定時(shí)器及基本應(yīng)用

1、畢 業(yè) 論 文 論文題目 555定時(shí)器及其基本應(yīng)用 系 別 物電系 專 業(yè) 物理教育 班 級(jí) 08級(jí)物理教育班 學(xué) 號(hào) 130809066 姓 名 李小沙 指導(dǎo)教師 袁樂民 二一一 年 五 月 一 日1 / 15555定時(shí)器及基本應(yīng)用摘要：555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為555，用CMOS工藝制作的稱為 7555，除單定時(shí)器外，還有對應(yīng)的雙定時(shí)器556/7556。555定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在516V工作，最大負(fù)載電流可達(dá)200mA，7555可在318V工作，最大負(fù)載電流可達(dá)4mA，因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。555

2、定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動(dòng)控制等方面。 關(guān)鍵詞：555定時(shí)器，施密特觸發(fā)器，多諧振蕩器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器引言：隨著電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是消費(fèi)類電子的日益普及，555定時(shí)器的使用量也在飛速增長。在購買和使用555定時(shí)器時(shí)，人們對555定時(shí)器的性能要求也逐漸提高。555定時(shí)器最重要的兩個(gè)性能為電池的容量和電池的內(nèi)阻，電池容量與電池內(nèi)阻存在密切的關(guān)系。一般而言, 電池的容量越大, 內(nèi)阻就越小。電池內(nèi)阻的大小及其變化可反應(yīng)電池內(nèi)部的變化。電池內(nèi)阻大，電池

3、放電電壓平臺(tái)低，電池輸出功率小，電池充電時(shí)電壓高，高倍率快速充電時(shí)，電池會(huì)產(chǎn)生大量的熱，使充電效率降低，降低電池性能?？梢婋姵貎?nèi)阻的大小是衡量電池性能好壞的重要指標(biāo), 準(zhǔn)確測量電池內(nèi)阻具有重要意義。目前,測量電池內(nèi)阻的方法主要有加載降壓法、短路電流法、電橋法、交流電流法、雙量程測量法、電位差計(jì)法等。這些方法各有利弊, 普遍問題是測量步驟較繁瑣, 有些測量方法存在著不可忽視的測量誤差, 甚至某些測量方法(因電池放電時(shí)間過長等)對電池的壽命有一定影響。本文將以論證的方式介紹一種較容易、準(zhǔn)確測量電池內(nèi)阻和電池容量的方法。一、 555定時(shí)器簡介555定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就

4、可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動(dòng)控制等方面。555 定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖 2.9.1 和圖 2.9.2 所示。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3 。 1 555 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

5、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 0 電平。 它的各個(gè)引腳功能如下： 1腳：外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。 8腳：外接電源VCC，雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.5 16V，CMOS型時(shí)基電路VCC的范圍為3 18V。一般用5V。 3腳：輸出端Vo 2腳：低觸發(fā)端 6腳：TH高觸發(fā)端 4腳：是直接清零端。當(dāng)端接低電

6、平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。 5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。 7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。 集成555 定時(shí)器是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結(jié)合在一起的中規(guī)模集成電路，因集成電路內(nèi)部含有3 個(gè)5 千歐電阻而得名，在控制、定時(shí)、檢測、放聲、報(bào)警等方面有著 2廣泛的應(yīng)用。 1.電路組成：圖一是555 定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)圖，它由五個(gè)部分組成:（1）比較器：電壓比較器C1和C2是兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的理想

7、運(yùn)算放大器。比較器有兩個(gè)輸入端，分別用U+和U-表示相應(yīng)輸入端上所加的電壓，用u c表示比較器的比較結(jié)果。當(dāng)U+>U-時(shí),u c= u h; 而U+<U-時(shí)，u cu l。（2）分壓器：三個(gè)阻值均為5k 的電阻串聯(lián)起來構(gòu)成分壓器，為比較器C1和C2提供參考電壓。 工作中不用CO 端時(shí)，一般都通過一個(gè)0.01F的電容接地，以旁路高頻干擾。（3）基本RS 觸發(fā)器：由兩個(gè)與非門組成， 是可從外部進(jìn)行置0 的直接復(fù)位端。當(dāng)R= 0 時(shí)，使Q=0；當(dāng)S=1時(shí)，Q=1。（4）晶體管開關(guān)（放電管）:晶體管TD構(gòu)成開關(guān)，其狀態(tài)受端控制。當(dāng)Q 1 時(shí)，晶體管截止; 而當(dāng)Q 0時(shí)，晶體管導(dǎo)通。（5）輸

