555定时器讲解

数字电路课件参考书：1、康华光主编电子技术基础–数字部分（第四版）2、阎石主编数字电子技术基础（第四版）3、余孟尝主编数字电子技术基础简明教程（第二版）8.4555定时器555定时器是一种用途广泛的模拟数字混合集成电路。它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器、压控振荡器等多种应用电路。87654321GNDTLTHVCCRduo图8-1-1555定时器电路框图图8-1-2555定时器符号图8.4..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137OUTDISVCCDISCV16+--+++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8-1-1555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THTLRdOUTDISCC32VCC31VCC31VCC32VCC32VCC31VLL通HHH断表22-1555定时器功能表通LH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截止回差现象从555定时器的功能表可以看出：1.555定时器有两个阈值电平，分别是1/3VCC和2/3VCC；2.输出端为低电平时三极管TD导通，7角输出低电平；输出端为高电平时三极管TD截止，如果7角接一个上拉电阻，7角输出为高电平。所以当7角接一个上拉电阻时，输出状态与3角相同。8.4.2555定时器的典型应用电路8.4.2.1单稳态触发器VCCRCC123456785555uotuituctuoOOO图8-2-1单稳态触发器电路图图8-2-2单稳态触发器的波形图CC32Viu555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。否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。图8-2-2单稳态触发器的波形图tuituctuoOOOCC32VtW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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CC32VCC31VVCCRCC123456785555单稳态触发器构成反相器tuituctuoOOO触发信号的低电平宽度要窄，其低电平的宽度应小于单稳暂稳的时间。否则当暂稳时间结束时，触发信号依然存在，输出与输入反相。此时单稳态触发器成为一个反相器。CC32V图8-2-3单稳态触发器构成反相器的波形图这里要注意R的取值不能太小，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。图4.27是555定时器单稳态触发器的示波器波形图，从图中可以看出触发脉冲的低电平和高电平的位置，波形图右侧的一个小箭头为0电位。图4.27555定时器单稳态触发器的示波器波形图8.4.2.2555定时器构成多谐振荡器555定时器构成多谐振荡器构成的多谐振荡器如图22-2-4所示。它是将两个触发端2角和6角合并在一起，放电端7角接于两电阻之间。图8-2-5多谐振荡器的波形VCCuoRRCCAB123456785555图8-2-4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图8-2-6是555定时器多谐振荡器的示波器波形图，多谐振荡器的供电电压为5V。上面的一个是输出波形，幅度382.5mV，示波器探头有10倍衰减，实际幅度是3.8V；下面的一个是定时电容器上的波形，图中显示充放电波形的峰峰值是1.625V，波谷距零线的距离大约也是1.6~1.7V，正好是555定时器的二个阈值的数值。图8-2-6555定时器多谐振荡器的示波器波形图对于图8-2-7所示的多谐振荡器，因T1＞T2，它的占空比大于50%，占空比不可调节。图4.31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8-2-7占空比可调的多谐振荡器CRA充CRB放CRtAw10.7CRtBw20.7w2w1ttT振荡周期:8.2.3555定时器构成施密特触发器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22-2-8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。uo2uiuo1VCC1RC123456785555VCC2图8-2-8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。CC32VCC31V施密特触发器的输出波形如下：ui00uOtt2VCC/31VCC/3图8-2-9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9.41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。动画4_7VCC1uo1RC123456785555uiVCC2uo2图8-2-8施密特触发器电路图图8-2-10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8-2-10施密特触发器的示波器波形图8.2.4555定时器构成压控振荡器(VCO)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角加入控制电压。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8-2-11压控振荡器电路图555定时器构成的压控振荡器如图8.2.11所示，波形图如图8.2.12所示。VCCuoRRCCAB123456785555u5+-图8-2-11压控振荡器电路图tuctuoOO25u5u图8-2-12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: