555定时器得典型应用电路
单稳态触发器
555定时器构成单稳态触发器如图2221所示,该电路得触发信号在2脚输入,R与C就是外接定时电路。单稳态电路得工作波形如图2222所示。
在未加入触发信号时,因ui=H,所以uo=L。当加入触发信号时,ui=L,所以uo=H,7脚内部得放电管关断,电源经电阻R向电容C充电,uC按指数规律上升。当uC上升到2VCC/3时,相当输入就是高电平,555定时器得输出uo=L。同时7脚内部得放电管饱与导通就是时,电阻很小,电容C经放电管迅速放电。从加入触发信号开始,到电容上得电压充到2VCC/3为止,单稳态触发器完成了一个工作周期。输出脉冲高电平得宽度称为暂稳态时间,用tW表示。
图2221 单稳态触发器电路图
图2222 单稳态触发器得波形图
暂稳态时间得求取:
暂稳态时间得求取可以通过过渡过程公式,根据图2222可以用电容器C上得电压曲线确定三要素,初始值为uc(0)=0V,无穷大值uc(∞)=VCC,τ=RC,设暂稳态得时间为tw,当t= tw时,uc(tw)=2 VCC/3时。代入过渡过程公式[1p205]
几点需要注意得问题:
这里有三点需要注意,一就是触发输入信号得逻辑电平,在无触发时就是高电平,必须大于2 VCC/3,低电平必须小于 VCC/3,否则触发无效。
二就是触发信号得低电平宽度要窄,其低电平得宽度应小于单稳暂稳得时间。否则当暂稳时间结束时,触发信号依然存在,输出与输入反相。此时单稳态触发器成为一个反相器。
R得取值不能太小,若R太小,当放电管导通时,灌入放电管得电流太大,会损坏放电管。图2223就是555定时器 单稳态触发器得示波器波形图,从图中可以瞧出触发脉冲得低电平与高电平得位置,波形图右侧得一个小箭头为0电位。
图2223 555定时器单稳态触发器得示波器波形图 [动画45]
多谐振荡器
555定时器构成多谐振荡器得电路如图2224所示,其工作波形如图2225所示。
与单稳态触发器比较,它就是利用电容器得充放电来代替外加触发信号,所以,电容器上得电压信号应该在两个阈值之间按指数规律转换。充电回路就是RA、RB与C,此时相当输入就是低电平,输出就是高电平;当电容器充电达到2 VCC/3时,即输入达到高电平时,电路得状态发生翻转,输出为低电平,电容器开始放电。当电容器放电达到2VCC/3时,电路得状态又开始翻转。如此不断循环。电容器之所以能够放电,就是由于有放电端7脚得作用,因7脚得状态与输出端一致,7脚为低电平电容器即放电。
图2224 多谐振荡器电路图 图2225 多谐振荡器得波形
震荡周期得确定:
根据uc(t)得波形图可以确定振荡周期,T=T1+T2
先求T1,T1对应充电,时间常数τ1=(RA+RB)C,初始值为uc(0)= VCC/3,无穷大值uc(∞)=VCC,当t= T1时,uc(T
1)=2
VCC/3,代入过渡过程公式,可得
T1=ln2(RA+RB)C≈0、7(RA+RB)C
求T2,T2对应放电,时间常数τ2=RBC,初始值为uc(0)=2 VCC/3,无穷大值uc(∞) =0V,当t= T2时,uc(T2)= VCC/
3,代入过渡过程公式,可得T2=ln2RBC≈0、7RBC
振荡周期
T= T1+T2=≈0、693(RA+2RB)C
振荡频率
占空比
图2226就是555定时器多谐振荡器得示波器波形图,多谐振荡器得供电电压为5V。图中上面得波形就是输出波形,幅度382、5mV,示波器探头有10倍衰减,实际幅度就是3、8V;下面得一个就是定时电容器上得波形,图中显示充放电波形得峰峰值就是1、625V,波谷距零线得距离大约也就是1、6~1、7V,正好就是555定时器得二个阈值得数值。
图2226 555定时器多谐振荡器得示波器波形图[动画46]
占空比可调得多谐振荡器:
对于图2224所示得多谐振荡器,因T1＞T2,它得占空比大于50%,要想使占空比可调,应如何办？当然应该从能调节充、放电通路上想办法。图2227就是一种占空比可调得电路方案,该电路因加入了二极管,使电容器得充电与放电回路不同,可以调节电位器使充、放电时间常数相同。如果调节电位器使RA=RB,可以获得50%得占空比。读者不难瞧懂该电路得充、放电通路以及充、放电时间常数得大小。
图2227 占空比可调得多谐振荡器
密特触发器
555定时器构成施密特触发器得电路图如图2228所示,波形图如图2229所示。施密特触发器得工作原理与多谐振荡器基本一致,无原则不同。只不过多谐振荡器就是靠电容器得充放电去控制电路状态得翻转,而施密特触发器就是靠外加电压信号去控制电路状态得翻转。所以,在施密特触发器中,外加信号得高电平必须大于2 VCC/3,低电平必须小于VCC/3,否则电路不能翻转。
图2228 施密特触发器电路图 图2229 施密特触发器得波形图
由于施密特触发器采用外加信号,所以放电端7脚就空闲了出来。利用7脚加上上拉电阻,就可以获得一个与输出端3脚一样得输出波形。如果上拉电阻接得电源电压不同,7脚输出得高电平与3脚输出得高电平在数值上会有所不同。
施密特触发器得主要用于对输入波形得整形。图22210表示得就是将三角波整形为方波,其它形状得输入波形也可以整形为方波。图3、42就是施密特触发器得示波器波形图,从图中可以瞧出对应输出波形翻转得555定时器得二个阈值,一个就是对应输出下降沿得3、375 V,另一个就是对应输出上升沿得1、688V,施密特触发器得回差电压就是3、3751、688=1、688V。从图示波形可以瞧出,与理论值一致(电源电压5V)。在放电端7脚加一个上拉电阻,接10V电源,可以获得一个高、低电平与3脚输出不同,但波形得高、低电平宽度完全一样得第二个输出波形,这个波形可以用于不同逻辑电平得转换。当输入信号得幅度太小时,施密特触发器将不能工作。
图22210 施密特触发器得示波器波形图
压控振荡器
一般得振荡器改变振荡频率,就是通过改变谐振回路或选频网络得参数实现得。压控振荡器就是通过改变一个控制电压来实现对振荡器频率得改变,因此压控振荡器特别适合用于控制电路之中。利用555定时器得5脚,可以方便实现这一功能。由于555定时器就是一种低价格通用型得电路,其压控非线性较大,性能较差,只能满足一般技术水平得需要。如果需要高得性能指标,可采用专用得压控振荡器芯片,如AD650等。AD650将在第10章中介绍。555定时器构成得压控振荡器如图22211所示,波形图如图22212所示。 555定时器做压控振荡器,其工作原理与多谐振荡器无本质不同。在压控振荡器中,实质上就是通过5脚加入一个控制电压u5,u5得加入使555定时器得阈值随之改变(参阅图22212),从而可以改变多谐振荡器得振荡频率。为了使u5得控制作用明显,u5应就是一个低阻得信号源。因为555定时器内部得阈值就是由三个5kW得电阻分压取得,u5得内阻大或串入较大得电阻,压控作用均不明显。
图22211 压控振荡器电路图 图22212 压控振荡器得波形图
555时基电路构成得脉宽调制电路
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555时基电路构成得脉冲位置调制电路
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