时基电路的四种常用电路

1、555时基电路的四种常用电路555时基电路是一种双极型的时基集成电路，工作电源为4. 5v18v,输岀电平可与 TTL、CMOS和HLT逻辑电路兼容，输岀电流为200mA，工作可靠，使用简便而且成本低，可直接推动扬声器、电感等低阻抗负载，还可以在仪器仪表、自动化装置及各种电器中作定时及时间延迟等控制，可构成单稳态触发器、无 稳态多谐振荡器、脉冲发生器、防盗报警器、电压监视器等电路，应用及其广泛1 555时基电路的内部结构国产双极型定时器 CB555的电路结构如图丨所示。它由分压器、电压比较器C1和C2、SR锁存器、缓冲输岀器和集电极开路的放电三极管TD组成。5KSKDISC ：SKTn>

2、圏15陥时棊电路的内祁结构图1 . 1电压比较器分压器由三个等值电阻串联构成，将电源电压Vcc分压后分别为两个电压比较器提供基准比较电压。在控的冋向输入端接基准比较电压VR1，反向输入端（也称阈值端TH）外接输入触发信号电压，C2的反向输入端接基准比较电压 VR2，冋向输入端（也称触发端TR'）外接输入触发信号电压。1 . 2分压器电压比较器C1和C2是两个相同的线性电路，每个电压比较器有两个信号输入端和一个信号输岀端C1乙严匕必产寺 O制电压输入端 Vco悬空时，C1、C2的基准比较电压分别为接一个高频干扰旁路电容。如果Vco外接固定电压，则1 . 3 SR锁存器SR锁存器是由两个

3、TTL与非门构成，它的逻辑状态由两个电压比较器的输岀电位控制，并有一个外引岀 的直接复位控制端 R'D。只要在R'D端加上低电平，输岀端vo便立即被置成低电平，不受其它输入端状态的影响。正常工作时必须使 R'D处于高电平。SR锁存器有置0（复位）、置1（置位）和保持三种逻辑功能。 电压比较器C1的输岀信号作为 SR锁存器的复位控制信号，电压比较器C2的输岀信号作为 SR锁存器的 置位控制信号。1 . 4集电极开路的放电三极管放电三极管实际上是一个共发射极接法的双极型晶体管开关电路，其工作状态由SR锁存器的Q'端控制,集电极引岀片外，外接RC充放电电路。通常，把引

4、岀片外的集电极称为放电端（DISC）。1 . 5输出缓冲器输出缓冲器由反相器构成。其作用是提高时基集成电路的负载能力，并隔离负载与时基集成电路之间的影响。输岀缓冲器的输入信号是SR锁存器Q'的输岀信号。2 555时基电路的基本工作模式555时基电路的应用十分广泛，用它可以轻易组成各种性能稳定实用电路，但无论电路如何变化，若将这 些实用电路按其工作原理归纳分类，其基本工作模式不外乎单稳态、双稳态、无稳态及定时这四种模式。2 . 1单稳态工作模式在实际应用中，并不总是需要连续重复波，有时只需要电路在一定长度时间内工作，这种电路只需要工作在单稳态模式。单稳态模式是指电路只有一个稳定状态，也称

5、单稳态触发器。在稳定状态时，555时基电路处于复位态，即输出低电平。当电路受到低电平触发时，555电路翻转置位进入暂稳态，在暂稳态时间内，输岀高电平，经过一段延迟后，电路可自动返回稳态。单稳态工作模式根据工作原理可分为脉冲启动 的单稳和单稳型压控振荡器。2 . 1 . 1脉冲启动的单稳脉冲启动的单稳是以 555时基电路的2端作为触发信号的输入端，并将由TD和R组成的反相器输岀电压接至6端，同时在6端对地接入电容 C，就构成了单稳态触发器，电路如图2所示。其稳态时 Vo=O，暂ZM. = ffCln 巳-戶J =«Cin3 =0 _ £ %稳态Vo=l，输岀脉冲的宽度tW等于

6、暂稳态持续的时间。？3通常R的取值在几百欧姆到几兆欧姆之间，电容的取值范围为几百皮法到几百微法，tW的范围为几微秒到几分钟。但随着 tW的宽度增加它的精度和稳定度将下降。脉冲启动的单稳电路除了起定时/延时作用以外，还可以用于消抖、分/倍频、脉冲输岀等。2 . 1 . 2单稳型压控振荡器（VCO）由555时基电路组成的压控振荡器如图3所示，图（a）电路中，2端输入被调制脉冲 Vi，5端加调制信号Vco。图（b）电路中，利用输岀的脉冲，经低通滤波、直流放大后，闭环控制555的控制端（5端），使当触发频率升高时，自动减小其暂稳宽度，达到输出波形的占空比保持不变。单稳型压控振荡器主要用于脉宽 调制、压

