555定时器

第四讲555定时器的原理及应内容：１、555定时器的工作原理２、555定时器的典型应用◆单稳态触发器（MonostableTrigger）◆多谐振荡器（AstableMultivibrator）◆施密特触发器（SchmittTrigger）◆压控振荡器（VoltageControlledOscillator）555定时器简介：555定时器（时基电路）是一种用途广泛的模拟数字混合集成电路。1972年由西格尼蒂克斯公司（Signetics）研制；设计新颖、构思奇巧，备受电子专业设计人员和电子爱好者青睐；它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器和压控振荡器等多种应用电路。典型封装两大类：双极型：555CMOS：755587654321GNDTLTHVCCRduo图4-1555定时器电路框图图4-2555定时器符号图※4-1555定时器的工作原理地低触发端高触发端放电端电源端清零端输出端电压控制端16+--+++258GNDTLTHCV3131VCCVCC4Rd111137OUTDISVCCDISCV典型的双列直插式封装16+--+++258GNDTLTHCV4Rd111137OUTDISVCCA1A2555定时器主要由比较器、触发器、反相器和由三个5k电阻组成的分压器等部分构成，电路如图所示。电阻分压器比较器触发器反相器图4-3555定时器电路框图CC31VCC32V真值表的第一行016+--+++258GNDTLTHCV4Rd111137OUTDISVCCA1A2CC32VCC31V0110导通16+--+++258GNDTLTHCV4Rd111137OUTDISVCCA1A2CC32VCC31V清零016+--+++258GNDTLTHCV4Rd111137OUTDISVCCA1A2CC32VCC31V保持保持0010110真值表的第二行CC31VCC32V从第二行到第三行CC32VCC32VCC32V导通CC32VCC31V0真值表的第四行CC31VCC32V10010101截止从第四行返回第三行CC32VCC31V00保持保持1截止回差现象THTLRdOUTDISCC32VCC31VCC31VCC32VCC32VCC31VLL通HHH断表4-1555定时器功能表通LH保持保持从555定时器的功能表可以看出：1.555定时器有两个阈yu值（Threshold）电平，分别是1/3VCC和2/3VCC；2.输出端为低电平时三极管TD导通，7脚输出低电平；输出端为高电平时三极管TD截止，如果7脚接一个上拉电阻，7脚输出为高电平。所以当7脚接一个上拉电阻时，输出状态与3脚相同。便于记忆：2脚--（低电平置位）；6脚—R（高电平复位）；S※4-2555定时器的典型应用电路◆单稳态触发器（MonostableTrigger）VCCRCC123456785555uotuituctuoOOO图4-4单稳态触发器电路图图4-5单稳态触发器的波形图CC32Viu这里要注意R的取值不能太小。（为什么？）若R太小，当放电管导通时，灌入放电管的电流太大，会损坏放电管。555单稳态触发器的工作波形如下：注意：触发脉冲必须是窄脉冲，要比暂稳态的时间tw还要短。（为什么？如果触发脉冲比暂稳态时间长呢？）图5-2-6单稳态触发器的波形图tuituctuoOOOCC32VtW则触发作用始终存在，输出将不会在uC达到2VCC/3时返回低电平。如果在暂稳态持续时间内加入新的触发脉冲呢？则新的触发脉冲不起作用，该电路为不可重复触发的单稳态触发器。那么，有没有可以重复触发的单稳态触发器呢？为此需要确定三要素：uC(0)=0V、uC(∞)=VCC、=RC，当t=tw时，uC(tw)=2VCC/3代入公式。于是可解出单稳态触发器暂稳态时间的计算根据uC的波形，由过渡过程公式即可计算出暂稳态时间tw，tw电容C从0V充电到2VCC/3的时间，根据三要素方程：τ-cccc)]e()0([)()(tuuutuRCRCt1.1ln3w注意:触发输入信号的逻辑电平，在无触发时是高电平，必须大于2VCC/3,低电平必须小于1VCC/3，否则触发无效。tuituctuoOOOCC32VtWRCτCC32VCC31V暂稳态的持续时间由RC确定！！！◇单稳态触发器的应用★可重复触发的单稳态触发器：VCCCC123567555iuuoR485电容C经三极管放电，可作为失落脉冲检出电路，对机器的转速或人体的心律（呼吸）进行监视，当机器的转速降到一定限度或人体的心律不齐时就发出报警信号。该电路有何作用？失落脉冲报警！！PNP管★脉冲的定时ABuuio单稳态电路&(b)tAotwtuootBotuio只有在tw时间内,与门才开门,信号A才能通过与门★脉冲的延时uiR＋UDD76215348uo0.01F(a)C1111QQS1JC11KR(b)tuiotwtuootoQuo的下降沿比输入触发信号ui的下降沿延迟了tw。因此，利用uo下降沿去触发其它电路(例如JK触发器),比用ui下降沿触发时延迟了tw时间,这就是单稳态电路的延时作用★简易曝光定时器思考：当按一下开关AN以后，电路是如何工作的？电容放电555置位J吸合电灯HL亮电容充电到2/3VDD555复位J释放电灯HL熄◆555定时器构成多谐振荡器（AstableMultivibrator）555定时器构成多谐振荡器构成的多谐振荡器如图4-9所示。