哈工大多学时电子技术专题报告555电路及其应用

多学时电子技术专题报告时间：班级：学号：姓名：关于555电路及其应用摘要：555时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在同一硅片上的组合集成电路。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等应用电路。因使用灵活、方便，所以在生活中应用广泛，广泛分布于家用电器、电子玩具、防盗报警等领域，在《电子技术》中有了比较详细的介绍，本文主要将阐述555电路及其广泛的应用。关键词：555定时器施密特触发器单稳态触发器多谐振荡器电子技术一、555定时器介绍1.发展历史555时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在同一硅片上的组合集成电路。它设计新颖，构思奇巧，用途广泛，备受电子专业设计人员和电子爱好者的青睐，人们将其戏称为伟大的小IC。1972年，美国西格尼蒂克斯公司(Signetics)研制出TmerNE555双极型时基电路，设计原意是用来取代体积大,定时精度差的热延迟继电器等机械式延迟器。但该器件投放市场后，人们发现这种电路的应用远远超出原设计的使用范围，用途之广几乎遍及电子应用的各个领域，需求量极大。美国各大公司相继仿制这种电路1974年西格尼蒂克斯公司又在同一基片上将两个双极型555单元集成在一起，取名为NF556。1978年美国英特锡尔公司(Intelsil)研制成功CMOS型时基电路ICM5551CM556,后来又推出将四个时基电路集成在一个芯片上的四时基电路558由于采用CMOS型工艺和高度集成，使时基电路的应用从民用扩展到火箭、导弹,卫星,航天等高科技领域。在这期间，日本、西欧等各大公司和厂家也竞相仿制、生产。尽管世界各大半导体或器件公司、厂家都在生产各自型号的555／556时基电路，但其内部电路大同小异，且都具有相同的引出功能端。555时基电路引脚图：2.引脚功能1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。2脚：低触发端3脚：输出端Vo多学时电子技术专题报告时间：班级：学号：姓名：4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。6脚：TH高触发端。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。一般用5V。3.原理鉴于各种双极型的555集成块的内部电路大同小异，下面我们以CA555为例分析其内部电路和原理。从CA555时基电路的内部等效电路图中可看到，VTl-VT4、VT5、VT7组成上比较器Al，VT7的基极电位接在由三个5kΩ电阻组成的分压器的上端，电压为⅔VDD；VT9-VT13组成下比较器A2，VTl3的基极接分压器的下端，参考电位为⅓VDD。在电路设计时，要求组成分压器的三个5kΩ电阻的阻值严格相等，以便给出比较精确的两个参考电位⅓VDD和⅔VDD。VTl4-VTl7与一个4.7kΩ的正反馈电阻组合成一个双稳态触发电路。VTl8-VT21组成一个推挽式功率输出级，能输出约200mA的电流。VT8为复位放大级，VT6是一个能承受50mA以上电流的放电晶体三极管。双稳态触发电路的工作状态由比较器A1、A2的输出决定。555时基电路的工作过程如下：当2脚，即比较器A2的反相输入端加进电位低于⅓VDD的触发信号时，则VT9、VTll导通，给双稳态触发器中的VTl4提供一偏流，使VTl4饱和导通，它的饱和压降Vces箝制VTl5的基极处于低电平，使VTl5截止，VTl7饱和，从而使VTl8截止，VTl9导通，VT20完全饱和导通，VT21截止。因此，输出端3脚输出高电平。此时，不管6端(阈值电压)为何种电平，由于双稳态触发器(VTl4-VTl7)中的4．7kΩ电阻的正反馈作用(VTl5的基极电流是通过该电阻提供的)，3脚输出高电平状态一直保持到6脚出现高于⅓VDD的电平为止。当触发信号消失后，即比较器A2反相输入端2脚的电位高于⅓VDD，则VT9、VTll截止，VTl4因无偏流而截止，此时若6脚无触发输入，则VTl7的Vces饱和压降通过4.7kΩ电阻维持VTl3截止，使VTl7饱和稳态不变，故输出端3脚仍维持高电平。同时，VTl8的截止使VT6也截止。当触发信号加到6脚时，且电位高于⅔VDD时，则VTl、VT2、VT3皆导通。此时，若2脚无外加触发信号使VT9、VTl4截止，则VT3的集电极电流供给VTl5偏流，使该级饱和导通，导致VTl7截止，进而VTl8导通，VTl9、VT2。都截止，VT21饱和导通，故3脚输出低电平。当6脚的触发信号消失后，即该脚电位降至低于⅔VDD时，则VTl、VT2、VT3皆截止，使VTl5得不到偏流。此时，若2脚仍无触发信号，则VTl5通过4.7kΩ电阻得到偏流，使VTl5维持饱和导通，VTl7截止的稳态，使3脚输出端维持在低电平状态。同时，VTl8的导通，使放电级VT6饱和导通。通过上面两种状态的分析，可以发现：只要2脚的电位低于⅓VDD，即有触发信号加入时，必使输出端3脚为高电平；而当6脚的电位高于⅔VDD时，即有触发信号加进时，且同时2脚的电位高于⅓VDD时，才能使输出端3脚有低电平输出。4脚为复位端。当在该脚加有触发信号，即其电位低于导通的饱和压降0.3V时，VT8导通，其发射极电位低于lV，因有D3接入，VTl7为截止状态，VTl8、VT21饱和导通，输出端3脚为低电平。