8、出緩沖器：輸出緩沖器就是接在輸出端的反相器G3，其作用是提高定時(shí)器的帶負(fù)載能力和隔離負(fù)載對定時(shí)器的影響。2:功能分析當(dāng)RD =0 時(shí), Q=0, 輸出電壓Uo=UoL為低電平,TD 飽和導(dǎo)通;當(dāng)RD =1,U TH> 2/3Vcc, UTR> 1/3Vcc時(shí), 電壓比較器C1輸出有效低電平,C2輸出高電平, 基本RS 觸發(fā)器的R 端輸入有效電平, 所以Q=0, Uo=UOL,TD飽和導(dǎo)通;當(dāng)RD =1, UTH< 2/3Vcc,UTR> 1/3Vcc時(shí), C1 和C2 均輸出高電平( 均為無效電平) , 基本RS 觸發(fā)器保持原來狀態(tài)不變, 因此U o和TD也保持原來狀態(tài)

9、不變;當(dāng)RD =1, UTH< 2/3Vcc, UTR < 1/3Vcc時(shí), C1輸出高電平, C2輸出有效低電平, 基本RS 觸發(fā)器的S 端輸入有效電平, 所以Q =1, U o=UoL,TD 截止;當(dāng)RD =1,U TH> 2/3 Vcc, UTR < 1/3Vcc 時(shí), C1 和C2都輸出低電平, 對基本RS 觸發(fā)器而言其輸入是約束要避免出現(xiàn)的情況. 此時(shí)Q =1, Uo=Uoh, TD截止,但U TH、UTR同時(shí)變?yōu)闊o效時(shí), 其狀態(tài)不能確定.這輸入輸出UTHUTRRDU0TD狀態(tài)××00導(dǎo)通>2/3Vcc> 1/3Vcc10導(dǎo)通&

10、lt; 2/3Vcc<1/3Vcc11截止< 2/3Vcc> 1/3Vcc1不變不變 5二555定時(shí)器的應(yīng)用（一）、用555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器可將輸入緩慢變化的波形整形成為符合數(shù)字電路要求的矩形脈沖。由于其具有滯回特性，所以具有較強(qiáng)的干擾能力，因此，它在脈沖的整形和產(chǎn)生方面有著廣泛的應(yīng)用。1. 具體分析：將555定時(shí)器的UI1和UI2輸入端連在一起作號(hào)的輸入端，即可組成施密特觸發(fā)器，如圖示2示。為了防止高頻干擾，提高比較器參考電壓的穩(wěn)定性，通常將5腳通過0.01uF電容接地。如果輸入電壓是一個(gè)正弦波，當(dāng)UI從0逐漸增大時(shí)，若uI<Vcc/3時(shí)，比較器C1

11、輸出高電平，C2輸出低電平，是基本RS觸發(fā)器置1，則輸出u0=1;若UI增加到uI>2Vcc/3時(shí)，比較器C1輸出低電平，C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器置0，則輸出u0=0.當(dāng)uI從高電平逐漸下降到Vcc/3<uI<2Vcc/3時(shí)，比較器C1和C2輸出均為1，基本RS觸發(fā)器保持原狀態(tài)，進(jìn)而使u0保持不變。若uI繼續(xù)減小到UI<Vcc/3時(shí)，比較器C2輸出0，基本RS觸發(fā)器置1，輸出u0也隨之跳變?yōu)楦唠娖?.如此連續(xù)變化，在輸出端就得到一個(gè)矩形波，其工作波形如圖三所示。從工作波形可以看出：上限閾值電壓 =2Vcc/3，下限閾值電壓 =Vcc/3,回差電壓=Vcc/3.如果

12、在5腳UIc加上控制電壓，則可改變回差電壓的值，回差電壓越大，電路的抗干擾能力越強(qiáng)。 62.施密特觸發(fā)器的應(yīng)用 1. 波形變換 ：可將三角波、正弦波等變成矩形波。 2. 脈沖波的整形： 數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖在傳輸中經(jīng)常發(fā)生波形畸變，出現(xiàn)上升沿和下降沿不理想的情況，可用施密特觸發(fā)器整形后，獲得較理想的矩形脈沖。 3. 脈沖鑒幅 ：幅度不同、不規(guī)則的脈沖信號(hào)時(shí)加到施密特觸發(fā)器的輸入端時(shí)，能選擇幅度大于欲設(shè)值的脈沖信號(hào)進(jìn)行輸出。 （二）、多諧振蕩器用555定時(shí)器可方便地組成多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生和整形電路。這些電路在工業(yè)控制、定時(shí)、仿聲、電子樂器、防盜報(bào)警等方面有著廣泛的應(yīng)

