555时基电路应用和工作原理.docx

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555时基电路应用和工作原理

555时基电路应用和工作原理

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2009-12-2815:

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1 555时基电路的特点

　　555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。

但后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。

此外，还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。

由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产品中，555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及缓冲器等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体，如图1所示。

   图1555集成电路内部结构图

　　555集成电路是8脚封装，双列直插型，如图2（A）所示，按输入输出的排列可看成如图2（B）所示。

其中6脚称阈值端（TH），是上比较器的输入；2脚称触发端（TR），是下比较器的输入；3脚是输出端（Vo），它有O和1两种状态，由输入端所加的电平决定；7脚是放电端（DIS），它是内部放电管的输出，有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定；4脚是复位端（MR），加上低电平时可使输出为低电平；5脚是控制电压端（Vc）,可用它改变上下触发电平值；8脚是电源端，1脚是地端。

   图2555集成电路封装图

　　我们也可以把555电路等效成一个带放电开关的R-S触发器，如图3（A）所示，这个特殊的触发器有两个输入端：

阈值端（TH）可看成是置零端R，要求高电平，触发端（TR）可看成是置位端S，要求低电平，有一个输出端Vo，Vo可等效成触发器的Q端，放电端（DIS）可看成是由内部放电开关控制的一个接点，由触发器的Q端控制：

Q=1时DIS端接地，Q=0时DIS端悬空。

另外还有复位端MR，控制电压端Vc，电源端VDD和

地端GND。

这个特殊的触发器有两个特点：

（1）两个输入端的触发电平要求一高一低，置零端R即阈值端（TH）要求高电平，而置位端s即触发端（TR）则要求低电乎;

（2）两个输入端的触发电平使输出发生翻转的阈值电压值也不同，当Vc端不接控制电压时，对TH（R）端来讲，>2/3VDD是高电平1,<2/3VDD是低电平0：

而对TR（S）端来讲，>1/3VDD是高电平1，<1/3VDD是低电平0。

如果在控制端（Vc）上控制电压Vc时，这时上触发电平就变成Vc值，下触发电平就变成1/2Vc值，可 见改变控制端的控制电压值就可以改变上下触发电平值。

它的功能表见图3（B）所示。

图3555电路等效R—S触发器

　　555集成电路有双极型和CMOS型两种。

CMOS型的优点是功耗低、电源电压低、输入阻抗高，但输出功率较小，输出驱动电流只有几毫安。

双极型的优点是输出功率大，驱动电流达200毫安，其他指标则不如CMOS型的。

　　555的应用电路很多，只要改变555集成电路的外部附加电路，就可以构成几百种应用电路，大体上可分为555单稳、555双稳及555无稳（即振荡器）三类。

2 555单稳电路

　　单稳电路有一个稳态和一个暂稳态，是利用电容的充放电形成暂稳态的，因此它的输入端都带有定时电阻和定时电容，常见的555单稳电路有两种：

　　1）人工启动型

　　将555电路的6、2脚并接起来接在RC定时电路上，在定时电容CT，两端接按钮开关SB，就成为人工启动型555单稳电路，如图4（a）所示，用等效触发器替代555，并略去与单稳工作无关的部分后见图4（b）所示，下面分析它的工作原理：

　　稳态：

接上电源后，电容CT很快充电到VDD，从图4（b）看到，触发器输入R=1，S=1，从功能表看到输出Vo=0，这是它的稳态。

　　暂稳态：

按下开关SB，CT上电荷很快放到零，相当于触发器输入R=0，S=0，输出立即翻转成Vo=l，暂稳态开始。

开关放开后，电源又向CT充电，经过时间TD后，CT上电压上升到>2/3VDD时，输出又翻转成Vo=O，暂稳态结束。

TD就是单稳电路的定时时间或延时时间，它和定时电阻RT和定时电容CT的值有关：

TD=1.1RTCT。

   图4人工启动型555单稳电路

　　2）脉冲启动型

　　将555电路的6、7脚并接起来接在定时电容CT上，用2脚作输入就成为脉冲启动型单稳电路，如图5（a）所示，电路的2脚平时接高电平，当输入接低电平或输入负脉冲时才启动电路，用等效触发器替代555后见图56）所示，下面分析它的工作原理：

　　稳态：

接上电源后，R=1，S=1，输出Vo=0，DIS端接地，CT上的电压为0即R=0，输出仍保持Vo=0，这是它的稳态。

　　暂稳态：

输入负脉冲后，输入S=0，输出立即翻转成Vo=1，DIS端开路，电源通过RT向CT充电，暂稳态开始。

经过时间TD后，CT上电压上升到>2/3VDD时，输入又成为R=1，S=1，这时负脉冲已经消失，输出又翻转成Vo=0，暂稳态结束。

这时内部放电开关接通，DIS端接地，CT上电荷很快放到零，为下一次定时控制作准备。

电路的定时时间TD=1.1RTCT。

　　这两种单稳电路常用作定时延时控制。

   图5脉冲启动型单稳电路

3 555双稳电路

　　常见的555双稳电路有两种：

　　1）R-S触发器型双稳

　　将555电路的6、2脚作为两个控制输入端，7端不用，就成为一个R-S触发器。

注意两个输入端的触发电平和阈值电压不同，如图6（a）所示，有时可能只有一个控制端，这时另外一个控制端要设法接死，根据电路要求可以把R端接到电源端，如图6（b）所示，也可以把S接地，用R端作输入。

　　有两个输入端的双稳电路常用作电机调速、电源上下限告警等用途。

有一个输入端的双稳电路作为单端比较器用于各种检测电路。

   图6555构成R-S触发器

　　2）施密特触发器型双稳

　　将555电路的6、2脚并接起来接成只有一个输入端的触发器，如图7（a）所示，这个触发器输出电压和输入电压的关系是一个长方形的回线形，如图7（b）所示，从曲线可知，当输入V1=0时输出Vo=1，当输入电压从0上升到>2/3VDD后，Vo翻转成0，当输入电压从最高值下降到<1/3VDD后，Vo又翻转成1。

由于它的输入有两个不同的阈值电压，所以，这种电路常用于电子开关，各种控制电路、波形的变换和整形，如图8所示。

图7555构成施密特触发器

图8波形的变换和整形

4555无稳电路（振荡器）

　　由555定时器构成的多谐振荡器如图9（a）所示，其工作波形见图9（b）。

　　接通电源后，电源VDD通过R1和R2对电容C充电，当Uc<1/3VDD时，振荡器输出Vo=1，放电管截止。

当Uc充电到≥2/3VDD后，振荡器输出Vo翻转成0，此时放电管导通，使放电端（DIS）接地，电容C通过R2对地放电，使Uc下降。

当Uc下降到≤1/3VDD后，振荡器输出Vo又翻转成1，此时放电管又截止，使放电端（DIS）不接地，电源VDD通过R1和R2又对电容C充电，又使Uc从1/3VDD上升到2/3VDD,触发器又发生翻转，如此周而复始，从而在输出端Vo得到连续变化的振荡脉冲波形。

脉冲宽度TL≈0.7R2C，由电容C放电时间决定；TH=0.7（R1+R2）C，由电容C充电时间决定，脉冲周期T≈TH+TL。

   图9555构成多谐振荡器

　　上面仅讨论了由555定时器构成的几种典型应用实例。

实际上，由于555定时器灵敏度高，功能灵活，因而在电子电路中获得广泛应用。

555定时器

百科名片

555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。

一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。

555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。

简介

555定时器

555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。

它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。

555定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图2.9.1和图2.9.2所示。

它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。

它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3

　　555定时器的功能主要由两个比较器决定。

两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。

在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。

若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。

如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。

　　它的各个引脚功能如下：

　　1脚：

外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

　　8脚：

外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。

一般用5V。

　　3脚：

输出端Vo

　　2脚：

低触发端

　　6脚：

TH高触发端

　　4脚：

是直接清零端。

当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

　　5脚：

VC为控制电压端。

若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

　　7脚：

放电端。

该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

　　在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表6—1示。

　　表6—1555定时器的功能表

清零端

高触发端TH

低触发端

Q

放电管T

功能

0

0

导通

直接清零

1

0

导通

置0

1

1

截止

置1

1

Q

不变

保持

发展

　　概述　是美国Signetics公司1972年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5kΩ的电阻而得名。

此电路后来竟风靡世界。

目前，流行的产品主要有4个：

BJT两个：

555，556（含有两个555）；CMOS两个：

7555，7556（含有两个7555）。

　　555定时器可以说是模拟电路与数字电路结合的典范。

　　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。

　　比较器C1和C2的参考电压分别为UA和UB，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。

编辑本段应用

　　555的应用：

555定时器

（1）构成施密特触发器，用于TTL系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等；

（2）构成多谐振荡器，组成信号产生电路；

　　如右图，

　　振荡周期：

T=0.7（R1+2R2）C

　　[1]

　　（3）构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。

　　555应用电路采用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等。

实例

单稳态电路

　　前面介绍的双稳态触发器具有两个稳态的输出状态和，且两个状态始终相反。

而单稳态触发器只有一个稳态状态。

在未加触发信号之前，触发器处于稳定状态，经触发后，触发器由稳定状态翻转为暂稳状态，暂稳状态保持一段时间后，又会自动翻转回原来的稳定状态。

单稳态触发器一般用于延时和脉冲整形电路。

接通电源后，未加负脉冲，，而C充电，上升，当时，电路输出为低电平，放电管T导通，C快速放电，使=0。

这样，在加负脉冲前，为低电平，=0，这是电路的稳态。

在t=t0时刻负跳变（端电平小于），而=0（TH端电平小于），所以输出翻为高电平，T截止，C充电。

按指数规律上升。

t=t1时，负脉冲消失。

t=t2时上升到（此时TH端电平大于，端电平大于），又自动翻为低电平。

在这段时间电路处于暂稳态。

t>t2，T导通，C快速放电，电路又恢复到稳态。

由分析可得：

　　输出正脉冲宽度tW=1.1RC

　　注意：

图6—3（a）电路只能用窄负脉冲触发，即触发脉冲宽度ti必须小于tW

多谐振荡器

　　多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。

在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。

两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。

多谐振荡器可用作方波发生器。

接通电源后，假定是高电平，则T截止，电容C充电。

充电回路是VCC—R1—R2—

　　C—地，按指数规律上升，当上升到时（TH、端电平大于），输出翻转为低电平。

是低电平，T导通，C放电，放电回路为C—R2—T—地，按指数规律下降，当下降到时（TH、端电平小于），输出翻转为高电平，放电管T截止，电容再次充电，如此周而复始，产生振荡，经分析可得

　　输出高电平时间

　　输出低电平时间

　　振荡周期

　　输出方波的占空比为

555定时器用于实际中的实例有：

能发出“叮、咚”声门铃的电路和旋光彩灯控制电路