時基電路的四種常用電路

1、 555時基電路的四種常用電路 555 時基電路是一種雙極型的時基集成電路， 工作電源為 4.5v18v，輸岀電平可與 TTL、CMOS 和 HLT 邏輯電路兼容，輸岀電流為 200mA，工作可靠，使用簡便而且成本低，可直接推動揚(yáng)聲 器、電感等低阻抗負(fù)載，還可以在儀器儀表、自動化裝置及各種電器中作定時及時間延遲等控制， 可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器、脈沖發(fā)生器、防盜報警器、電壓監(jiān)視器等電路，應(yīng)用 及其廣泛 1 555 時基電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 國產(chǎn)雙極型定時器 CB555 的電路結(jié)構(gòu)如圖 丨所示。它由分壓器、電壓比較器 C1 和 C2、SR 鎖 圖1血5時甚電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 1 電壓比較器

2、電壓比較器 C1 和 C2 是兩個相同的線性電路，每個電壓比較器有兩個信號輸入端和一個信號輸 岀端。C1 的冋向輸入端接基準(zhǔn)比較電壓 VR1，反向輸入端（也稱閾值端 TH）外接輸入觸發(fā)信號電 壓，C2 的反向輸入端接基準(zhǔn)比較電壓 VR2，同向輸入端（也稱觸發(fā)端 TR）外接輸入觸發(fā)信號電 壓 1 2 分壓器 分壓器由三個等值電阻串聯(lián)構(gòu)成，將電源電壓 Vcc 分壓后分別為兩個電壓比較器提供基準(zhǔn)比較 電壓。在控制電壓輸入端 Vco 懸空時，C1、C2 的基準(zhǔn)比較電壓分別為 2 r r 匕 I 亠 3 咯 7、耳工3 K通常應(yīng)將 Vco 端接一個高頻干擾旁路電容。如果 Vco 外接固定電 壓，則=匕必

3、產(chǎn)寺。 1 3 SR 鎖存器 SR 鎖存器是由兩個 TTL 與非門構(gòu)成，它的邏輯狀態(tài)由兩個電壓比較器的輸岀電位控制， 并有一 個外引岀的直接復(fù)位控制端 RD。只要在 RD 端加上低電平，輸岀端 vo 便立即被置成低電平， 不受其它輸入端狀態(tài)的影響。正常工作時必須使 RD 處于高電平。SR 鎖存器有置 0（復(fù)位）、置 1(置位)和保持三種邏輯功能。電壓比較器 C1 的輸出信號作為 SR 鎖存器的復(fù)位控制信號，電壓 比較器 C2 的輸出信號作為 SR 鎖存器的置位控制信號。 、緩沖輸出器和集電極開路的放電三極管 TD 組成。 一 - -5K5K5K5K 6 2 :DISC J 1 4 集電極開路的

4、放電三極管 放電三極管實際上是一個共發(fā)射極接法的雙極型晶體管開關(guān)電路，其工作狀態(tài)由 SR 鎖存器的 Q端控制，集電極引岀片外，外接 RC 充放電電路。通常，把引岀片外的集電極稱為放電端 (DISC)。 1 5 輸出緩沖器 輸出緩沖器由反相器構(gòu)成。其作用是提高時基集成電路的負(fù)載能力， 并隔離負(fù)載與時基集成電路 之間的影響。輸岀緩沖器的輸入信號是 SR 鎖存器 Q的輸岀信號。 2 555 時基電路的基本工作模式 555 時基電路的應(yīng)用十分廣泛， 用它可以輕易組成各種性能穩(wěn)定實用電路， 但無論電路如何變化, 若將這些實用電路按其工作原理歸納分類， 時這四種模式。 其基本工作模式不外乎單穩(wěn)態(tài)、 雙穩(wěn)態(tài)

5、、無穩(wěn)態(tài)及定 2 1 單穩(wěn)態(tài)工作模式 在實際應(yīng)用中，并不總是需要連續(xù)重復(fù)波， 有時只需要電路在- 定長度時間內(nèi)工作， 這種電路只 需要工作在單穩(wěn)態(tài)模式。 單穩(wěn)態(tài)模式是指電路只有一個穩(wěn)定狀態(tài)， 也稱單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 在穩(wěn)定狀 態(tài)時，555 時基電路處于復(fù)位態(tài)，即輸岀低電平。當(dāng)電路受到低電平觸發(fā)時， 555 電路翻轉(zhuǎn)置位 進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)時間內(nèi)，輸出高電平，經(jīng)過一段延遲后，電路可自動返回穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)態(tài)工 作模式根據(jù)工作原理可分為脈沖啟動的單穩(wěn)和單穩(wěn)型壓控振蕩器。 2 1 1 脈沖啟動的單穩(wěn) 脈沖啟動的單穩(wěn)是以 555 時基電路的 2 端作為觸發(fā)信號的輸入端，并將由 TD 和 R 組成的反相 器輸岀

