555定時(shí)器原理

555定時(shí)器是數(shù)模結(jié)合的集成電路，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由三個(gè)串聯(lián)的5k電阻、兩個(gè)比較器、一個(gè)RS觸發(fā)器、一個(gè)反向器和放電開關(guān)管T組成。三個(gè)串聯(lián)電阻接電源VCC，每個(gè)電阻上的壓降是1/3VCC。上面的比較器的同相端接2/3VCC，下面的比較器反相端接1/3VCC，這兩個(gè)電壓要記住，經(jīng)常要用到的。

555定時(shí)器內(nèi)部線路圖

6腳是高觸發(fā)端，2腳是低觸發(fā)段。RS觸發(fā)器是由2個(gè)與非門的輸入端和輸出端交叉反饋連接，RS觸發(fā)是雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，有0態(tài)和1態(tài)。3腳是輸出端，7腳是放電端，如果輸出低電位，RS觸發(fā)器Q端置1，開關(guān)管放電，7腳拉低成低電位；如果7腳接上拉電阻，則7腳電位與輸出端3腳相同。

555定時(shí)器引腳圖

555定時(shí)器引腳功能表

▼ 單穩(wěn)態(tài)模式

在單穩(wěn)態(tài)工作模式下，555定時(shí)器作為單次觸發(fā)脈沖發(fā)生器工作。當(dāng)觸發(fā)輸入電壓降至VCC的1/3時(shí)開始輸出脈沖。輸出的脈寬取決于由定時(shí)電阻與電容組成的RC網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)。當(dāng)電容電壓升至VCC的2/3時(shí)輸出脈沖停止。根據(jù)實(shí)際需要可通過改變RC網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)來調(diào)節(jié)脈寬。

輸出脈寬t，即電容電壓充至VCC的2/3所需要的時(shí)間由下式給出：

雖然一般認(rèn)為當(dāng)電容電壓充至VCC的2/3時(shí)電容通過OC門瞬間放電，但是實(shí)際上放電完畢仍需要一段時(shí)間，這一段時(shí)間被稱為“弛豫時(shí)間”。在實(shí)際應(yīng)用中，觸發(fā)源的周期必須要大于弛豫時(shí)間與脈寬之和(實(shí)際上在工程應(yīng)用中是遠(yuǎn)大于)。

▼ 雙穩(wěn)態(tài)模式

雙穩(wěn)態(tài)工作模式下的555芯片類似基本RS觸發(fā)器。在這一模式下，觸發(fā)引腳(引腳2)和復(fù)位引腳(引腳4)通過上拉電阻接至高電平，閾值引腳(引腳6)被直接接地，控制引腳(引腳5)通過小電容(0.01到0.1μF)接地，放電引腳(引腳7)浮空。所以當(dāng)引腳2輸入高電壓時(shí)輸出置位，當(dāng)引腳4接地時(shí)輸出復(fù)位。

▼ 無穩(wěn)態(tài)模式

無穩(wěn)態(tài)工作模式下555定時(shí)器可輸出連續(xù)的特定頻率的方波。電阻R1接在VCC與放電引腳(引腳7)之間，另一個(gè)電阻(R2)接在引腳7與觸發(fā)引腳(引腳2)之間，引腳2與閾值引腳(引腳6)短接。工作時(shí)電容通過R1與R2充電至2/3VCC，然后輸出電壓翻轉(zhuǎn)，電容通過R2放電至1/3VCC，之后電容重新充電，輸出電壓再次翻轉(zhuǎn)。

無穩(wěn)態(tài)模式下555定時(shí)器輸出波形的頻率由R1、R2與C決定：

對(duì)于雙極型555而言，若使用很小的R1會(huì)造成OC門在放電時(shí)達(dá)到飽和，使輸出波形的低電平時(shí)間遠(yuǎn)大于上面計(jì)算的結(jié)果。為獲得占空比小于50%的矩形波，可以通過給R2并聯(lián)一個(gè)二極管實(shí)現(xiàn)。這一二極管在充電時(shí)導(dǎo)通，短路R2，使得電源僅通過R1為電容充電；而在放電時(shí)截止，以達(dá)到減小充電時(shí)間降低占空比的效果。

四種555定時(shí)器方波電路

01

占空比可調(diào)的方波發(fā)生器

CB555定時(shí)器的工作原理表如下：

CB555定時(shí)器工作原理表

利用CB555定時(shí)器設(shè)計(jì)方波電路原理圖

占空比可調(diào)的方波信號(hào)發(fā)生器分析如上圖所示，電路只要一加上電壓VDD，振蕩器便起振。剛通電時(shí)，由于C上的電壓不能突變，即2腳電位的起始電平為低電位，使555置位，3腳呈高電平。C通過AR、D1對(duì)其充電，充電時(shí)間CRtA7.0-充。壓充到閾值電平2/3VDD時(shí)，555復(fù)位，3腳轉(zhuǎn)呈低電平，此時(shí)C通過Dl、RB、555內(nèi)部的放電管放電，放電時(shí)間CRtB7.0-放。則振蕩周期為放充ttT。

02

555定時(shí)器的方波發(fā)生器

這是一個(gè)無線電信號(hào)線路和電視的最有用的方波發(fā)生器項(xiàng)目。方波是最適合用于測(cè)試信號(hào)的中頻(IF)地帶，將通過中頻變壓器沒有任何衰減，不管是什么電路的調(diào)諧頻率。

555TImer是配置非穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，這意味著它將觸發(fā)本身作為一個(gè)多諧振蕩器自由運(yùn)行。計(jì)時(shí)元件電阻R1、R2和電容器(C1~C6)的值已在下圖標(biāo)出；六個(gè)電容器分別產(chǎn)生六種頻率，即1Hz、10Hz、100Hz、1kHz、10kHz、100kHz。

03

秒信號(hào)的發(fā)生電路

秒信號(hào)發(fā)生電路由集成電路555定時(shí)器與RC組成的多諧振蕩器構(gòu)成。需要的芯片有集成電路555定時(shí)器，還有電阻和電容。下圖為其電路圖：

振蕩電路是數(shù)字鐘的核心部分，它的頻率和穩(wěn)定性直接關(guān)系到表的精度。因此選擇555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，其中電容C1為47微法，C2為0.01微法，兩個(gè)電阻R1=R2=10K歐姆。此時(shí)在電路的輸出端就得到了一個(gè)周期性的矩形波，其振蕩頻率為：

f=1.43/[(R1+2R2)C]

由公式代入R1，R2和C的值得，f=1Hz，即其輸出頻率為1Hz的矩形波信號(hào)。

04

555定時(shí)器實(shí)現(xiàn)波形發(fā)生器

555定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。

在電源與地之間加上電壓，當(dāng)5腳懸空時(shí)，則電壓比較器C1的同相輸入端的電壓為2VCC/3，C2的反相輸入端的電壓為VCC/3。若觸發(fā)輸入端TR的電壓小于VCC/3，則比較器C2的輸出為0，可使RS觸發(fā)器置1，使輸出端OUT=1。如果閾值輸入端TH的電壓大于2VCC/3，同時(shí)TR端的電壓大于VCC/3，則C1的輸出為0，C2的輸出為1，可將RS觸發(fā)器置0，使輸出為低電平。

多諧振蕩器原理圖

THR和TRI分別為基準(zhǔn)電壓為2VCC/3和VCC/3的兩個(gè)比較器；當(dāng)初始電容C1兩端的電壓值小于VCC/3時(shí)，輸出端輸出高電平，則在輸出端和C1之間產(chǎn)生電位差，于是通過二極管D1給電容充電，在C1兩端電壓小于2VCC/3時(shí)輸出端一直輸出高電平；當(dāng)電容兩端電壓由充電上升到2VCC/3時(shí)，555定時(shí)器輸出端輸出低電平，此時(shí)電容C1兩端的電壓高于輸出端，于是電容放電，直到電容兩端電壓降到VCC/3，輸出端電壓變?yōu)楦唠娖?，于是產(chǎn)生穩(wěn)定的方波。

其中占空比和方波的頻率由兩個(gè)電位器來調(diào)節(jié)。充電的時(shí)間由電流的大小決定，即由充放電的電路中的電阻大小所決定，故可通過調(diào)節(jié)充電和放電電路中的電阻的大小來調(diào)節(jié)方波的占空比和頻率。

（1）積分電路

通過運(yùn)算放大器構(gòu)成的反相積分器。通過積分電路可將方波濾成三角波。

（2）RC低通濾波

通過對(duì)電容C4的充電和放電，可將規(guī)則三角波濾成規(guī)則的正弦波。

-END-

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