555电路的应用和工作方式

555电路的应用和工作方式、实验原理和电路1器件特性555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插 8脚结构，体积很小，使用起来方便。只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。集成555定时器有双极性型和CMOS型两种产品。具、电子乐器等方面有广泛的应用。集成555定时器有双极性型和CMOS型两种产品。参数名称符号单位参数电源电压VCCV5~16电源电流ICCmA10阈值电压vTHV%Vcc触发电压VTRV巧VCC输岀低电平VOLV1输岀高电平VOHV13.3最大输岀电流GmaxmA<200最咼振荡频率fMAXKHz<300时间误差△tnS<5图8.1⑻双极性型5G555的主要性能参数①VTH即V",Vtr即Vj2(b)CMOS型7555的主要性能参数参数名称符号单位参数电源电压vCCV3~18电源电流ICCgA60阈值电压vTHV%Vdd触发电压VTRV%Vdd输岀低电平VV0.1输岀高电平VV14.8最大输岀电流IOMAXmA<200最咼振荡频率fMAXKHz>500时间误差△tnS般双极性型产品型号的最后三位数都是555，CMOS型产品型号的最后四位数都是7555.它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。器件电源电压推荐为4.512V，最大输出电流200mA以内，并能与TTL、CMOS逻辑电平相兼容。其主要参数见表8.1o8.1和图8.2所示。8.1和图8.2所示。VCC RdIIR5K图8.1 555定时器内部结构cVCC RdIIR5K图8.1 555定时器内部结构cRiV,Dis Q555TRVco,THG（a）（a）555的逻辑符号冋Fl冋Fl555图8.2 555定时器逻辑符号和引脚（b）图8.2 555定时器逻辑符号和引脚引脚功能:Vii（TH）:高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为 TH。Vi2（Tr）:低电平触发端，简称低触发端，标志为TR。Vco:控制电压端。Vo：输出端。Dis:放电端。Rd:复位端。555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻R组成的分压网络，产生13VCC和23VCC两个基准电压；两个电压比较器Ci、C2；—个由与非门Gi、G2组成的基本RS触发器（低电平触发）；放电三极管T和输出反相缓冲器G3。Rd是复位端，低电平有效。复位后，基本RS触发器的Q端为1（高电平），经反相缓冲器后，输出为0（低电平）。分析图8.1的电路：在555定时器的Vcc端和地之间加上电压，并让Vco悬空，则比较器C1的同相输入端接参考电压23Vcc，比较器C2反相输入端接参考电压13Vcc，为了学习方便，我们规定：当TH端的电压＞23Vcc时，写为VTH=1，当TH端的电压＜23Vcc时，写为VTH=0。当TR端的电压「Vcc时，写为VTR=1，当TR端的电压v.Wcc时，写为VTR=0°①低触发：当输入电压VizSVcc且Vi1＜23Vcc时，VTR=0,VTH=0，比较器C2输出为低电平，C1输出为高电平，基本RS触发器的输入端S=0、R=1，使Q=1,Q=0,经输出反相缓冲器后，V°=,T截止。这时称555定时器“低触发”；②保持：若Vi2>13Vcc且Vi1<23Vcc，则VTR=1,VTH=0,S=R=1,基本RS触发器保持，V。和T状态不变，这时称555定时器“保持””③高触发：若Vii>23Vcc，则Vth=1，比较器Ci输出为低电平，无论C2输出何种电平，基本RS触发器因R=0，使q=1,经输出反相缓冲器后， V°=0;T导通。这时称555定时器“高触发”。Vth、Vth、Vtr的“0”、“1”必须牢牢掌握。Vco为控制电压端，在Vco端加入电压，可改变两比较器 C2的参考电压。