令狐采學(xué)創(chuàng)作555定時(shí)器的典型應(yīng)用電路令狐采學(xué)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖22-2-1所示，該電路的觸發(fā)信號(hào)在2腳輸入，R和C是外接定時(shí)電路。單穩(wěn)態(tài)電路的工作波形如圖22-2-2所示。在未加入觸發(fā)信號(hào)時(shí)，因ui=H，所以u(píng)o=L。當(dāng)加入觸發(fā)信號(hào)時(shí)，ui=L，所以u(píng)o=H，7腳內(nèi)部的放電管關(guān)斷，電源經(jīng)電阻R向電容C充電，uC按指數(shù)規(guī)律上升。當(dāng)uC上升到2VCC/3時(shí)，相當(dāng)輸入是高電平，555定時(shí)器的輸出uo=L。同時(shí)7腳內(nèi)部的放電管飽和導(dǎo)通是時(shí)，電阻很小，電容C經(jīng)放電管迅速放電。從加入觸發(fā)信號(hào)開(kāi)始，到電容上的電壓充到2VCC/3為止，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器完成了一個(gè)工作周期。輸出脈沖高電平的寬度稱(chēng)為暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間，用tW表示。圖22-2-1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路圖圖22-2-2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的波形圖暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間的求取：暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間的求取可以通過(guò)過(guò)渡過(guò)程公式，根據(jù)圖22-2-2可以用電容器C上的電壓曲線(xiàn)確定三要素，初始值為uc(0)=0V，無(wú)窮大值uc3)=VCC，t=RC，設(shè)暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間為tw，當(dāng)t=tw時(shí)，uc(tw)=2VCC/3時(shí)。代入過(guò)渡過(guò)程公式[1-p205]:咆=咆十(。-哇)/干=咆-氏『

—號(hào)

