计算机基本知识6

555定时器电路2008年11月09日星期日16:20555定时器电路555的内部结构555定时器电路是一块介于模与数字电路的一种混合电路，由于这种特殊的地位，故555定时电路在报警电路、控制电路得到了广泛的应用。下图为555的内部电路，从图上可以看出，其仅有两个比较器、一个触发器、一个倒相器、放电管和几个电阻构成，由于比较器电路是一个模拟器，而触发器电路为数字电路，故其为混合器件。555为一8脚封装的器件，其各引脚的名称和作用如下：1脚—GND,接地脚2脚—TL,低电平触发端3脚—Q,电路的输出端4脚—/RD,复位端，低电平有效5脚—V_C,电压控制端6脚—TH,阈值输入端7脚—DIS，放电端8脚—VCC,电源电压端，其电压范围为：3～18V555的功能描述上图中当V_C不外接电压时，三个电阻对电源电压进行分压，每个电阻上的压降为1/3VCC,则两个比较器的同相端的输出电压分别为：1/3CC,2/3VCC。从图上可以看出，其555的工作可分为下列3种情况加以讨论：1.当触发输入端TL输入电压低于1/3VCC而阈值输入端电压大于2/3VCC时,其下面比较器输出为高电平，触发器输出高电平；2.当触发输入端TL输入电压高于1/3VCC，而阈值输入端电压小于2/3VCC时,其两个比较器输出皆为低电平，触发器输出保持不变；3.当触发输入端TL输入电压高于1/3VCC而阈值输入端电压大于2/3VCC时,其上面比较器输出为高电平，触发器输出低电平。当然你在上面讨论时可同时对放电管进行讨论其状态，这里没有讨论，详情可能见有关资料，从上面的讨论，可列出下列表格：输入输出THTL/RDQ放电管状态××00导通＞2/3VCC＞1/3VCC10导通＜2/3VCC＞1/3VCC1保持不变保持不变＞2/3VCC＞1/3VCC10导通＜2/3VCC＜1/3VCC11截止555电路应用2009-04-0919:10我们知道，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。l双稳类电路这里我们将对555双稳电路工作方式进行总结、归纳。555双稳电路可分成2种。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。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（2.2.2）共2个单元电路。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。2.2.2单元电路中的C1只起耦合作用，R1和R2起直流偏置作用。一、555电路的型号、封装和引脚1．型号我国目前广泛使用的555时基电路的统一型号是：双极型为CB555，CMOS型为CB7555。这两种电路每个集成片内只有一个时基电路，称为单时基电路。此外还有一种双时基电路，在一个集成片内包含有两个完全相同、又各自独立的时基电路。它们的型号分别是CB556和CB7556。表1列出它们的型号和与之对应的国内、国外常用的型号。2．封装和引脚555单时基电路的封装有8脚圆形和8脚双列直插型两种。圆形集成电路引脚的编号方法是把引脚朝下，带标志的引脚置于上倒，从带标志的引脚左边开始按逆时针方向顺序编号，见图1（a）。双列直插型单时基电路的引脚编号方法是把集成片平放，从带标志的引脚开始按逆时针方向顺序编号，见图1（b）。556双时基电路的封装只有14脚双列直插型一种。引脚按双列直插型集成电路的统一方法编号，见图1（C）。CB555（CB7555）单时基电路各引脚的作用见图1（a）、（b）和图2。6脚是阈值输入端TH，2脚是触发输人端，5脚是控制端VC，4脚是主复位端，8脚是电源正极Vcc或VDD。3脚是输出端VO，7脚是放电端DIS，1脚是公共地端GND或VSS。对双时基电路CB556（CB7556)来讲，两个时基电路共用一个电源端（14）一个地端（7），其余12个脚按左右分开，各为一个独立的时基电路，见图1（c）。为了便于应用，在图2上，用圆圈内的数码表示出单时基电路的引脚号。在小方框内用斜线隔开的2个数码表示出双时基电路左右两个时基电路的引脚号。例如5／9表示左边时基电路输出端V01的引脚号是5，右边时基电路输出端V02的引脚号是9。双极型和CMOS型555电路的内部电路和参数虽然不同，但它们的引脚编号和功能是完全相同的。二、555时基电路的主要参数为了正确使用555时基电路，必须对它的基本特性有所了解。双极型和CMOS型时基电路在电特性上是有差别的，应该分别给出。至于双时基电路和单时基电路，除了静态电流，双时基电路应该是单时基电路的一倍以外，其余参数是完全相同的。所以只要列出CB555和CB7555的主要参数并予以说明就可以了。1．电源电压和静态电流CB555使用的电源电压是4．5～16伏，CB7555的电压范围比较宽，可以从3～18伏。静态电流也叫电源电流，是空载时消耗的电流。在电源电压是15伏是，CB555的静态电流典型值是10mA，CB7555是0．12mA。电源电压和静态电流的乘积就是静态功耗。可见CMOS型时基电路的静态功耗远小于双极型时基电路。2．定时精度555电路在作定时器使用时，CB555和CB7555的定时精度分别是l％和2％。3．阈值电压和阈值电流当555电路阈值输入端所加的电压＞=2/3Vcc（或*VDD）时，能使它的输出从高电平1翻转成低电平0。电压值2/3VCC就是它的阈值电压VTH。