555定时器电路及其功能

1、6.1 555定时器电路及其功能时间：2008-07-3106:18:22来源：作者：点击：331555定时器是一种多用途的中规模集成电路器件，在外围配以少量阻容元件就可瓦度囹以构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等电路，在脉冲产生和变换等技术领域有着广泛的应用。555定时器的电路组成6-1所示:555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的器件，内部电路结构如图电源1心控制以与邛勺阈值1.V+2触发火2足四1_Vo输出Vo'Rd复位图6-1555定时器电路结构和弓I脚图555定时器由三部分组成：C1、C2构成。电电阻分压器和电压比较器：由三个等值电阻R和两个集成运放比较器源电压V

2、cc经分压取得V+2、V-1作为比较器的输入参考电压，在无外加控制电压Vm时，V+2=1/3Vcc、V-1=2/3Vcc;外加控制电压Vm可改变参考电压值。比较器分别对阀值输入Vi1与V-1、触发输入Vi2与V+2进行比较，它们的结果决定比较器输出Vc1、Vc2的电位高低。注意：不接外加控制时，控制端（5脚）不可悬空，需通过电容接地，以旁路高频干扰。基本RS触发器：由比较器输出电位Vc1、Vc2控制其状态。区口（4脚）为触发器复位端当RD=0时，触发器反相输出端0=1,定时器输出Vo=0,同时，使TD导通。输出缓冲器和开关管：由反相放大器和集电极开路的三极管TD构成。反相放大器用以提高负载能力

3、，起到隔离作用。二、555定时器的逻辑功能555定时器的逻辑功能取决于比较器C1、C2的工作状态。在无外加控制电压Vm的情况下：当Vi1>V-1、Vi2>V+2时，比较器输出Vc1=1、VC2=0,触发器置0,G=1,Vo=0,TD导通。将Vo=0,Vo，对地导通的状态称定时器的0态。当Vi1<V-1、Vi2<V+2时，比较器输出VC1=0、VC2=1,触发器置1,=0,Vo=1,TD截止。将Vo=1,Vo对地断开的状态称定时器的1态。当Vi1<V-1、Vi2>V+2时，比较器输出Vc1=0、VC2=0,触发器维持原状态不变6.2 施密特触发器时间：2008

4、-07-3106:19:14来源：作者：点击：1096施密特触发器也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采互匝囹用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阀值电压。见图6-2:图6-2施密特触发器的回差特性解释：当输入信号Vi减小至低于负向阀值,一时，输出电压Vo翻转为高电平VoH；而输入信号Vi增大至高于正向阀值时，输出电压Vo才翻转为低电平VoL。这种滞后的电压传输特性称回差特性，其值/-旷称为回差电压。一、用555定时器构成的施密特触发器1 .电路组成：将555定时器的阀彳t输入端Vi1（6脚）、触发输

5、入端Vi2（2脚）相连作为输入端Vi,由Vo（3脚）或Vo，（7脚）挂接上拉电阻Rl及电源VDD作为输出端，便构成了如图6-3所示的施密特触发器电路。VioX-8472555361§VddoVq-外加电压悯节电压图6-3555定时器构成的施密特触发器如图所2 .工作原理：示，输入信号Vi,对应的输出信号为Vo，假设未接控制输入Vm当Vi=0V时，即Vi1<2/3Vcc、Vi2<1/3Vcc,此时Vo=1。以后Vi逐渐上升，只要不高于阀值电压（2/3Vcc）,输出Vo维持1不变当Vi上升至高于阀值电压（2/3Vcc）时，则Vi1>2/3Vcc、Vi2>1/3Vc