7、频变化、A/D变换等。2 . 2双稳态工作模式双稳态工作模式是指电路有两个输入端和两个输岀端的电路，它的输岀端有两个稳定状态，即置位态和复位态。这种输岀状态是由输入状态、输岀端原来的状态和锁存器自身的性能来决定的。双稳态工作模式根 据工作原理可分为 SR锁存器和施密特触发器。2 . 2 . 1 SR锁存器(双限比较器)对于555时基电路来说，按照它的逻辑功能完全可以等效于一个SR锁存器，如图4所示，只不过它是一个特殊的SR锁存器。它有两个输入端 TH(R)和TR'(S')，只有一个输岀端 Vo(Q)而没有Q'端。因为一个Q 端就能解决和负载的连接以及说明锁存器的状态，所

8、以省略了Q'端。这个特殊的SR锁存器的特殊之处有二：一是它的两个输入端对触发电平的极性要求不同，R端要求高电平，而S'端要求低电平；二是两个输入端的阈值电平不同， R端为了即对R端来说，时，匕匕匕詔N输岀高电平1，而*3 时输岀低电平0；对s'端来说阈值电平为3 ",即'3 w时，输岀低电平0，而VS> 1/3VCC时输岀高电平1。SR锁存器常用于比较器、电子开关、检测电路、家电控 制器等。2 . 2 . 2施密特触发器(滞后比较器)555时基电路中的两个电压比较器C1和C2,由于它们的参考电压不同，C1为1/3VCC，C2为1/3VCC，因而S

9、R锁存器的置0信号和置1信号必然发生在输入信号的不同电平。因此，输岀电压由高电平变为低 电平和由低电平变为高电平所对应的输入信号值也不同，利用这一特性，将它的两个输入端TH和TR相连作为总输入端便可得到施密特触器，如图5所示。施密特触发器经常用于电子开关、监控告警、脉冲整形等。2 . 3无稳态工作模式无稳态工作模式是指电路没有固定的稳定状态，555时基电路处于置位与复位反复交替的状态，即输岀端交替岀现高电平与低电平，输送岀波形为矩形波。由于矩形波的高次谐波十分丰富，所以无稳态工作模式 又称为自激多谐振荡器。可分为直接反馈型、简接反馈型多谐振荡器和无稳型压控振荡器。2 . 3 . 1直接反馈型多

10、谐振荡器 555时基电路可以组成施密特触发器，利用施密特触发器的回差特性，在电路的两个输入端与地之间接入充放电电容 C并在输岀与输入端之间接入反馈电阻Rf，就组成了一个直接反馈式多谐振荡器，如图6(a)所示。接通电源，电路在每次翻转后的充放电过程就是它的暂稳态时间，两个暂稳态时间分别为电容的充电时间T1和放电时间 T2。t仁t2=0 . 69RC振荡周期 T=T1+T2振荡频率f=1 / T,电路占空比为 50 %。 改变R、C的值则可改变充放电时间，即改变电路的振荡频率fo电路中充、放电电阻R的取值一般应不小于10K Q，如取值过小，那么充、放电电流过大，会使输岀电压下降过多，重负载时尤其如

11、此。2. 3 . 2间接反馈型多谐振荡器直接反馈式多谐振荡器由于通过输出端向电容C充电，输出受负载因素的影响，会造成振荡频率的不稳定，所以常采用间接反馈式多谐振荡器，电路如图6(b)所示。电路的工作过程不变，但它的工作性能得到很大改善。该电路充电时经R1和R2两只电阻，而放电时只经 R2 一只电阻，两个暂稳态时间不相等，T1=0 . 69(R1+R2)C , T2=0 . 69R2C，振荡周期 T=T1+T2=0 . 69(R1+2R2)C，振荡频率 f=1/T如果将电路进行改进，接入二极管D1和D2，电路如图6(c)所示，电容的充电电流和放电电流流经不同的路径，充电电流只流经Rl，放电电流只

12、流经 R2，因此电容 C的充放电时间分别为T1=0 . 69R1C，T2=O . 69R2C 振荡周期 T=T1+T2=0.69(R1+R2)C，振荡频率 f=l /T。若取 R1=R2，占空比为 50 %。多谐振荡器在脉冲输岀、音响告警、家电控制、电子玩具、检测仪器、电源变换、定时器等方面有着广泛的应用。2 . 3 . 3无稳型压控振荡器(VCO)7所示。图(a)电路电容C的充、放电时间分别为如果间接反馈型多谐振荡器的控制电压输入端不悬空，则构成无稳态压控振荡器，电路如图荡周期T=T1+T2，振荡频率f=1 /T。当输入控制电压 VI升高时频率f将会降低。图(b)电路是电压一频率转换电路(V

13、FC)，由运算放大器和 555定时器构成，改变负载电阻RL两端的电压降，就可改变555多谐振荡器的频率。若负载为RL,电流为10,则其两端电压 Vi=IORL该电压经差分放大器 Al放大100倍，Al输岀加到555的控制端(5脚)对其进行调制，这样，555输岀(3脚)信号频率就与输入电压Vi成比例。无稳型压控振荡器主要用于脉宽调制、电压频率变换以及A/D变换等。2 . 4定时工作模式8所示，由于这种电路在应用电路中使用定时工作模式实质上是单稳态工作模式的一种变形，其电路如图 得较为广泛，所以可以作为一种基本工作模式。或延时电路中，其稳态时VO=O，暂稳态Vo=1，输岀脉冲的宽度tW等于暂稳态持

14、续的时间，而暂稳态持续的时间取决于外接电阻R和电容C的大小。图(a)是开机时产生高电平的定时电路，经延迟时间t后，时基电路输岀端将保持输岀低电平不变，如果要使3脚再次输岀高电平， 只需按一下按钮 SB，电容C的存储电荷即通过 SB泄放，2脚端受低电平触发， 555置位，3脚输岀高电平松开 SB后定时即开始。此时电源VDD就通过定时电阻 R向C充电，使C两端的电压(555的阈值端6脚电平)不断升高，当升至 2/3VCC时，时基电路复位，定时结束，3脚恢复输岀低电平。图(b)是开机时产生低电平的定时电路，经延迟时间t后，时基电路输岀端将保持输岀高电平不变，因为开机时，由于电容 C两端电压不能跃变，

15、所以 555的TH端(6脚)为高电平，555复位，3脚输岀低电平。然 后电源经R向C充电，使C两端电压不断升高，从而使 555的触发端TR(2脚)电平不断下降，经延迟时 间t后，2脚电平降至1/3VCC，时基电路置位，3脚则保持输岀高电平不变。如要再次输岀一个延迟时间 为t的低电平，只需按一下按钮SB即可。3 555时基电路的应用1972年美思西格奈蒂克公司 (Signetics)首次推岀NE555双极性时基集成电路，原本旨在取代体积大、定 时精度差的机械式定时器，但器件投放市场后，由于该集成电路成本低、使用方便、稳定性好，因此受到 各界电子、电器设计与制作人员的欢迎，其应用范围远远超岀了的设

16、计者的初衷，其用途几乎涉及电子应 用的各个领域。自世界上第一块NE555集成电路诞生至今 30多年以来，其市场一直经久不衰，直至今天世界各国集成电路生产厂商仍纷纷竞相仿制。3 . 1 NE556时基电路构成电机控制电路NE556定时器构成的电机控制电路如图9所示，电路中NE556(1)构成无稳态多谐振荡器，NE556(2)构成单稳态多谐振荡器。R3和C3构成微分电路，VD1为限幅二极管，作用是吸收微分电路产生的正尖峰脉冲电压；NE556(2)的输岀经R5和VT2激励达林顿晶体管 VT1，使其通/断工作，从而驱动电动机使其 运行。BP1用于调节激励VT1的周期，BP2用于控制电动机的转速。555

17、时基电路在控制电路与转换电路方面的应用还有：构成水位自动控制电路、 上下限温度自动控制电路、电压一频率转换电路、频率一电压转换电路等。3 . 2 555时基电路构成相片曝光定时电路555定时器构成的相片曝光定时器如图10所示，555时基电路接成定时工作模式，当电源接通后，定时器进入稳态，此时定时电容的电压为VCT=VCC，对555这个等效的触发器来讲，两个输入端都是高电平，则输岀为低电平，VO=0，继电器不吸合，常开触电是打开的，相片曝光灯不亮。？当按下按钮开关 SB后，定时电容 CT立即放电到电压为零，此时555电路等效触发输入端均为低电平，则输岀为高电平，V0=1，继电器吸合，常开触电是闭

18、合，相片曝光灯点亮。按钮开关按一下后立即放开， 电源电压就通过电阻RT向电容CT充电，暂稳态开始。当电容电压上升到2/3VCC时，定时时间已到，555等效电路触发器输入均为高电平，于是，触发器又翻转为低电平，VO=0，继电器释放，暂稳态结束又恢复到稳态。相片曝光时间为tW=1.1RTCT，延时时间可通过电位器RP调整和设置。图10 555时咸电路构成相片曝光定时器?555时基电路在延迟与定时器的应用电路中，还可构成各种不同类型的开机延迟电路和各种不同种类的定时电路，如触摸式实用 电子定时器、大范围长时间的可调定时器、用于智力竞赛抢答游戏的小巧定时音响器、电话限时定时器、 照明灯自动定时器等。3 . 3 555时基电路构成电源电路555时基电路构成的正负双电源电路如图II所示，VCC为供电电池组，合上电源开关 S后，即可输岀对等的正负双电源。555时基电路和 R1、C1接成占空比为50 %的无稳态多谐振荡器，振荡频率为20KHZ的方波。当输岀端为高电平时，电容C4被充电，输岀端为低电平时，电容C3被充电。由于二