促使它翻转所需的电流称为阈值电流ITH。CB555的ITH值约为0．1mA；而CB7555的ITH值只需50pA（1pA=10－6mA）。4．触发电压触发电流当555电路触发输入端所加的电压＜=1/3Vcc（或VDD）时，能使它的输出从0翻转成1。电压值1/3Vcc就是它的触发电压VTR。促使它翻转所需的电流称为触发电流ITR。CB555的ITR值约为0．5mA；而CB7555的ITR值只需50pA。5．复位电压和复位电流在555电路的主复使端上加低电平可以使输出复位，即V0=0。所加的复位电压VMR应低于1伏。复位端所需的电流称为复位电流IMR。CB555的IMR约为400mA；而CB7555的IMR只需0.1mA。6．放电电流555电路在作定时器或多谐振荡器使用时，常常利用放电端给外接电容一个接地放电的通路。从图2看到，放电电流要通过放电管VT1，因此它的电流要受到限制，电流太大会把放电管烧坏。规定CB555的放电电流IDIS不大于200mA。CB7555因为受MOS管几何尺寸的限制，放电电流IDIS的值比较小，约在10~50mA之间，而且是随电源电压VDD的数值变化的；使用的电源电压越高，放电电流值越大。7．驱动电流驱动电流是指555电路向负载提供的电流，也叫负载电流IL。根据555电路的输出状态和负载的接法可以分成拉出电流和吸入电流两种。当输出是高电平而负载的一端接地时，负载电流从555电路内部流出经过负载入地，因此称为拉出电流，见图3（b）。当输出是低电平而负载的一端接在电源正极时，负载电流从电源正极通过负载流入555内部后入地，因此称为吸入电流，见图4（C）。这两种电流都起到驱动负载的作用，因此统称为负载电流或驱动电流。对CB555来讲，这两种电流的最大值都是200mA。对CB7555来讲，吸入电流稍大，大约是5～20mA；拉出电流较小，约是1～5mA。而且它们的数值也是随着电源电压的提高而增大的。8．最高工作频率555电路在作振荡器使用时，输出脉冲的最高频率可达500千赫。555电路的主要参数见表2。三、使用555电路时的注意事项。1．负载的接法555电路的输出有高电平和低电平两种状态，好象它内部有一个控制开关能自动动作。当输出是高电平时开关向上，输出端VO通过输出内阻R01接到电源正端。见图3（b）和图4（b）。当输出是低电平时开关向下，输出端VO通过输出内阻R02接到公共地端，见图3（C）和图4（c）。CB555的两个输出内阻都是十几欧。CB7555的R01值较大，约为几百欧；R02值较小，只有几十欧。由于555电路有两种输出状态，所以负载的接法有两种。第一种接法是把负载接在555电路输出端VO和地之间，这是最常用的接法，如图3（a）。在这种接法下．当输出是高电平（VO=1）时，内部开关接到R01上，见图3（b）。这时电流从电源正端经过内阻R01流入负载RL后入地，是从555电路向外流进负载的，所以称为拉出电流或输出电流。当输出是低电子（V0=0）时，内部开关接到R02上，见图3（C）。这时负载中没有电流。第二种接法是把负载接在电源正端和555电路输出端Vo之间，如图4（a）。在这种接法下，当输出是高电平（Vo=1）时，内部开关接到R01上，见图4（b）。这时负载中没有电流。只有当输出是低电平（VO=0）时，内部开关接到R02上，如图4（C）时负载中才有电流流通。这时电流是从电源正端经负载RL和内阻R02后入地的，是从外面流进555电路的，所以称为吸入电流或灌入电流。由于有两种接法，所以在连接负载时应该根据555电路的输出状态和负载的要求来决定负载的连接方法。例如在使用CB7555时为了取得较大的驱动电流，可以选择第二种接法。如果负载是继电器，则因为继电器有常开接点和常闭接点两种不同的接点可供选择，因此使得555电路更加变化多端，灵活方便。2．负载能力的扩大从驱动电流这个参数来看，CB555的驱动能力较大，可以直接带动小型继电器、微电机和低阻抗扬声器。CB7555的驱动能力较小，只能使用LED指示灯、压电陶瓷蜂鸣器等负载。要想使CB7555有更大的驱动能力，可以在输出端加一级驱动放大器。即把555电路输出端VO接到晶体管VT1的基极，把负载RL接到晶体管的集电极或发射极回路中，如图5。这样就可把负载电流扩大到100mA上下，足以带动继电器、微电机等负载。3．CB555与CB7555的性能比较和选用从以上介绍看到，CB556的突出优点是驱动能力强，而CB7555的突出优点是电源电压范围宽、输入阻抗高、功耗低。因此在实际应用中，在负载轻、要求功耗低和使用较低电源电压以及定时要求长（定时电阻＞10兆欧）的场合，应核选用CB7555或CB7556。而在负载较重的场合则应选用CB555或CB556。4.注意特殊型号和特殊封装在使用中有时会遇到一些特殊型号和特殊封装，这时首先应核查阅资料，弄清它们的型号、封装和引脚以及电特性。例如日本三菱公司的M51841是时基电路；而美国国家半导体公司的MM555是模拟门开关电路。555时基电路的单稳态工作方式和应用555电路有单稳态、双稳态和无稳态3种基本工作方式。用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等等。让我们先从555的单稳电路开始。一、什么是单稳电路所谓单稳电路就好象是一扇弹簧门。平时老是保持着关闭的状态，只有在外力推动时它才会打开；但在开了一会儿之后它又会自动关闭。我们把关闭状态叫做“稳态”，而把从推开门到恢复到