555定時(shí)器的應(yīng)用原理介紹

555 定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工藝制作的稱為 7555，除單定時(shí)器外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器 556/7556。555 定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，輸出驅(qū)動(dòng)電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。

555 定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。555 定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖 2.9.1 和圖 2.9.2 所示。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3

圖8-1 555定時(shí)器內(nèi)部方框圖

555電路的工作原理

555電路的內(nèi)部電路方框圖如圖8-1所示。它含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)基本RS觸發(fā)器，一個(gè)放電開關(guān)T，比較器的參考電壓由三只5KΩ的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使高電平比較器A1同相比較端和低電平比較器A2的反相輸入端的參考電平為2/3V_cc和1/3V_cc。A1和A2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)輸入并超過2/3V_cc時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時(shí)放電，開關(guān)管導(dǎo)通;當(dāng)輸入信號(hào)自2腳輸入并低于1/3V_cc時(shí)，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時(shí)放電，開關(guān)管截止。

是復(fù)位端，當(dāng)其為0時(shí)，555輸出低電平。平時(shí)該端開路或接VCC。

Vc是控制電壓端(5腳)，平時(shí)輸出2/3V_cc

作為比較器A1的參考電平，當(dāng)5腳外接一個(gè)輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的另一種控制，在不接外加電壓時(shí)，通常接一個(gè)0.01uf的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。

T為放電管，當(dāng)T導(dǎo)通時(shí)，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路。

555定時(shí)器應(yīng)用

(1)555定時(shí)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

圖8-2 555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

上圖8-2為由555定時(shí)器和外接定時(shí)元件R、C構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。D為鉗位二極管，穩(wěn)態(tài)時(shí)555電路輸入端處于電源電平，內(nèi)部放電開關(guān)管T導(dǎo)通，輸出端Vo輸出低電平，當(dāng)有一個(gè)外部負(fù)脈沖觸發(fā)信號(hào)加到Vi端。并使2端電位瞬時(shí)低于1/3V_cc，低電平比較器動(dòng)作，單穩(wěn)態(tài)電路即開始一個(gè)穩(wěn)態(tài)過程，電容C開始充電，Vc按指數(shù)規(guī)律增長。當(dāng)Vc充電到2/3V_cc時(shí)，高電平比較器動(dòng)作，比較器A1翻轉(zhuǎn)，輸出Vo從高電平返回低電平，放電開關(guān)管T重新導(dǎo)通，電容C上的電荷很快經(jīng)放電開關(guān)管放電，暫態(tài)結(jié)束，恢復(fù)穩(wěn)定，為下個(gè)觸發(fā)脈沖的來到作好準(zhǔn)備。波形圖見圖8-3。

圖8-3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形圖

暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間Tw(即為延時(shí)時(shí)間)決定于外接元件R、C的大小。

Tw=1.1RC

通過改變R、C的大小，可使延時(shí)時(shí)間在幾個(gè)微秒和幾十分鐘之間變化。當(dāng)這種單穩(wěn)態(tài)電路作為計(jì)時(shí)器時(shí)，可直接驅(qū)動(dòng)小型繼電器，并可采用復(fù)位端接地的方法來終止暫態(tài)，重新計(jì)時(shí)。此外需用一個(gè)續(xù)流二極管與繼電器線圈并接，以防繼電器線圈反電勢(shì)損壞內(nèi)部功率管。

(2)555定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器

電路如圖8-7所示，只要將腳2和6連在一起作為信號(hào)輸入端，即得到施密特觸發(fā)器。圖8-8畫出了V_s、V_i和V_o的波形圖。

設(shè)被整形變換的電壓為正弦波V_s，其正半波通過二極管D同時(shí)加到555定時(shí)器的2腳和六腳，得到的Vi為半波整流波形。當(dāng)Vi上升到2/3V_cc時(shí)，Vo從高電平轉(zhuǎn)換為低電平;當(dāng)Vi下降到1/3V_cc時(shí)，Vo又從低電平轉(zhuǎn)換為高電平。

回差電壓：

△V=2/3V_cc-1/3V_cc=1/3V_cc

 圖8-7 555構(gòu)成施密特觸發(fā)器 圖8-8 555構(gòu)成施密特觸發(fā)器的波形圖

(3)555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器

如圖8-4，由555定時(shí)器和外接元件R1、R2、C構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外接觸發(fā)信號(hào)，利用電源通過R1、R2向C充電，以及C通過R2向放電端D_c放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在2/3V_cc和1/3V_cc之間充電和放電，從而在輸出端得到一系列的矩形波，對(duì)應(yīng)的波形如圖8-5所示。

 圖8-4 555構(gòu)成多諧振蕩器 圖8-5 多諧振蕩器的波形圖

輸出信號(hào)的時(shí)間參數(shù)是：

T=t_w1+t_w2

t_w1=0.7(R1+R2)C

 t_w2=0.7R2C

其中，t_w1為VC由1/3V_cc上升到2/3V_cc所需的時(shí)間，t_w2為電容C放電所需的時(shí)間。

555電路要求R1與R2均應(yīng)不小于1KΩ，但兩者之和應(yīng)不大于3.3MΩ。

外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時(shí)器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強(qiáng)的功率輸出能力。因此，這種形式的多諧振蕩器應(yīng)用很廣。

(4)555定時(shí)器組成占空比可調(diào)的多諧振蕩器

電路如圖8-6，它比圖8-4電路增加了一個(gè)電位器和兩個(gè)引導(dǎo)二極管。D1、D2用來決定電容充、放電電流流經(jīng)電阻的途徑(充電時(shí)D1導(dǎo)通，D2截止;放電時(shí)D2導(dǎo)通，D1截止)。

圖8-6 555構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器

占空比

可見，若取R_A=R_B，電路即可輸出占空比為50℅的方波信號(hào)。