正常工作时，要在VCO和地之间接0•01卩F（电容量标记为103）电容。放电管Ti的输出端Dis为集电极开路输出。555定时器的控制功能说明见表 8.2。根据555定时器的控制功能，可以制成各种不同的脉冲信号产生与处理电路电路，例如，史密特触发器、单稳态触发器、自激多谐振荡器等。•史密特触发器由555定时器组成的史密特触发器见图THTRRdVODisXXLL导通V%Vcc<%VccHH截止<%VCC>%VccH不变不变>%VccXHL导通输入 输岀555定时器的“低触发”、“高触发”和“保持”三种基本状态和进入状态的条件（即数字电路中用于脉冲信号的整形。当输入Vi是不规则信号时，经史密特触发器处理后，输出为规则的方波；将史密特触发器用于数据通讯电路中，具有一定的抗干扰能力。在图8.4（a）电路中，若Vi端（即555的2、6脚）输入三角波时器控制弦波表及其它不规则的波形，则在输出端V。（3脚）输出幅值恒定的方波。史密特触发器是一种具有双阈值（VT+、VT_）的比较器电路，（如果在VCO端接入RW，贝【J可调节阈值）。工作原理：在不接入RW时，VT+=23Vcc,VT—=i3VCC。因为Vi端与TH和TR端连接,所以：V[=VTh=Vtr。由表8.2分析可知：Vi<VT—时,VTH=0,VTR=0,555定时器“低触发”，V。为咼电平。VT-<Vi<VT+时，VTH=0,VTR=1,555定时器“保持”，V。保持。Vi>VT+时，VTH=1,VTR=1,555定时器“高触发”，V。为低电平。8.4（虚线框中电位器RW用来调节阈值）；在

vcc5V（b）波形图K

oRMn图8.5微分电路v0Rt,Vc1vcc5V（b）波形图K

oRMn图8.5微分电路v0Rt,Vc1厂<tVo—Tw—„tViV2（a）单稳态触发器电路图8.6单稳态触发器电路与波形图•单稳态触发器图8.6所示为单稳态触发器的电路和波形图。 单稳态触发器在数字电路中常用于规整信号的脉冲宽度（TW）:将脉宽不一致的信号输入单稳态触发器后，可输出脉宽一致的脉冲信号。另外,单稳态触发器也常用于 定时器电路中，调整RC的值可以得到不同的定时值。单稳态触发器采用电阻、电容组成 RC定时电路，用于调节输出信号的脉冲宽度 TW。在图8.6（a）的电路中，Vi接555定时器的TR端，其工作原理如下：稳态（触发前）：Vi为高电平时，VTR=1，输出V。为低电平，放电管T导通，定时电容器C上的电压（6、7脚电压）Vc=VTH=0，555定时器工作在“保持”态。触发：在Vi端输入低电平信号，555定时器的TR端为低电平，电路被“低触发”，Q端输出高电平信号，同时，放电管T截止，定时电容器C经（R+RW）充电，Vc逐渐升高。电路进入暂稳态。在暂稳态中，如果W恢复为高电平（Vtr=1），但VC充电尚未达到23VCC时（Vth=0），555定时器工作在保持状态，V。为高电平，T截止，电容器继续充电。③恢复稳态：经过一定时间后，电容器充电至 VC略大于23VCC，因vTH>23VcC使555定时器“高触发”，V。跳转为低电平，放电管T导通，电容器经T放电，Vc迅速降为0V，这时，VTR=1,Vth=0， 555定时器恢复“保持”态。④高电平脉冲的脉宽TW:当V。输出高电平时，放电管T截止，电容器开始充电，在电容器上的电压v23Vcc这段时间，V。一直是高电平。因此，脉冲宽度即是由电容器 C开始充电至Vc=23Vcc的这段暂稳态时间。⑤图8.5为产生窄负脉冲用的“微分电路”⑤图8.5为产生窄负脉冲用的“微分电路”脉冲宽度计算公式:（R+RW）CoTw-1.1，原理后附。4•自激多谐振荡器自激多谐振荡器用于产生连续的脉冲信图8.7所示为自激多谐振荡器电路和波形图。自激多谐振荡器用于产生连续的脉冲信号。电路采用电阻、电容组成RC定时电路，用于设定脉冲的周期和宽度。调节 RW或电容C,可得到不同的时间常数；还可产生周期和脉宽可变的方波输出。脉冲宽度计算公式：Tw&0.7(R什RW+RRC振荡周期计算公式：T&0.7(RI+RW+2R0C(a)自激多谐振荡器电路 (b)振荡波形图8.7自激多谐振荡器电路和波形图分析方法与单稳态电路相似，但电容器 C的充电电阻是R[+R+R2，放电电阻是R2。