输出端获得脉冲信号的宽度，如图从第级输出端获得脉冲信号的宽度，如图12-10所示。所示。（a） 电路图（b） 波形图图12-10 单稳态电路的延时作用微电子与控制工程学院CHANGZHOU UNIVERSITY12.2.2 12.2.2 构成单稳态触发构成单稳态触发器器（3）信号定时）信号定时将单稳态触发器的输出接至与门输入端作为控制信号，另一列脉冲序列信号将单稳态触发器的输出接至与门输入端作为控制信号，另一列脉冲序列信号也同时加至与门的另一个输入端。当单稳态触发器处于暂稳态、输出为高电也同时加至与门的另一个输入端。当单稳态触发器处于暂稳态、输出为高电平时，与门打开，脉冲序列信号能够通过与门传

19、递；而当经过一段时间后，平时，与门打开，脉冲序列信号能够通过与门传递；而当经过一段时间后，单稳态电路回到稳态时，输出为低电平，控制与门关闭。与门打开的时间取单稳态电路回到稳态时，输出为低电平，控制与门关闭。与门打开的时间取决于单稳态触发器暂稳态持续时间的长短，如图决于单稳态触发器暂稳态持续时间的长短，如图12-11所示。所示。（a） 逻辑图（b） 波形图图12-11 单稳态触发器作定时电路的应用微电子与控制工程学院CHANGZHOU UNIVERSITY12.2.2 12.2.2 构成单稳态触发器构成单稳态触发器（4）噪声消除电路）噪声消除电路图图中，输入信号接至单稳态触发器的触发输入端和中，

20、输入信号接至单稳态触发器的触发输入端和D触发器的数据输入端及直触发器的数据输入端及直接置接置0端，由于有用信号大于单稳态输出脉宽，因此单稳端，由于有用信号大于单稳态输出脉宽，因此单稳 输出上升沿使输出上升沿使D触发触发器置器置1，而当信号消失后，而当信号消失后，D触发器被清零。若输入中含有噪声，其噪声前沿使触发器被清零。若输入中含有噪声，其噪声前沿使单稳触发器翻转，但由于单单稳触发器翻转，但由于单稳输出稳输出脉宽大于噪声宽度，故单稳脉宽大于噪声宽度，故单稳 输出上升沿时，输出上升沿时，噪声已消失，从而在输出信号中消除了噪声成分。噪声已消失，从而在输出信号中消除了噪声成分。QQ（a） 电路图 （

21、b） 波形图 图12-12 噪声消除电路微电子与控制工程学院CHANGZHOU UNIVERSITY12.2.3 12.2.3 构成多谐振荡器构成多谐振荡器多谐振荡器又称无稳态电路，它只有两个暂态，无需外界信号作用，第一暂多谐振荡器又称无稳态电路，它只有两个暂态，无需外界信号作用，第一暂态维持一定的时间翻转至第二暂态，第二暂态维持一定的时间又返回第一暂态维持一定的时间翻转至第二暂态，第二暂态维持一定的时间又返回第一暂态，周而复始的产生一定频率和幅值的矩形脉冲波或方波态，周而复始的产生一定频率和幅值的矩形脉冲波或方波。多谐振荡器多谐振荡器可以由门电路、石英晶体、施密特触发器、可以由门电路、石英晶体、施密特触发器、555定时器等多种方定时器等多种方式构成，这里我们式构成，这里我们主要介绍由主要介绍由555定时器构建多谐振荡器的方法定时器构建多谐振荡器的方法。微电子与控制工程学院CHANGZHOU UNIVERSITY12.2.3 12.2.3 构成多谐振荡器构成多谐振荡器由由555定时器组成的多谐振荡器电路如图定时器组