摘要 555时基电路是一种应用十分广泛的模拟-数字混合式集成电路。本文在分析555时基电路工作原理的基础上阐述了555时基电路在定时电路中的应用。
关键词 555时基电路;触发端;时间常数;晶体管
中图分类号 TN710文献标识码 A文章编号 1674-6708(2009)05-0086-03
Abstract555 timer is a very widespread application of analogue-digital hybrid and integrated circuit. The paper elaborates the application of 555 timer in the timed circuit as the base of its principle.
Keywords555 timer;trigger point;time constant;transistor
555时基电路是一种应用十分广泛的模拟-数字混合式集成电路,国外产品型号有NE555、LM555、XR555、CA555、RC555、LC555等,国内产品型号有5G1555、SL555、FX555等。它们的内部功能结构和引脚排列序号都相同,因此可以在使用时相互代换。555时基电路最早是为了取代体积大、精度低的机械式定时器而设计的集成电路,具有定时精度高、温度漂移小、速度快、可直接与数字电路相连、结构简单、功能多、驱动电流较大等优点。
1555时基电路工作原理
1.1 555时基电路基本特性
图1 555时基电路的功能框图
555时基电路内部一共集成了21个晶体三极管、4个晶体二极管和16个电阻器,组成了两个电压比较器、一个R-S触发器、一个放电晶体管和一个由3个全等电阻组成的分压器。555时基电路集成电路的电路图见下图1中虚线所围部分,图中,A1和A2是两个高增益电压比较器,它们的输出端分别接到触发器的R端(置“0”端)和S端(置“1”端);VT是放电晶体管;R1、R2和R3的阻值相等,均为5KΩ并组成分压器,555的名称就是因此得名。
图1中,A1为上比较器,A2为下比较器,由于R1、R2和R3的阻值相等,均为5KΩ、因此集成电路的5脚(控制端VC)电位固定在(为时基电路的工作电源电压),6脚叫做阈值输入端TH。同理,下比较器A2的同相输入端电位被固定在,反相输入端(即2脚)作为触发输入端。A1和A2的输出端分别送到R-S触发器(即双稳态触发器)的置位端(即置“1”)S和复位端(即置“0”)R,以控制输出端OUT即(3脚)的电平状态和放电管VT的导通与截止。
图1所示外部元件电阻R1、电容C1与555时基电路接成单稳态电路。由于A1的基准设在反相输入端(),所以当阈值端TH(即第6脚)电压高于或等于时,A1输出高电平,使触发器复位,输出端3脚为低电平,即,此时放电管VT导通,时基电路的7、1两脚被VT短接,外部定时电容Ct可以通过7脚、1脚放电。而A2的基准是设在同相输入端,因此只有触发端(即2脚)电平小于或等于时,A2输出高电平,触发器被置位,3脚输出高电平,即,放电器VT截止,7脚、1脚之间断路,相当于DIS端7脚悬空,此时外电容Ct可通过电阻Rt充电。阈值端6脚称为高触发端,它只对高电平(不小于)有效,低电平无效。触发器2脚叫做低触发端,它只对低电平(不大于)有效,对高电平无效。
1.2555时基电路的真值表
时基电路的第5脚为控制端VC,可以通过外接分压电阻或稳压管来改变A1、A2两个电压比较器的基准电压以扩大其应用范围。使用VC端一般可以悬空出来或通过0.01μF电容器接地GND以消除干扰。
2 555时基电路基本工作模式
555时基电路应用十分广泛,用它可以轻易组成各种性能稳定的高/低频振荡器、单稳态触发器、双稳态R-S触发器及各种电子开关电路等,但无论电路如何变换,其基本工作模式不外乎单稳态、双稳态、无稳态这3种模式,现分别介绍如下。
2.1 单稳态工作模式
单稳态工作模式是指电路只有一个稳态,也称单稳态触发器。在稳定状态时,555时基电路处于复位态,即输出端OUT(3脚)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,3脚输出高电平,经过一段延迟(或称定时)后,电路可自动返回稳定态,暂稳态时间通常简称为暂态时间t≈1.1Rt·Ct。
2.2 双稳态工作模式
双稳态工作模式是指电路有两个稳定状态,即置位态(输出端OUT 3脚输出高电平)或复位态(输出端OUT 3脚输出低电平),它无须任何外围元件。
该电路实质上是一个R-S触发器,S为置位端,当输入脉冲电平低于时,555置位,3脚输出高电平;R为复位端,当输入脉冲高于时,555复位,3脚输低电平。如果R端与S端的输入电平发生矛盾时,S端优先于R端。
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,即输出端OUT(3脚)交替输出高电平与低电平,输出波形为近似的矩形波。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。
3555时基电路在定时电路中的应用
下图是个振荡定时电路,电路通电后,振荡器即输出高频率的矩形方波脉冲,经一段定时时间后,电路停止振荡,输出端将一直保持低电平不变。
图2 振荡定时电路
3.1电路原理
要使电路能够正常工作,R1·C1的时间常数必须要远大于(R2+R3)·C1的时间常数。电路刚通电时,C1、C2两端电压均为零,二极管VD2截止,555时基电路与R2、R3、C2构成的无稳态振荡器能够正常起振工作。起振过程是:555首先置位,3脚输出高电平,正电源可通过R2、R3向C2充电,当充至时,555复位,3脚与7脚均输出低电平,此后C2储存的电荷可通过R3向555的7脚放电,使C2两端电压下降,当降至时,555又置位,3脚输出高电平。周而复始,电路引起振荡,振荡频率f=1.44/(R2+2R3)·C2。
电路在振荡过程中,正电源还通过电阻R1向电容C1不断充电,从而使C1两端电压逐渐上升,当升至与二极管管压降0.7V相等时,二极管VD2导通,由于C1>>C2,因此很快就将555时基电路的2、6两脚钳位在以上,从而停止振荡并永久处于复位状态,3脚一直保持低电平不变。
此电路开机输出矩形方波脉冲的定时时间可由公式t≈0.4Rt·Ct估算。二极管VD1的作用是电路关机后为电容提供放电回路,从而使电路下次开机时有一个正常的输出连续方波脉冲的定时时间。
3.2 元器件选择
VD1、VD2选用IN4148型等硅二极管;R1、R2、R3最好选用RJ-1/4W型金属膜电阻器,以确保定时时间与振荡频率的正确性;C1、C2应根据定时时间与振荡频率的需要选用聚酯、涤纶或电解电容器,C3可用CT1型瓷介电容器或CT4型独石电容器。
4 结论
由于555定时器的比较器灵敏度高,输出驱动电流大,功能灵活,因而在电子电路中获得广泛应用。
参考文献
[1] 清华大学电子学教研组编.数字电子技术基础简明教程[M].第三版.北京:高等教育出版社,2006.
[2] 华中理工大学电子学教研室编.电子技术基础.数字部分.第四版.北京:高等教育出版社,1998.
[3] 陈有卿,等.555时基电路原理、设计与应用.北京:电子工业出版社,2007.9.
[4] 孙余凯.555时基电路识图.第一版.北京:电子工业出版社,2007.1.