6、c,此时定时器状态翻转为0,输出Vo=0,此后Vi继续上升，然后下降，只要不低于触发电位（1/3Vcc）,输出维持0不变。当Vi继续下降，一旦低于触发电位（1/3Vcc）后，Vi1<2/3Vcc、Vi2<1/3Vcc,定时器状态翻转为1,输出Vo=1。总结：未考虑外接才制输入Vm时，正负向阀值电压V+=2/3Vcc>V=1/3Vcc,回差电压4V=1/3Vcc。若考虑Vm,则正负向阀值电压V+=Vm、V-=1/2Vm,回差电压V=1/2Vm。由此，通过调节外加电压Vm可改变施密特触发器的回差电压特性，从而改变输出脉冲的宽度。二、施密特触发器的应用举例1 .波形变换：施密特触发

7、器可用以将模拟信号波形转换成矩形波，如图6-4所示将正弦波信号同相转换成矩形波的例子，输出脉冲宽度tpo可通过回差电压加以调节。图6Y波形变换2 .波形整形若数字信号在传输过程中受到干扰变成如图6-5(a)所示的不规则波形,图e-5波形变换可利用施密特触发器的回差特性将它整形成规则的矩形波。若负向阀值取为则回差电压忙WO整形后输出波形如图6-5(b)所示。由于输入信号的干扰在输出中表现为三个矩形脉冲，这是错误的。若减小负向阀值取为,则回差电压忙-粉AM。此时整形后输出波形如图6-5(c)所示，消去了干扰。3 .幅度鉴别：施密特触发器的翻转取决于输入信号是否高于/或低于¥工利用此特性可

8、以构成幅度鉴别器，用以从一串脉冲中检出符合幅度要求的脉冲。如图6-6所示，当输入脉冲大于V+时，施密特触发器翻转，输出端有脉冲输出；当输入脉冲幅度小于u-时，施密特触发器不翻转，输出端没有脉冲输出。它可以鉴别出脉冲幅度高于的输入信号Q图6-6幅度鉴别4 .3单稳态触发器时间：2008-07-3106:20:07来源：作者：点击：397单稳态触发器只有一个稳定状态，在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从一固固囹个稳定状态翻转到一个暂态，该暂态维持一段时间又回到原来的稳态。一、用555定时器构成单稳态触发器：1 .电路组成图6-T由555定时器构成的单稳态触发器如图6-7所示，其中R、C为单稳态触

9、发器的定时元件，它们的连接点Vc与定时器的阀值输入端（6脚）及输出端Vo'（7脚）相连。单稳态触发器输出脉冲宽度tpo=1.1RCoRi、Ci构成输入回路的微分环节，用以使输入信号Vi的负脉冲宽度tpi限制在允许的范围内，一般tpi>5RiCi,通过微分环节，可使Vi'的尖脉冲宽度小于单稳态触发器的输出脉冲宽度tpoo若输入信号的负脉代更度tpi本来就小于tpo，则微分环节可省略。定时器复位输入端Rd（4脚）接高电平，控制输入端Vm通过0.01uF接地，定时器输出端Vo（3脚）作为单稳态触发器的单稳信号输出端。2 .工作原理当输入Vi保持高电平时，Ci相当于断开。输入Vi

10、'由于Ri的存在而为高电平Vcc。此时，若定时器原始状态为0，则集电极输出（7脚）导通接地，使电容C放电、Vc=0,即输入6脚的信号低于2/3Vcc,此时定时器维持0不变。若定时器原始状态为1，则集电极输出(7脚)对地断开，Vcc经R向C充电，使Vc电位升高，待Vc值高于2/3Vcc时，定时器翻转为0态。结论：单稳态触发器正常工作时，若未加输入负脉冲，即Vi保持高电平，则单稳态触发器的输出Vo一定是低电平。单稳态触发器的工作过程分为下面三个阶段来分析，图6-8为其工作波形图：Vcc口2/3Vcc0图6-6单稳态触发器工作波形图l/3Vcc0l/3Vc触发翻转阶段：输入负脉冲Vi向阀值旷