1W2 2当Vc是低电平时，555定时器低触发，V。为高电平，放电管T截止，电容器经(R1+RW+R2)充电,当充电至V=VTh>23VCc时，电路高触发，输出V。变为低电平，放电管T导通，电容器经R2放电，当放电至Vc=VtRvi3VCc时，电路又进入低触发，V。变为高电平，如此周而复始，循环不止，输出连续脉冲信号。四、实验内容及步骤将555定时器插入实验箱中(注意器件方向) ，电源电压Vcc=+5V。然后按以下步骤进行。1史密特触发器对照图8.4(a)接线。其中555定时器的2和6脚接在一起为V,3脚V。接状态灯，用来监视V。状态。用实验箱中的100K电位器按图8.3接线，组成一个直流信号源， 与单稳态触发器的Vi端连接，Vcc接+5V。用数字万用表监测Vi的电压。检查接线无误后，接通电源，旋转电位器改变直流输入信号 Vi的电压值，观察状态灯的亮、灭情况，在状态灯亮、灭的临界点十分缓慢地旋转电位器，仔细、反复进行几次，找出使状态灯亮、灭对应的 V电压准确值，判断vthi、vTH2。记录结果。•单稳态触发器按图8.6(a)接线，组成单稳态触发器。由于该电路 V端输入信号的脉宽必须小于输出脉冲V。的脉宽(即需要窄脉冲触发)才能定时准确，因此当使用方波信号作为输入信号时，必须经“微分电路”变为窄脉冲。按图 8.5接线，组成微分电路。将实验箱的“单次正脉冲信号”经微分电路接W，输出VO接状态灯。调节Rw为最大值100KQ输入单次脉冲一次，观察状态灯亮的时间。调节 RW,再进行输入Vi的操作，观察状态灯亮时间。实验者更换定时电容 C为10卩F,再进行上述操作，观察输出V。的延时情况。调节连续脉冲发生器(PulesInput)产生500Hz方波信号，并经微分电路接单稳态触发器的Vi端。用示波器丫！观测Vi，丫2分别观测V。和Vc，记录波形。•多谐振荡器按对照图8.5(a)接线，输出端V。接状态灯和示波器，并把10卩F电容C接入电路中。①接线完毕，检查无误后，接通电源， 555定时器工作。这时可看到状态灯间歇闪亮。调节RW的值，记录现象。改变电容C的数值为0.01F(即103pF),再调节RW，用示波器观察输出波形的变化，记录RW=0和RW=100K时的Vc、VO波形、脉宽及频率。五、 预习要求1.复习555定时器的结构和工作原理，写出低触发、保持和高触发的输入条件。2•计算实验电路中555单稳态触发器和多谐振荡器的 RC值与脉冲波形的关系理论值(设C=0.01卩F,RW=0和RW=100K两种情况)。3.掌握555定时器的管脚排列。六、 实验报告要求•整理实验线路，画出各种实验波形。•分析理论计算值和实际测得值的误差为多少，V。1hum，V。1hum，(a)窄脉冲输入'输出波形(b)宽脉冲输入'输出波形图8.5所示RC网络在电子电路中有两种作用：“耦合”与“微分”。V。变为该电路的时间常数为：T=RC(秒)。当输入信号的脉宽(TW)远小于T时，RC电路起耦合作用，V。波形与Vj相差不大，见附图1(a);但当输入信号脉宽较宽时，由于平顶降落(S)较大，使输出信号脉宽变窄，RC电路对输出信号起微分作用,尖脉冲，见附图1(V。变为TWuoti=Uie五；式中TW为脉冲宽度。由式中可以看出，当附图1RC电路的耦合和微分作用

TWvvRC时，旦幕,e氓f1’TWu°（t）疋Ui；而TW越大，则e卫C越小，u°（t）越小。rc本次实验中，当R=10K,C=0.01卩F时，1030.0110-=1104=0.1mS而500Hz的方波信号脉宽为TW=0.51500A1mSTW>>T,满足微分电路的要求，能够将方波变为尖脉冲。精确的脉宽可由公式计算得出。555电路在应用和工作方式上一般可归纳为 3类。每类工作方式又有很多个不同的电路。在实际应用中，除了单一品种的电路外，还可组合出很多不同电路,如：多个单稳、多个双稳、单稳和无稳，双稳和无稳的组合等。这样一来，电路变的更加复杂。为了便于我们分析和识别电路，更好的理解555电路，这里我们这里按555电路的结构特点进行分类和归纳，把555电路分为3大类、8种、共18个单元电路。每个电路除画出它的标准图型，指出他们的结构特点或识别方法外， 还给出了计算公式和他们的用途。方便大家识别、分析555电路。下面将分别介绍这3类电路。单稳类电路第1种（图1）是人工启动单稳，又因为定时电阻定时电容位置不同而分为 2个不同的单元，并分别以1.1.1和1.1.2为代号。他们的输入端的形式，也就是电路的结构特点是：RT-6.2-CT”和“CT-6.2-RT”。LTV：i1）特点：RT-6.2-CT,人工•吕动1vn-nLTV：i1）特点：RT-6.2-CT,人工•吕动1vn-n,稳芒:vo-1,暂穩态（td）n）公式：Tl=l1RT+CT）用途:走时，延时.VTi—oVT匚C1II1）修点:CT-&.2-RLA工启动〉VO=1穗态；vom普躊态（tdJ・2）公式：Td=i.1RT+CT3）用途:走时-延时.第2种（图2）是脉冲启动型单稳，也可以分为2个不同的单元。他们的输入特点都是“RT-7.6-CT”，都是从2端输入。1.2.1电路的2端不带任何元件，具有最简单的形式；1.2.2电路则带有一个RC微分电路。1）特点:hRT-T.B-CT1'2症输腹•外脉冲启动输入带EC微分电踣.）金式:Td=lIH*CT）用谨：定（庭）孤消抖勖、归（倍）频，歸沖输出、JC速率等检測.1）特点:-1KT-7.6-CT"e端辅入-外關冲启动或人工启动。2）掘式:Td=l.1RT+CT孑）用途：定（延）町、殖抖动、分（倍•频输出、L,U連率等检涮。双稳类电路555双稳电路可分成2种。555双稳电路可分成2种。第一种（见图1）是触发电路，有双端输入（2.1.1）和单端输入（2.1.2）2个单元。单端比较器（2.1.2）可以是6端固定，2段输入；也可是2端固定，6端输入。*2.1.1R-S1）特点：有诙£两亍樹Aj*2.1.1R-S1）特点：有诙£两亍樹AjWWuA阀佢电j£不同』输入无c・3用塗：比较器，电子开关「检癫电歸，家电控制器等。3）|f:取限比较器、*2.1.2单谛比较霁1J蒔点一端固定1鑒无輸入较第2种（见图2）是施密特触发电路，有最简单形式的（ 2.2.1）和输入端电阻调整偏置

或在控制端（5）加控制电压VCT以改变阀值电压的（222）共2个单元电路。＞特点：62城短接作辂入，输入无G有滞后电压AYTo＞特点：62城短接作辂入，输入无G有滞后电压AYTo）用邂：堪孑幵关、监控告警、脉冲整飛等.3）A名:滞后比较器、反相比蛟豁°门特点：S2端短接柞输或改吏化肮、R2餉值麦VtT以调整闵值2/—方濾输出、M双稳电路的输入端的输入电压端一般没有定时电阻和定时电容。 这是双稳工作方式的结构特点。222单元电路中的C1只起耦合作用，R1和R2起直流偏置作用。第3种（图3）是压控振荡器。单稳型压控振荡器电路有很多，都比较复杂。为简单起放大器等辅助器件的电路为 132。图中列出了2个常用电路。门特腔"Kr-T&cr轴入带VT1＞运啟错南助器件。2〉重途：同1313）S!kE:VTC无稳类电路第三类是无稳工作方式。无稳电路就是多谐振荡电路，是555电路中应用最广的一类。电路的变化形I）特点：Lt7-EB-I）特点：Lt7-EB-&AJ,T与VO相联公式；T1=T2=0.693RAC1特点:"RA-S.2-C"肚与VD相瘗。公式:TI=T2=0.693RACT=0.722/RA*匚3）用途：方波输出，音响告警，电澹吏换等6T=0T22/RA*CT=0T22/RA*C51-S1式也最多。为简单起见，也把它分为三种。第一种（见图1）是直接反馈型，振荡电阻是连在输出端 V0的。第二种（见图2）是间接反馈型，振荡电阻是连在电源VCC上的。其中第1个单元电路（321）是应用最广的。第2个单元电路（322）是方波振荡电路。第 3、4个单元电路都是占空比可调的脉冲振荡电路，功能相同而电路结构略有不同，因此分别以 3.2.3a和3.2.3b的代号。養忙色邑丄间接股惯型无稳3)3)特.点：*lRA-7-KB-&2-C,rtRA占VC匚相连。公式：T