13、用。 多諧振蕩器是555應(yīng)用的基本電路，是指電路沒有穩(wěn)定狀態(tài)(即方波發(fā)生器)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，其功能是產(chǎn)生一定頻率和幅度的矩形波信號(hào)，其輸出狀態(tài)不斷在“1”和“0”之間變換。在加電狀態(tài)下，由于電容C上電壓不能突變，故555芯片處于置位狀態(tài)，u。=1，放電管TD截止(7腳與地?cái)嚅_)，Vcc通過R1，R2對電容C進(jìn)行充電，當(dāng)uc上升到時(shí)，u0=0，TD導(dǎo)通，電容C端電壓通過R2和放電管TD對地進(jìn)行放電，uc下降。當(dāng)uc下降到時(shí)，u0又由0變?yōu)閘，TD截止，Vcc又經(jīng)R1和R2對C充電。如此重復(fù)上述過程，在輸出端u0產(chǎn)生了連續(xù)的矩形脈沖。其中，R1，R2和C是定時(shí)元件，它們決定了電路的充放電時(shí)間。其

14、中，Tl07(Rl+R2)C，T207R2C。 555構(gòu)成多諧振蕩器工作可靠，調(diào)節(jié)方便，在信號(hào)產(chǎn)生、工業(yè)控制、電源變換、仿聲等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，但其振蕩頻率不能太高，一般不超過幾百千赫茲；且其頻率穩(wěn)定性較差，易受電源波動(dòng)、溫度變化等影響。 7  接通電源后，假定是高電平，則T截止，電容C充電。充電回路是VCCR1R2 C地，按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)上升到時(shí)（TH、端電平大于），輸出翻轉(zhuǎn)為低電平。是低電平，T導(dǎo)通，C放電，放電回路為CR2T地，按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)下降到時(shí)（TH、端電平小于），輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，放電管T截止，電容再次充電，如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，經(jīng)分析可得 輸出高

15、電平時(shí)間、輸出低電平時(shí)間與 振蕩周期輸出方波的占空比為如果R1>>R2，uc近似為鋸齒波。(三)、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用于定時(shí)延時(shí)整形及一些定時(shí)開關(guān)中。555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可用于定時(shí)延時(shí)整形及一些定時(shí)開關(guān)中。電源剛接通時(shí)，VCC通過電阻R給電容C充電，當(dāng)電容上的電壓上升到VREF1時(shí)，555定時(shí)器內(nèi)部的比較器C1輸出高電平，由于此時(shí)無觸發(fā)脈沖，比較器C2輸出低電平，即RS=10，基本RS觸發(fā)器被復(fù)位，v0輸出低電平，同時(shí)放電管T28導(dǎo)通，將電容C上的電荷迅速放掉，使得比較器C1輸出低電平，此時(shí)RS=00，基本RS觸發(fā)器處于保持狀態(tài)，輸出不再發(fā)發(fā)生變

16、化，電路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。若在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸入端v1施加觸發(fā)脈沖，當(dāng)觸發(fā)脈沖的下降沿到來時(shí)，由于2腳電位低于VREF2，比較器C2輸出高電平，此時(shí)RS=01，基本RS觸發(fā)器被置位，Q輸出低電平，電路開始進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，輸出v0高電平，放電管T28截止。VCC通過電阻R開始給電容C充電，電容上的電壓vC按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)vC上升到VREF1時(shí)，比較器C1輸出高電平，由于此時(shí)外部觸發(fā)脈沖已經(jīng)撤銷，比較器C2輸出低電平，即RS=10，基本RS觸發(fā)器被復(fù)位，暫穩(wěn)態(tài)過程結(jié)束，電路又自動(dòng)返回到初始穩(wěn)態(tài)，v0變?yōu)榈碗娖?，放電管T28導(dǎo)通。這種電路產(chǎn)生的脈沖寬度可以從幾個(gè)微秒到數(shù)分鐘，精度可達(dá)1?？刂齐妷狠斎攵耍?腳）通過0.01F電容接地，以防止脈沖干擾?？偨Y(jié) 555應(yīng)用電路采用這3種方式中的1種或多種組合起來可以組成各種實(shí)用的電子路，如定時(shí)器、分頻器、脈沖信號(hào)發(fā)生器、元件參數(shù)和電路檢測電路玩具游戲機(jī)電路、音響告警電路電源交換電路、頻率變換電路、自動(dòng)控制電路等。參考文獻(xiàn)1劉寶玲.電子電路基礎(chǔ).高等教育出版2 鄒逢興 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 2003 3張龍興 電子技術(shù)基礎(chǔ) 2001 4555定時(shí)器在控制電路中的應(yīng)用 - 長沙電力學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2003, 18(2) 5基