11、(1/3Vcc到来时，下降沿经RiCi微分环节在Vi'端产生下跳负向尖脉冲，其值低于负)。由于稳态时Vc低于正向阀值V+(2/3Vcc),固定时器翻转为1,输出Vo为高电平，集电极输出对地断开，此时单稳态触发器进入暂稳状态。暂态维持阶段：由于集电极开路输出端(7脚)对地断开，Vcc通过R向C充电，Vc按指数规律上升并趋向于Vcco从暂稳态开始到Vc值到达正向阀值V+(2/3Vcc)之前的这段时间就是暂态维持时间tpo。返回恢复阶段：当C充电使Vc值高于正向阀值V+(2/3Vcc)时，由于Vi'端负向尖脉冲已消失，Vi'值高于负向阀值V(i/3Vcc),定时器翻转为0,输

12、出低电平，集电极输出端(7脚)对地导通，暂态阶段结束。C通过7脚放电，使Vc值低于正向阀值V+(2/3Vcc),使单稳态触发器恢复稳态。二、单稳态触发器应用举例利用单稳态触发器的特性可以实现脉冲整形，脉冲定时等功能。1,脉冲整形利用单稳态触发器能产生一定宽度的脉冲这一特性，可以将过窄或过宽的输入脉冲整形成固定宽度的脉冲输出。如图6-9所示的不规则输入波形，经单稳态触发器处理后，便可得到固定宽度、固定幅度,且上升、下降沿陡峭的规整矩形波输出。图6-9脉冲整形2.脉冲定时：若将单稳态触发器的输出Vo接至与门的一个输入脚，与门的另一个输入脚输入高频脉冲序列Vf。单稳态触发器在输入负向窄脉冲到来时开始

13、翻转，与门开启，允许高频脉冲序列通过与门从其输出端VAND输出。经过tpo定时时间后，单稳态触发器恢复稳态，与门关闭，禁止高频脉冲序列输出。由此实现了高频脉冲序列的定时选通功能，工作波形如图6-10所示：6.4多谐振荡器时间：2008-07-3106:20:50来源：作者：点击：599多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。多谐”指矩瓦皮|囹形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。一、用555定时器构成的多谐振荡器

14、1 .电路组成:HlH2jO.OliiF图A111G多谐振荡器的电路形式用555定时器构成的多谐振荡器电路如图6-11(a)所示：图中电容C、电阻R1和R2作为振荡器的定时元件，决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。定时器的触发输入端(2脚)和阀值输入端(6脚)与电容相连；集电极开路输出端(7脚)接R1、R2相连处，用以控制电容C的充、放电；外界控制输入端(5脚)通过0.01uF电容接地。2 .工作原理：图6T1(b)多谢振荡器的工作波形多谐振荡器的工作波形如图6-11(b)所示：电路接通电源的瞬间，由于电容C来不及充电，Vc=0v,所以555定时器状态为1,输出Vo为高电平。同时，集电极输出端(

15、7脚)对地断开，电源Vcc对电容C充电，电路进入暂稳态I,此后，电路周而复始地产生周期性的输出脉冲。多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于RC充、放电回路的参数。暂稳态I的维持时间，即输出Vo的正向脉冲宽度T1弋0.7(R1+R2)C;暂稳态n的维持时间，即输出Vo的负向脉冲宽度T2y0.7R2C。因此，振荡周期T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C,振荡频率f=1/T。正向脉冲宽度T1与振荡周期T之比称矩形波的占空比D,由上述条件可得D=(R1+R2)/(R1+2R2),若使R2>>R1,则D-1/2,即输出信号的正负向脉冲宽度相等的矩形波(方波)。二、多谐振荡器应用举例：1.模拟声响发生器：将两个多谐振荡器连接起来，前一个振荡器的输出接到后一个振荡器的复位端，后一个振荡器的输出接到扬声器上。这样，只有当前一个振荡器输出高电平时，才驱动后一个振荡器振荡，扬声器发声；而前一个振荡器输出低电平时，