6、電壓接至 6 端，同時在 6 端對地接入電容 C，就構(gòu)成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器， 電路如圖 2 所示。 其穩(wěn)態(tài)時 Vo=O，暫穩(wěn)態(tài)Vo=l，輸岀脈沖的寬度 tW 等于暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)的時間。 ？ = =RCn3= ftc O-ec | 通常 R 的取值在幾百歐姆到幾兆歐姆之間，電容的取值范圍為幾百皮法到幾百微法， tW 的范圍 為幾微秒到幾分鐘。但隨著 tW 的寬度增加它的精度和穩(wěn)定度將下降。 脈沖啟動的單穩(wěn)電路除了起定時/延時作用以外，還可以用于消抖、分/倍頻、脈沖輸岀等。 Ca) M2脈沖fl動的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 2. 1 . 2 單穩(wěn)型壓控振蕩器(VCO) 由 555 時基電路組成的壓控振蕩器如圖 3 所

7、示，圖(a)電路中，2 端輸入被調(diào)制脈沖 Vi, 5 端加 調(diào)制信號 Vco。圖(b)電路中，利用輸岀的脈沖，經(jīng)低通濾波、直流放大后，閉環(huán)控制 555 的控 制端(5 端)，使當(dāng)觸發(fā)頻率升高時，自動減小其暫穩(wěn)寬度，達(dá)到輸出波形的占空比保持不變。單 穩(wěn)型壓控振蕩器主要用于脈寬調(diào)制、壓頻變化、 A/ D 變換等。 (a) (b) 圖3單穩(wěn)型壓控扳蕩器 2 . 2 雙穩(wěn)態(tài)工作模式 雙穩(wěn)態(tài)工作模式是指電路有兩個輸入端和兩個輸岀端的電路， 它的輸岀端有兩個穩(wěn)定狀態(tài)， 即置 位態(tài)和復(fù)位態(tài)。這種輸岀狀態(tài)是由輸入狀態(tài)、輸岀端原來的狀態(tài)和鎖存器自身的性能來決定的。 雙穩(wěn)態(tài)工作模式根據(jù)工作原理可分為 SR 鎖存器

8、和施密特觸發(fā)器。 2 . 2 . 1 SR 鎖存器(雙限比較器) 對于 555 時基電路來說，按照它的邏輯功能完全可以等效于一個 SR 鎖存器，如圖 4 所示，只 不過它是一個特殊的 SR 鎖存器。它有兩個輸入端 TH(R)和 TR(S)，只有一個輸岀端 Vo(Q)而 沒有 Q端。因為一個 Q 端就能解決和負(fù)載的連接以及說明鎖存器的狀態(tài)，所以省略了 Q端。 I 這個特殊的 SR 鎖存器的特殊之處有二：一是它的兩個輸入端對觸發(fā)電平的極性要求不同， R 端 要求高電平，而 S端要求低電平；二是兩個輸入端的閾值電平不同， R 端為事即對 R 端來 2 . 2 . 2 施密特觸發(fā)器(滯后比較器) 55

9、5 時基電路中的兩個電壓比較器 C1 和 C2,由于它們的參考電壓不同， C1 為 1/3VCC , C2 為 1/3VCC，因而 SR 鎖存器的置 0 信號和置 1 信號必然發(fā)生在輸入信號的不同電平。因此，輸岀 電壓由高電平變?yōu)榈碗娖胶陀傻碗娖阶優(yōu)楦唠娖剿鶎?yīng)的輸入信號值也不同， 利用這一特性，將 它的兩個輸入端 TH 和 TR 相連作為總輸入端便可得到施密特觸器，如圖 5 所示。施密特觸發(fā)器 經(jīng)常用于電子開關(guān)、監(jiān)控告警、脈沖整形等。 2 . 3 無穩(wěn)態(tài)工作模式 無穩(wěn)態(tài)工作模式是指電路沒有固定的穩(wěn)定狀態(tài)， 555 時基電路處于置位與復(fù)位反復(fù)交替的狀態(tài)， 即輸岀端交替岀現(xiàn)高電平與低電平， 輸送

10、岀波形為矩形波。由于矩形波的高次諧波十分豐富， 所 以無穩(wěn)態(tài)工作模式又稱為自激多諧振蕩器。 可分為直接反饋型、簡接反饋型多諧振蕩器和無穩(wěn)型 壓控振蕩器。 2 . 3 . 1 直接反饋型多諧振蕩器 555 時基電路可以組成施密特觸發(fā)器， 利用施密特觸發(fā)器的回差特性， 在電路的兩個輸入端與地 之間接入充放電電容 C 并在輸岀與輸入端之間接入反饋電阻 Rf，就組成了一個直接反饋式多諧 振蕩器，如圖 6(a)所示。接通電源，電路在每次翻轉(zhuǎn)后的充放電過程就是它的暫穩(wěn)態(tài)時間， 兩個 暫穩(wěn)態(tài)時間分別為電容的充電時間 T1 和放電時間 T2。t 仁 t2=0 . 69RC 振蕩周期 T=T1+T2 振 蕩頻率

11、 f=1 / T,電路占空比為 50 %。改變 R、C 的值則可改變充放電時間，即改變電路的振蕩 頻率 f。 電路中充、放電電阻 R 的取值一般應(yīng)不小于 10K Q ,如取值過小，那么充、放電電流過大，會 使輸岀電壓下降過多，重負(fù)載時尤其如此。 2 . 3. 2 間接反饋型多諧振蕩器說, 時，輸岀高電平 1,而 匕 v 丄 F 1 3 。吒時輸岀低電平 o ；對 S端來說閾值電 時，輸岀低電平 0,而 VS 1/3VCC 時輸岀高電平 1。SR 鎖存器常 用于比較器、電子開關(guān)、檢測電路、家電控制器等。 平為 圖 5 施甫特總龍器 直接反饋式多諧振蕩器由于通過輸出端向電容 C 充電，輸出受負(fù)載因

12、素的影響，會造成振蕩頻 率的不穩(wěn)定，所以常采用間接反饋式多諧振蕩器，電路如圖 6(b)所示。電路的工作過程不變，但 它的工作性能得到很大改善。 該電路充電時經(jīng) R1 和 R2 兩只電阻，而放電時只經(jīng) R2 一只電阻, 兩個暫穩(wěn)態(tài)時間不相等， T 仁 0 . 69(R1+R2)C ，T2=0 . 69R2C，振蕩周期 T=T1+T2=0 . 69(R1+2R2)C，振蕩頻率 f=1/T。 D1 和 D2，電路如圖 6(c)所示，電容的充電電流和放電電流 Rl，放電電流只流經(jīng) R2,因此電容 C 的充放電時間分別為 T 仁 0 . 69R1C，T2=O . 69R2C 振蕩周期 T=T1+T2=(

13、R1+R2)C ，振蕩頻率 f=l / T。若取 R1=R2， 占空比為 50 %。 多諧振蕩器在脈沖輸岀、音響告警、家電控制、電子玩具、檢測儀器、電源變換、定時器等方面 有著廣泛的應(yīng)用 2 . 3 . 3 無穩(wěn)型壓控振蕩器(VCO) 如果間接反饋型多諧振蕩器的控制電壓輸入端不懸空，則構(gòu)成無穩(wěn)態(tài)壓控振蕩器，電路如圖 所示。圖(a)電路電容 C 的充、放電時間分別為 ，振蕩周期 T=T1+T2，振蕩頻率 f=1 /To當(dāng)輸入控制電壓 VI升高時頻率 f 將會降低。圖(b)電路是電壓一頻率轉(zhuǎn)換電路 (VFC)，由運(yùn)算放大器和 555 定時器 構(gòu)成，改變負(fù)載電阻 RL 兩端的電壓降，就可改變 555

14、 多諧振蕩器的頻率。若負(fù)載為 RL，電流 為 10,則其兩端電壓 Vi=IORL 該電壓經(jīng)差分放大器 Al 放大 100 倍，Al輸岀加到 555 的控制端 (5 腳)對其進(jìn)行調(diào)制，這樣， 555 輸出(3 腳)信號頻率就與輸入電壓 Vi 成比例。無穩(wěn)型壓控振蕩 器主要用于脈寬調(diào)制、電壓頻率變換以及 A/ D 變換等。 1 - 07 R 1 3 曲2 T. 丄 如果將電路進(jìn)行改進(jìn)，接入二極管 流經(jīng)不同的路徑，充電電流只流經(jīng) rt W| + WJCIn 5亦離威的耳諧血藹器 6 用于定時或延時電路中，其穩(wěn)態(tài)時 VO=0，暫穩(wěn)態(tài) Vo=1，輸岀脈沖的寬度 tW 等于暫穩(wěn)態(tài)持續(xù) 的時間，而暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)