—=1-313.1虹=RC\n3^\ARC幾點(diǎn)需要注意的問(wèn)題：這里有三點(diǎn)需要注意，一是觸發(fā)輸入信號(hào)的邏輯電平，在無(wú)觸發(fā)時(shí)是高電平，必須大于2VCC/3，低電平必須小于VCC/3，否則觸發(fā)無(wú)效。二是觸發(fā)信號(hào)的低電平寬度要窄，其低電平的寬度應(yīng)小于單穩(wěn)暫穩(wěn)的時(shí)間。否則當(dāng)暫穩(wěn)時(shí)間結(jié)束時(shí)，觸發(fā)信號(hào)依然存在，輸出與輸入反相。此時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器成為一個(gè)反相器。R的取值不能太小，若R太小，當(dāng)放電管導(dǎo)通時(shí)，灌入放電管的電流太大，會(huì)損壞放電管。圖22-2-3是555定時(shí)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的示波器波形圖，從圖中可以看出觸發(fā)脈沖的低電平和高電平的位置，波形圖右側(cè)的一個(gè)小箭頭為0電位。圖22-2-3555定時(shí)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的示波器波形圖[動(dòng)畫(huà)4-5]多諧振蕩器555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器的電路如圖22-2-4所示，其工作波形如圖22-2-5所示。與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器比較，它是利用電容器的充放電來(lái)代替外加觸發(fā)信號(hào)，所以，電容器上的電壓信號(hào)應(yīng)該在兩個(gè)閾值之間按指數(shù)規(guī)律轉(zhuǎn)換。充電回路是RA、RB和C，此時(shí)相當(dāng)輸入是低電平，輸出是高電平；當(dāng)電容器充電達(dá)到2VCC/3時(shí)，即輸入達(dá)到高電平時(shí)，電路的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出為低電平，電容器開(kāi)始放電。當(dāng)電容器放電達(dá)到2VCC/3時(shí)，電路的狀態(tài)又開(kāi)始翻轉(zhuǎn)。如此不斷循環(huán)。電容器之所以能夠放電，是由于有放電端7腳的作用，因7腳的狀態(tài)與輸出端一致，7腳為低電平電容器即放電。圖22-2-4多諧振蕩器電路圖圖圖22-2-4多諧振蕩器電路圖圖22-2-5多諧振蕩器的波形根據(jù)uc(t)的波形圖可以確定振蕩周期，T=T1+T2先求T1，T1對(duì)應(yīng)充電，時(shí)間常數(shù)t1=(RA+RB)C，初始值為uc(0)=VCC/3，無(wú)窮大值uc3)=VCC，當(dāng)t=T1時(shí)，uc(T1)=2▼。。/3，代入過(guò)渡過(guò)程公式，可得T1=ln2(RA+RB)C~0.7(RA+RB)C求T2，T2對(duì)應(yīng)放電，時(shí)間常數(shù)t2=RBC，初始值為uc(0)=2VCC/3，無(wú)窮大值uc(^)=0V,當(dāng)t=T2時(shí)，uc(T2)=VCC/3，代入過(guò)渡過(guò)程公式，可得T2=ln2RBC~0.7RBC振蕩周期T=T1+T2=~0.693(RA+2RB)C振蕩頻率f=1.1.44丁如瓦+2鴕)。占空比D=—=—一^<100%=Ra+RbX1QQ%圖22-2-6是555定時(shí)器多諧振蕩器的示波器波形圖，多諧振蕩器的供電電壓為5V。圖中上面的波形是輸出波形，幅度382.5mV，示波器探頭有10倍衰減，實(shí)際幅度是3.8V；下面的一個(gè)是定時(shí)電容器上的波形，圖中顯示充放電波形的峰峰值是1.625V，波谷距零線(xiàn)的距離大約也是1.6?1.7V，正好是555定時(shí)器的二個(gè)閾值的數(shù)值。圖22-2-6555定時(shí)器多諧振蕩器的示波器波形圖[動(dòng)畫(huà)4-6]占空比可調(diào)的多諧振蕩器：對(duì)于圖22-2-4所示的多諧振蕩器，因T1>T2，它的占空比大于50%，要想使占空比可調(diào)，應(yīng)如何辦？當(dāng)然應(yīng)該從能調(diào)節(jié)充、放電通路上想辦法。圖22-2-7是一種占空比可調(diào)的電路方案，該電路因加入了二極管，使電容器的充電和放電回路不同，可以調(diào)節(jié)電位器使充、放電時(shí)間常數(shù)相同。如果調(diào)節(jié)電位器使RA=RB，可以獲得50%的占空比。讀者不難看懂該電路的充、放電通路以及充、放電時(shí)間常數(shù)的大小。圖22-2-7占空比可調(diào)的多諧振蕩器密特觸發(fā)器555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器的電路圖如圖22-2-8所示，波形圖如圖22-2-9所示。施密特觸發(fā)器的工作原理和多諧振蕩器基本一致，無(wú)原則不同。只不過(guò)多諧振蕩器是靠電容器的充放電去控制電路狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)，而施密特觸發(fā)器是靠外加電壓信號(hào)去控制電路狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)。所以，在施密特觸發(fā)器中，外加信號(hào)的高電平必須大于2VCC/3，低電平必須小于VCC/3，否則電路不能翻轉(zhuǎn)。圖22-2-8施密特觸發(fā)器電路圖圖22-2-9施密特觸發(fā)器的波形圖由于施密特觸發(fā)器采用外加信號(hào)，所以放電端7腳就空閑了出來(lái)。利用7腳加上上拉電阻，就可以獲得一個(gè)與輸出端3腳一樣的輸出波形。如果上拉電阻接的電源電壓不同，7腳輸出的高電平與3腳輸出的高電平在數(shù)值上會(huì)有所不同。施密特觸發(fā)器的主要用于對(duì)輸入波形的整形。圖22-2-10表示的是將三角波整形為方波,其它形狀的輸入波形也可以整形為方波。圖3.42是施密特觸發(fā)器的示波器波形圖，從圖中可以看出對(duì)應(yīng)輸出波形翻轉(zhuǎn)的555定時(shí)器的二個(gè)閾值，一個(gè)是對(duì)應(yīng)輸出下降沿的3.375V，另一個(gè)是對(duì)應(yīng)輸出上升沿的1.688V，施密特觸發(fā)器的回差電壓是3.375-1.688=1.688V。從圖示波形可以看出，與理論值一致（電源電壓5V）。在放電端7腳加一個(gè)上拉電阻，接10V電源，可以獲得一個(gè)高、低電平與3腳輸出不同，但波形的高、低電平寬度完全一樣的第二個(gè)輸出波形，這個(gè)波形可以用于不同邏輯電平的轉(zhuǎn)換。當(dāng)輸入信號(hào)的幅度太小時(shí)，施密特觸發(fā)器將不能工作。圖22-2-10施密特觸發(fā)器的示波器波形圖壓控振蕩器一般的振蕩器改變振蕩頻率，是通過(guò)改變諧振回路或選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)實(shí)現(xiàn)的。壓控振蕩器是通過(guò)改變一個(gè)控制電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)振蕩器頻率的改變，因此壓控振蕩器特別適合用于控制電路之中。利用555定時(shí)器的5腳，可以方便實(shí)現(xiàn)這一功能。由于555定時(shí)器是一種低價(jià)格通用型的電路，其壓控非線(xiàn)性較大，性能較差，只能滿(mǎn)足一般技術(shù)水平的需要。如果需要高的性能指標(biāo)，可采用專(zhuān)用的壓控振蕩器芯片，如AD650等。AD650將在第10章中介紹。555定時(shí)器構(gòu)成的壓控振蕩器如圖22-2-11所示，波形圖如圖22-2-12所示。555定時(shí)器做壓控振蕩器，其工作原理與多諧振蕩器無(wú)本質(zhì)不同。在壓控振蕩器中，實(shí)質(zhì)上是通過(guò)5腳加入一個(gè)控制電壓u5,u5的加入使555定時(shí)器的閾值隨之改變（參閱圖22-2-12），從而可以改變多諧振蕩器的振蕩頻率。為了使u5的控制作用明顯，u5應(yīng)是一個(gè)低阻的信號(hào)源。因?yàn)?55定時(shí)器內(nèi)部的閾值是由三個(gè)5kW的電阻分壓取得，u5的內(nèi)阻大或串入較大的電阻，壓控作用均不明顯。