它是将两个触发端2脚和6脚合并在一起，放电端7脚接于两电阻之间。图4-10多谐振荡器的波形VCCuoRRCCAB123456785555图4-9多谐振荡器电路图uctuctuoOOCC32VCC31V多谐振荡器参数的计算tuctuoOOCC32VCC31Vtw1tw2%100%100)2(44.11)2(7.0w11BABAw2w1TtTTDCRRTfCRRttT输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算：tw1：uC(0)=VCC/3V、uC(∞)=VCC、1=(RA+RB)C、当t=tw1时，uC(tw1)=2VCC/3代入三要素方程。于是可解出CRRt)0.7(BAw1tw2：uC(0)=2VCC/3V、uC(∞)=0V、1=RBC、当t=tw2时，uC(tw2)=VCC/3代入公式。于是可解出CRtBw20.7占空比（DurationRatio）对于图5-2-9所示的多谐振荡器，因tw1＞tw2，它的占空比大于50%，占空比不可调节。图4-12是一种占空比可调的电路，该电路因加入了二极管，使电容器的充电和放电回路不同，可以调节电位器使充、放电时间常数相同。如果RA=RB，调节电位器可以获得50%的占空比。VCC1uo1C123456785555RARBC1D2D图4-12占空比可调的多谐振荡器C充RACRB放CRtAw10.7CRtBw20.7w2w1ttT振荡周期:VCC1RC123456785555VCC2◆555定时器构成施密特触发器（SchmittTrigger）由于施密特触发器无须放电端，所以利用放电端与输出端状态相一致的特点，从放电端加一上拉电阻后，可以获得与3脚相同的输出。但上拉电阻可以单独接另外一组电源，以获得与3脚输出不同的逻辑电平。555定时器构成施密特触发器的电路图如图4-13所示,施密特触发器属于波形变换电路，该电路可以将正弦波、三角波、锯齿波变为脉冲信号。uo2uiuo1图4-13施密特触发器电路图施密特触发器的工作原理和多谐振荡器基本一致，无原则不同。只不过多谐振荡器是靠电容器的充放电去控制电路状态的翻转，而施密特触发器是靠外加电压信号去控制电路状态的翻转。所以，在施密特触发器中，外加信号的高电平必须大于，低电平必须小于，否则电路不能翻转。CC32VCC31V5号脚接控制电压Vco时，正向阈值电压和负向阈值电压分别为Vco和1/2Vco。施密特触发器的输出波形如下：ui00uOtt2VCC/31VCC/3图4-14施密特触发器的波形图施密特触发器的主要用于对输入波形的整形。图4-14表示的是将三角波整形为方波,其它形状的输入波形也可以整形为方波。VCC1uo1RC123456785555uiVCC2uo2图4-13施密特触发器电路图图5-2-15是施密特触发器（电源电压5V）的示波器波形图，对应输出波形翻转的555定时器的二个阈值，一个是对应输出下降沿的3.375V，另一个是对应输出上升沿的1.688V，施密特触发器的回差电压是3.375-1.688=1.688V。。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，但波形的高、低电平宽度完全一样的第二个输出波形，这个波形可以用于不同逻辑电平的转换。图4-15施密特触发器的示波器波形图◇施密特触发器的应用★波形的整形tUT＋UT－uiotuoo不规则的或者在信号传送过程中受到干扰而变坏的波形经过施密特电路，可以得到良好的波形。★脉冲幅度鉴别tuootuio利用施密特电路,可以从输入幅度不等的一串脉冲中,去掉幅度较小的脉冲,保留幅度超过UT+的脉冲。★光施密特触发器RG为光敏电阻，光强时为低阻，2脚低电平，555置位，J不动作；光弱时呈高阻，6脚为高电平，555复位，J吸合。RG是什么元件？电路是如何工作的？★简易灯光控制电路什么元件？光敏管：光弱时，C-E间电阻极大；光强时，电阻很小。思考：灯L什么时候亮？光强？光弱？◆555定时器构成压控振荡器(VoltageControlledOscillator)一般的振荡器若要改变振荡频率必须改变选频网络的参数值。上述555定时器构成的振荡器，只要在5脚加入控制电压。改变控制电压就可改变振荡器的频率，这样的振荡器就是电压控制振荡器，简称压控振荡器，用VCO表示。VCCuoRRCCAB123456785555u5+-图4-16压控振荡器电路图555定时器构成的压控振荡器如图4-16所示，波形图如图4-17所示。VCCuoRRCCAB123456785555u5+-图4-16压控振荡器电路图tuctuoOO25u5u图4-17压控振荡器波形图为了使u5的控制作用明显，u5应是一个低阻的信号源。因为555定时器内部的阈值是由三个5k的电阻分压取得，u5的内阻大或串入较大的电阻，压控作用均不明显。低阻信号源压控振荡器参数的计算tw1tw2w2w1ttT输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算：tw1：uC(0)=u5/2、uC(∞)=VCC、1=(RA+RB)C、当t=tw1时，uC(tw1)=u5代入三要素方程。于是可解出tw2：uC(0)=u5、uC(∞)=0V、1=RBC、当t=tw2时，uC(tw2)=u5/2代入公式。于是可解出CRtBw20.7tuctuoOO5u25u5CC5CCBAw12/ln)(uVuVCRRt振荡周期: