14 555定时器及其应用

14555定时器及其应用555定时器是一种多用途的数字－模拟混合的集成电路，一种应用极为广泛的中规模集成电路，只要外接少量的电阻、电容元件，可以很方便地构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器。因而在信号的产生与变换、自动检测及控制、定时与报警等方面得到了广泛的应用。555有单极性和双极性之分，都有单或双定时器集成电路。双极性型号为555（单）和556（双），电源电压范围为5~15V，输出电流可达200mA；单极性型号为7555（单）和7556（双），电源电压为2~18V，但输出电流仅为1mA。14.1555定时器的结构及工作原理图14-1-1为双极性5G555单定时器内部逻辑电路图＆＆＆1VK5K5K5172(DISC)TR6TH5CO8Ucc4RD3ouG4G3G2G1C1C21Cu2CuQQ图14-1-15G555的电路图DISUR2UR1电路内部C1、C2为比较器，G1、G2与非门组成基本RS触发器，集电极开路的三极管V（又称为放电管）由Q控制其导通与截止555的图形符号及功能表如图14-1-2所示输入输出RD)(ouV01111××0导通CCU32CCU310导通CCU32CCU311截止CCU32CCU32CCU31不变不变高截止（a）图形符号（b）功能表图14-1-25G555的图形符号及功能表THTRQCCU3115326784CB555DISTHTRGNDCOouRDUcc各管脚的名称和功能如下8脚－Ucc：电源端，可在5～18V范围内使用。1脚－GND:接地端2脚－TR:低电平触发端15326784CB555DISTHTRGNDCOouRDUcc3脚－u0：输出端，输出电流可达200mA，直接驱动继电器、发光二极管、扬声器、指示灯等，输出电压约低于电源电压1~3V。4脚－RD：复位端，若此端输入一负脉冲，而使触发器直接复位。不用时加以高电平。5脚－CO：电压控制端，此端可外加一电压以改变比较器的参考电压，不用是可悬空或通过0.01μF的电容接地6脚－TH：高电平触发端7脚－DIS：放电端，当触发器的Q＝0时，V导通，外接电容C通过此管放电。14.2用555构成施密特触发器(SchmittTrigger)凡是输出和输入信号具有如图14-2-1(a)所示的滞后电压传输特性的电路称为反相施密特触发器，凡是输出和输入信号具有如图14-2-1(b)所示的滞后电压传输特性的电路称为同相施密特触发器TUTUouIuIuou1(a)反相施密特触发器图14-2-1施密特触发器的电压传输特性和符号TUTUouIuIuou1(b)同相施密特触发器对于反相施密特触发器TUTUouIuIuou1反相施密特触发器当输入信号由小到大到达或超过正向阀值电压UT＋时，输出由高电平翻转为低电平。反之，输入信号由大变小，达到或超过负向阀值电压UT－时，输出由低电平翻转为高电平对于同相施密特触发器TUTUouIuIuou1同相施密特触发器当输入信号由小到大到达或超过正向阀值电压UT＋时，输出由低电平翻转为高电平。反之，输入信号由大变小，达到或超过负向阀值电压UT－时，输出由高电平翻转为低电平将正向阀值电压UT＋与负向阀值电压UT－之差称为回差电压，用△UT表示，即△UT＝UT＋－UT－14.2.1电路组成及工作原理由555组成的反相施密特触发器电路如图14-2-2所示，只需将6脚和2脚接在一起作输入端，3脚作输出端即可。其对应的电压传输特性与图14-2-1(a)相同，5脚悬空或接防干扰电容时，正向阀值电压UT＋＝2UCC/3，反向阀值电压UT－＝UCC/3；5脚外接电源时，UT＋＝UCO，UT－＝UCO/315326784CB555ouUccIu图14-2-2555构成的施密特触发器对于图14-2-3所示，其工作原理为为高电平＝＝当＝＝保持时当＝＝当0CCCCCCCC1Q0QU320Q1QU32U310Q1QU31uuuuuIIII＆＆＆1VK5K5K517265CO8Ucc43ouG4G3G2G1C1C21Cu2CuQQ图14-1-3555构成的施密特触发器电路图DISUR2UR1IuTUTUouIuIu反相施密特触发器其工作过程如下＆＆＆1VK5K5K517265CO8Ucc43ouG4G3G2G1C1C21Cu2CuQQ图14-1-3555构成的施密特触发器电路图DISUR2UR1IuTUTUouIuIu反相施密特触发器）（＝＝当＝＝保持时当）（＝＝当OH0CCCCCCOL0CCU0Q1QU311Q0QU32U31U1Q0QU32uuuuuuIIII当输入uI为三角波时，可得输出波形为矩形波，如图14-2-4所示的TUTUouIuIu反相施密特触发器IutTUTU00ut0图14-2-4555构成的施密特触发器的输出波形15326784CB555ouUccIu图14-2-2555构成的施密特触发器这里UT＋＝2Ucc/3,UT-＝Ucc/314.2.2应用14.2.2.1波形变换和整形利用施密特触发器可以将正弦波、三角波、锯齿波等规则或不规则的波形变换为矩形波，如图14-2-5为整形波形14.2.2.2幅度鉴别利用施密特触发器可以从一串幅度不等的脉冲中，将幅度较大的脉冲鉴别出来，图14-2-6为鉴幅波形IutTUTU00ut0图14-2-5555构成的施密特触发器的整形波形IutTUTU00ut0图14-2-6555构成的施密特触发器的鉴幅波形14.3用555构成单稳态触发器单稳态触发器的特点：第一它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；电路在没有外加触发信号期间，处于一种稳定不变的状态，即稳态第二在外界触发脉冲的作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，再自动返回稳态；即当输入端在外加触发脉冲的上升沿或下降沿（由电路而定）时，电路进入暂稳态，经过一段时间后，电路自动恢复到稳态第三暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。14.3.1电路组成及工作原理用555构成的单稳态触发器如图14-3-1所示153267845G555F01.0UccouRC图14-3-1由555构成的单稳态触发器电路Iu其工作过程如下0V)32(0uUuuCCII为，导通，电路的稳定状态时，处于高电平当＆＆＆1VK5K5K5172658Ucc43ouG4G3G2G1C1C21Cu2CuQQDISUR2UR1Iu0VCV1Q0QU32CRUV0Q1Q)U31CCCCCCcccIIuuuuu放电通过导通＝时当充电给通过截止＝＝时脉冲下降沿到达（当＆＆＆1VK5K5K5172658Ucc43ouG4G3G2G1C1C21Cu2CuQQDISUR2UR1Iu其波形如图14-3-2所示tIu0tou0WtWttcu0图14-3-2由555构成的单稳态触发器的各处波形CCV32其脉宽tW可由暂态过程的三要素法得Wteuuutu)]((0)[)()(CCCwC即)()((0))(lnwCCCCwtuuuuRCt14.3.2应用脉冲整形、延时、定时等注：通常R的取值在几百欧姆到几兆欧之间，电容的取值范围为几百皮法到几百微法，tW的范围为几微妙到几分钟。但tW越大，其精度和稳定度也要下降。14.4用555构成多谐振荡器多谐振荡器是一种自激振荡器，在接通电源后，不需要外加触发信号，便能自动产生矩形波形。由于矩形波中含有高次谐波故把矩形波振荡器叫做多谐振荡器。另外，这类电路不存在稳定的状态，故又称为无稳态触发器。14.4.1电路组成及工作原理由555构成的多谐振荡器电路如图14-4-1所示153267845G555F01.0UccR1CR2图14-4-1用555定时器构成的多谐振荡器ou其工作原理＆＆＆1VK5K5K5172658Ucc43ouG4G3G2G1C1C21Cu2CuQQDISUR2UR1CR1R2F01.0接通电源→uC＝0→Q＝1→V截止→UCC通过R1和R2给C充电→uC↑→uC2UCC/3→Q=0→V导通→C通过V和R2放电→uC↓→uCUCC/3→Q＝1→V截止→UCC通过R1和R2给C充电→循环下去输出波形如图14-4-2的矩形波t0t0图14-4-2由555构成的多谐振荡器的电压波形CCV32CCV31TouCu振荡频率为CRRTf)2(69.01121上式标明，改变R和C就可改变振荡频率。用CB555组成的多谐振荡器最高频率为500KHz，用CB7555组成的多谐振荡器最高频率可达1MHz。为了改变占空比，可采用图14-4-3所示电路。15326784CB555F01.0UccR1CR2图14-4-3改进的555定时器构成的多谐振荡器D1D2ou作业14-314-4