15、的時間取決于外接電阻 R 和電容 C 的大小。 圖(a)是開機(jī)時產(chǎn)生高電平的定時電路， 經(jīng)延遲時間 t 后，時基電路輸岀端將保持輸岀低電平不變， 如果要使 3 腳再次輸岀高電平，只需按一下按鈕 SB，電容 C 的存儲電荷即通過 SB 泄放，2 腳 端受低電平觸發(fā)，555 置位，3 腳輸岀高電平松開 SB 后定時即開始。此時電源 VDD 就通過定 時電阻 R 向 C 充電，使 C 兩端的電壓(555 的閾值端 6 腳電平)不斷升高，當(dāng)升至 2/3VCC 時， 時基電路復(fù)位，定時結(jié)束， 3 腳恢復(fù)輸岀低電平。 圖(b)是開機(jī)時產(chǎn)生低電平的定時電路， 經(jīng)延遲時間 t 后，時基電路輸岀端將保持輸岀高電

16、平不變， 因為開機(jī)時，由于電容 C 兩端電壓不能躍變，所以 555 的 TH 端(6 腳)為高電平，555 復(fù)位，3 腳輸岀低電平。然后電源經(jīng) R 向 C 充電，使 C 兩端電壓不斷升高，從而使 555 的觸發(fā)端 TR(2 腳)電平不斷下降，經(jīng)延遲時間 t 后，2 腳電平降至 1/3VCC，時基電路置位，3 腳則保持輸岀高 電平不變。如要再次輸岀一個延遲時間為 t 的低電平，只需按一下按鈕 SB 即可。2 . 4 定時工作模式 定時工作模式實質(zhì)上是單穩(wěn)態(tài)工作模式的一種變形，其電路如圖 電路中使用得較為廣泛，所以可以作為一種基本工作模式。 8 所示，由于這種電路在應(yīng)用 Ca) Ch) 8逐時王忡

17、規(guī)咒的甚木電期 ?定時工作模式主要 In cl RCn3ARC 無穩(wěn)熨圧控提藉器 3 555 時基電路的應(yīng)用 1972 年美思西格奈蒂克公司 (Signetics)首次推岀 NE555 雙極性時基集成電路， 原本旨在取代體 積大、定時精度差的機(jī)械式定時器，但器件投放市場后，由于該集成電路成本低、使用方便、穩(wěn) 定性好，因此受到各界電子、電器設(shè)計與制作人員的歡迎， 其應(yīng)用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超岀了的設(shè)計者的初 衷，其用途幾乎涉及電子應(yīng)用的各個領(lǐng)域。自世界上第一塊 NE555 集成電路誕生至今 30 多年 以來，其市場一直經(jīng)久不衰，直至今天世界各國集成電路生產(chǎn)廠商仍紛紛競相仿制。 3 . 1 NE556 時基電

18、路構(gòu)成電機(jī)控制電路 NE556 定時器構(gòu)成的電機(jī)控制電路如圖 9 所示，電路中 NE556(1)構(gòu)成無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器， NE556(2)構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。 R3 和 C3 構(gòu)成微分電路，VD1 為限幅二極管，作用是吸收微 分電路產(chǎn)生的正尖峰脈沖電壓； NE556(2)的輸岀經(jīng) R5 和 VT2 激勵達(dá)林頓晶體管 VT1，使其通 /斷工作，從而驅(qū)動電動機(jī)使其運(yùn)行。 BP1 用于調(diào)節(jié)激勵 VT1 的周期，BP2 用于控制電動機(jī)的 轉(zhuǎn)速。 555 時基電路在控制電路與轉(zhuǎn)換電路方面的應(yīng)用還有： 構(gòu)成水位自動控制電路、 上下限溫度自動 控制電路、電壓一頻率轉(zhuǎn)換電路、頻率一電壓轉(zhuǎn)換電路等。 + 12V 厝9 NE5&6LSS6 j Ci -L DBXJJC 21X lOnf J2KI vi ?555 時基電路 在延遲與定時器的應(yīng)用電路中， 還可構(gòu)成各種不同類型的開機(jī)延遲電路和各種不同種類的定時電 路，如觸摸式實用電子定時器、 大范圍長時間的可調(diào)定時器、 用于智