圖22-2-11壓控振蕩器電路圖圖22-2-12壓控振蕩器的波形圖555時(shí)基電路構(gòu)成的脈寬調(diào)制電路圖22-2-11壓控振蕩器電路圖圖22-2-12壓控振蕩器的波形圖作者：來(lái)源：1730次555時(shí)基電路構(gòu)成的脈沖位置調(diào)制電路作者：來(lái)源：1470次8.5555定時(shí)器555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字一一模擬混合集成電路，可以方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。雙極型產(chǎn)品型號(hào)最后數(shù)碼為555,CMOS型產(chǎn)品型號(hào)最后數(shù)碼為7555。一、555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與功能555定時(shí)器有兩個(gè)比較器C1和C2各有一個(gè)輸入端連接到三個(gè)電阻R組成的分壓器上，比較器的輸出接到RS觸發(fā)器上。此外還有輸出級(jí)和放電管，輸出級(jí)的驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)200mA。電路圖如圖8.5.1。

圖8.5.1555定時(shí)器比較器C1和C2的參考電壓分別為UR1和UR2，根據(jù)C1和C2的另一個(gè)輸入端——觸發(fā)輸入和閾值輸入，可判斷出RS觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。當(dāng)復(fù)位端為低電平時(shí)，RS觸發(fā)器被強(qiáng)制復(fù)位。若無(wú)需復(fù)位操作，復(fù)位端應(yīng)接高電平。由于三個(gè)電阻等值，所以當(dāng)沒(méi)有控制電壓輸入時(shí)，Ua=-UccUb=￡弘33當(dāng)控制電壓外接時(shí)，如外接Vc，則Ua=-Vc2Us=Uc為防止干擾，控制電壓端懸空時(shí)，應(yīng)接一濾波電容到地。555定時(shí)器的邏輯功能如圖8.5.1。表&5.L5肪定時(shí)器的功能表輸入輸出Rdv0T口狀態(tài)0X低導(dǎo)通1>2VC(J3>Vcc/3低導(dǎo)通1<2Vcc/3>vccra不變不變1<2Vcc/3<Vcc/3高1>2Vcc/3<VCCH藏止、555定時(shí)器的應(yīng)用用555定時(shí)器接成施密特觸發(fā)器

圖6.5.2用555定時(shí)器接成的施密特觸發(fā)器01mF為濾波電容，提高VR1和VR2的穩(wěn)定性。C1與C2的參考電壓不同，因而基本RS觸發(fā)器的置0信號(hào)和置1信號(hào)必然發(fā)生在輸入信號(hào)VI的不同電平。回差電壓▽VT=VT+—VT-=VCC/3也IiFFlEa電路理接b融入輸出施冗圖ES一2E匪電路拗成施密特觸發(fā)器用555定時(shí)器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器也IiFFlE如圖8.5.3,a為電路連接，b為各點(diǎn)波形。圖6.5.3中R2、C2為單穩(wěn)態(tài)定時(shí)電路；R1、C1為輸入微分電路；C3為濾波電容，典型值為0.01UF。無(wú)觸發(fā)時(shí)，u2>UA，VCC通過(guò)R2對(duì)C2充電，當(dāng)u6>UB，u0為低電平，C2通過(guò)放電管T放電，u0不變，電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。觸發(fā)后，u2<UA，u0變?yōu)楦唠娖剑娐愤M(jìn)入暫穩(wěn)態(tài);由于放電管截止，C2又被充電，當(dāng)u6>UB，u0翻回到低電平，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。u0的輸出脈寬為負(fù)脈沖觸發(fā)，輸出脈沖的寬度等于暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間。即tW等于電容電壓在充電過(guò)程中從0上升至2VCC/3所需時(shí)間：Iw=JiChi=RC\a3用555定時(shí)器接成多諧振蕩器1）電路結(jié)構(gòu)圖8.5.6用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器（a）電路圖；（b）波形圖2）工作原理多諧振蕩器只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。假設(shè)當(dāng)電源接通后，電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)，電容C上電壓以wUC略低于3,Uo輸出高電平，V1截止，電源UCC通過(guò)R1、R2給電容C充電。隨著充電TOC\o"1-5"\h\z]2-U的進(jìn)行UC逐漸增高，但只要33，輸出電壓Uo就一直保持高電平不變，22這就是第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)電容C上的電壓UC略微超過(guò)3時(shí)（即U6和U2均大于等于3時(shí)），RS觸發(fā)器置0,使輸出電壓Uo從原來(lái)的高電平翻轉(zhuǎn)到低電平，即Uo=0,V1導(dǎo)通飽和，此時(shí)電容C通過(guò)R2和V1放電。隨著電容C放電，UC下降，但只要1——口皿3，Uo就一直保持低電平不變，這就是第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)UC下降到略微低于3時(shí)，RS觸發(fā)器置1，電路輸出又變?yōu)閁o=1，V1截止，電容C再次充電，又重復(fù)上述過(guò)程，電路輸出便得到周期性的矩形脈沖。其工作波形如圖圖8.5.6（b）所示