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555定时器解析,555定时器的工作模式及其应用

来源:未知 编辑:晚一步 时间:2017-08-18

  555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路,利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便,所以555定时器在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了应用。

  图1是国产双极性定时器CB555的电路结构图。它由比较器C1 和C2 、基本RS触发器和集电极开路的放电三极管 TD 三部分组成。

  555定时器解析,555定时器的工作模式及其应用

  Vi1 :比较器C1 的输入端(也称阈值端,用TH标注)

  Vi2 :比较器C2 的输入端(也称触发端,用 /T/R 标注)

  C 1和C2 的参考电压(电压比较的基准) VR1 和 VR2 由Vcc 经三个5kΩ电阻分压给出。(在控制电压输入端 Vco 悬空时,VR1=1/3Vcc , VR2=2/3Vcc 。如果 Vco 外接固定电压,则 VR1=Vco,VR2=1/2Vco)

  /RD 是置零输入端, /RD=0 则输出端 Vo=0 ,不受其他输入状态的影响。正常工作时必须使 /RD=1 。图中的数码1~8为器件引脚的编号。通过分析可以得到如下所示的CB555的功能表。

  555定时器解析,555定时器的工作模式及其应用

  为了提高电路的带负载能力,还在输出端设置了缓冲器G4 。 如果将 V‘o 端经过电阻接到电源上,那么只要这个电阻的阻值足够大, Vo为高电平时 V’o 也一定为高电平,Vo为低电平时 V‘o 也一定为低电平。555定时器能在很宽的电源电压范围内工作,并可承受较大的负载电流。双极性555定时器的电源电压范围为5~16 V,最大的负载电流达200mA。CMOS型7555定时器的电源电压范围为3~18 V,但最大负载电流在4mA以下。

  可以设想,如果使 Vc1 和 Vc2 的低电平信号发生在输入电压信号的不同电平,那么输出与输入之间的关系将为施密特触发特性;如果在Vi2加上一个低电平触发信号以后,经过一定的时间能在 Vc1端自动产生一个低电平信号,就可以得到单稳态触发器;如果能使 Vc1和 Vc2 的低电平信号交替地反复出现,就可以得到多谐振荡器。

  555定时器的工作模式

  555定时器是一种集成电路芯片,常被用于定时器、脉冲发生器和震荡电路。555可被作为电路中的延时器件、触发器或起振元件。

  555定时器可工作在三种工作模式下:

  单稳态模式:在此模式下,555功能为单次触发。应用范围包括定时器,脉冲丢失检测,反弹跳开关,轻触开关,分频器,电容测量,脉冲宽度调制(PWM)等。

  无稳态模式:在此模式下,555以振荡器的方式工作。这一工作模式下的555芯片常被用于频闪灯、脉冲发生器、逻辑电路时钟、音调发生器、脉冲位置调制(PPM)等电路中。如果使用热敏电阻作为定时电阻,555可构成温度传感器,其输出信号的频率由温度决定。

  双稳态模式(或称施密特触发器模式):在DIS引脚空置且不外接电容的情况下,555的工作方式类似于一个RS触发器,可用于构成锁存开关。

  在单稳态工作模式下,555定时器作为单次触发脉冲发生器工作。当触发输入电压降至VCC的1/3时开始输出脉冲。输出的脉宽取决于由定时电阻与电容组成的RC网络的时间常数。当电容电压升至VCC的2/3时输出脉冲停止。根据实际需要可通过改变RC网络的时间常数来调节脉宽。

  555是一个单稳态触发器,输入一个低点位脉冲,则输出某一宽度的高电位方波脉冲,其方波脉冲宽度与R3C2有如下关系

  tp = 1.1 R3C2

  12V稳压管上端的波形(即555输入端2的波形)如下:

  555定时器解析,555定时器的工作模式及其应用

  用555定时器触发相位控制

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  用555定时器触发相位控制

  一旦555输出端有方波输出,晶闸管的触发极就通过晶体管G2接地,而不导通。方波消失后,触发极为高电位,晶闸管就处于导通状态。

  将R3加大,会使tp增大,导通角变小,负载得到的功率变小。反之负载得到的功率变大。

  看来, 应该出去晶体管G1,它在这里不起任何作用。电容器C1(47μF )也应除去,否则555的输入2端不会有脉冲下降沿出现了。

  建议:为了安全,控制电路应与主电路隔离。方法是加入一个适合控制电压的降压变压器,再用4个1N4001取代1N4007。

  555定时器的应用

  1、555定时器单稳态触发器

  555定时器解析,555定时器的工作模式及其应用

  上图1为由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。D为钳位二极管,稳态时555电路输入端处于电源电平,内部放电开关管T导通,输出端Vo输出低电平,当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi端。并使22端电位瞬时低于1/3Vcc,低电平比较器动作,单稳态电路即开始一个稳态过程,电容C开始充电,Vc按指数规律增长。当Vc充电到2/3Vcc时,高电平比较器动作,比较器A1翻转,输出Vo从高电平返回低电平,放电开关管T重新导通,电容C上的电荷很快经放电开关管放电,暂态结束,恢复稳定,为下个触发脉冲的来到作好准备。波形图见图2。

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  暂稳态的持续时间Tw(即为延时时间)决定于外接元件R、C的大小。

  Tw=1.1RC

  通过改变R、C的大小,可使延时时间在几个微秒和几十分钟之间变化。当这种单稳态电路作为计时器时,可直接驱动小型继电器,并可采用复位端接地的方法来终止暂态,重新计时。此外需用一个续流二极管与继电器线圈并接,以防继电器线圈反电势损坏内部功率管。

  2、555定时器组成施密特触发器

  电路如图3所示,只要将脚2和6连在一起作为信号输入端,即得到施密特触发器。图4画出了Vs、Vi和Vo的波形图。

  设被整形变换的电压为正弦波Vs,其正半波通过二极管D同时加到555定时器的2脚和六脚,得到的Vi为半波整流波形。当Vi上升到2/3Vcc时,Vo从高电平转换为低电平;当Vi下降到1/3Vcc时,Vo又从低电平转换为高电平。

  回差电压:

  △V=2/3Vcc-1/3Vcc=1/3Vcc

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  3、555定时器构成多谐振荡器

  如图5,由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器,脚2与脚6直接相连。电路没有稳态,仅存在两个暂稳态,电路亦不需要外接触发信号,利用电源通过R1、R2向C充电,以及C通过R2向放电端Dc放电,使电路产生振荡。电容C在2/3Vcc和1/3Vcc之间充电和放电,从而在输出端得到一系列的矩形波,对应的波形如图6所示。

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  输出信号的时间参数是: T=tw1+tw2

  tw1=0.7(R1+R2)C

  tw2=0.7R2C

  其中,tw1为VC由1/3Vcc上升到2/3Vcc所需的时间,tw2为电容C放电所需的时间。

  555电路要求R1与R2均应不小于1KΩ,但两者之和应不大于3.3MΩ。

  外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性,555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。因此,这种形式的多谐振荡器应用很广。

  4、555定时器组成占空比可调的多谐振荡器

  电路如图7,它比图5电路增加了一个电位器和两个引导二极管。D1、D2用来决定电容充、放电电流流经电阻的途径(充电时D1导通,D2截止;放电时D2导通,D1截止)。

  555定时器解析,555定时器的工作模式及其应用

  占空比

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  可见,若取RA=RB,电路即可输出占空比为50℅的方波信号。

 
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