此时，不管2脚、6脚为何电位，均不能改变这种状态。因VT8的发射极通过D3及VTl7的发射极到地，故VT8的发射极电位任何情况下不会比1.4V电压高。因此，当复位端4脚电位高于1.4V时，VT8处于反偏状态而不起作用，也就是说，此时输出端3脚的电平只取决于2脚、6脚的电位。多学时电子技术专题报告时间：班级：学号：姓名：根据上面的分析，CA555时基电路的内部等效电路可简化为如图所示的等效功能电路。显然，555电路(或者专556电路)内含两个比较器A1和A2、一个触发器、一个驱动器和一个放电晶体管。两个比较器分别被电阻R1、R2和R3构成的分压器设定的⅔VDD和⅓VDD。参考电压所限定。为进一步理解其电路功能，并灵活应用555集成块，下面简要说明其作用机理。从图1—5可见，三个5kΩ电阻组成的分压器，使内部的两个比较器构成一个电平触发器，上触发电平为⅔VDD，下触发电平为⅓VDD。在5脚控制端外接一个参考电源Vc，可以改变上、下触发电平值。比较器Al的输出同或非门l的输入端相接，比较器A2的输出端接到或非门2的输入端。由于由两个或非门组成的RS触发器必须用负极极性信号触发，因此，加到比较器Al同相端6脚的触发信号，只有当电位高于反相端5脚的电位时，R—S触发器才翻转；而加到比较器A2反相端2脚的触发信号，只有当电位低于A2同相端的电位⅓VDD时，R—S触发器才翻转。二、555定时器的功能555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的反相输入端的电压为2VCC/3，C2的同相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。在1脚接地，5脚未外接电压，个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如下所示。多学时电子技术专题报告时间：班级：学号：姓名：清零端高触发端低处发端Q放电管功能0xx0导通直接清零101x保持保持1101截止置11001截止置11110导通清零三、555定时器的应用1.构成施密特触发器用于TTL系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等。VCC5kΩvICvI1＋－C15kΩvI2＋－C25kΩvOTSRRD&&&1G(3)vOvI0.01uFVCCVCC18455562vIRvO2vO1VIC0.01F7351将555定时器的TH端(2)、端（6）连接起来作为信号输入端ui，便构成了施密特触发器，如图10.20所示。555中的晶体三极管TD集电极引出端（7），通过电阻R接电源VDD，成为输出端uO1，其高电平可通过改变VDD进行调节；uO2是555的信号输出端（3）。如图所示是当ui为三角波时施密特电路的工作波形。vIVCC23VCC13OvOOttvOOVCC/3vI2VCC/3多学时电子技术专题报告时间：班级：学号：姓名：VVIoT+VT-V2.构成多谐振荡器组成信号产生电路。多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波。多谐振荡器可用作方波发生器。接通电源后，假定是高电平，则T截止，电容C充电。充电回路是VCC—R1—R2—C—地，按指数规律上升，当上升到时（TH、端电平大于），输出翻转为低电平。是低电平，T导通，C放电，放电回路为C—R2—T—地，按指数规律下降，当下降到时（TH、端电平小于），输出翻转为高电平，放电管T截止，电容再次充电，如此周而复始，产生振荡，经分析可得输出高电平时间T=(R1+R2)Cln2输出低电平时间T=R2Cln2振荡周期T=(R1+2R2)Cln2。输出方波的占空比为：3.构成单稳态触发器用于定时延时整形及一些定时开关中。前面介绍的双稳态触发器具有两个稳态的输出状态和，且两个状态始终相反。而单稳态触发器只有一个稳态状态。在未加触发信号之前，触发器处于稳定状态，经触发后，触发器由稳定状态翻转为暂稳多学时电子技术专题报告时间：班级：学号：姓名：状态，暂稳状态保持一段时间后，又会自动翻转回原来的稳定状态。单稳态触发器一般用于延时和脉冲整形电路。右图（a）电路只能用窄负脉冲触发，即触发脉冲宽度ti必须小于tW555定时器用于实际中的实例有：能发出“叮、咚”声门铃的电路和旋光彩灯控制电路。4.555定时器单稳态触发器上图为由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2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。波形图见右图。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。5.555触摸定时开关集成电路IC1是一片555定时电路，在这里接成单稳态电路。平时由于触摸片P端无感应电压，电多学时电子技术专题报告时间：班级：学号：姓名：容C1通过555第7脚放电完毕，第3脚输出为低电平，继电器KS释放，电灯不亮。当需要开灯时，用手触碰一下金属片P，人体感应的杂波信号电压由C2加至555的触发端，使555的输出由低变成高电平，继电器KS吸合，电灯点亮。同时，555第7脚内部截止，电源便通过R1给C1充电，这就是定时的开始。当电容C1上电压上升至电源电压的2/3时，555第7脚道通使C1放电，使第3脚输出由高电平变回到低电平，继电器释放，电灯熄灭，定时结束。定时长短由R1、