哈工大电子技术专题报告关于555电路及其应用.docx
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哈工大电子技术专题报告关于555电路及其应用
关于555电路及其应用
关键词:
555电路分类原理应用
一、555电路简介
555电路含有两个电压比较器,一个基本RS触发器,一个放电开放管T,比较器的参考电压由3只5KΩ的电阻器构成的分压器提供。
它们分别使高电平比较器A1的同相输入端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为2/3Vcc和1/3Vcc。
A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。
当输出信号自6脚,即高电平触发输入并超过参考电平2/3Vcc时,触发器复位,555的输出端3脚输出低电平,同时放电开关管导通;当输入信号自2脚输入并低于1/3Vcc时,触发器置位,555的3脚输出高电平,同时放电开关管截止。
RD是复位端(4脚),当RD=0时,555输出低电平。
平时RD端开路或接Vcc。
Vc是控制电压端(5脚),平时输出作为比较器A1的参考电平,当5脚外接一个输入电压,即改变了比较器的参考电平,从而实现对输出的另一种控制,在不接外加电压时,通常接一个0.01μF的电容器到地,起滤波作用,以消除外来的干扰,确保参考电平的稳定。
T为放电管,当T导通时,将给接于7脚的电容器提供低阻放电通路。
555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路,并由2个比较器来检测电容器上的电压,以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。
这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路,可方便的构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。
555为8脚时基集成电路,各脚主要功能如下:
1脚:
GND(或Vss)外接电源负端VSS或接地,一般情况下接地;
2脚:
TR低触发端;
3脚:
OUT(或Vo)输出端;
4脚:
R是直接清零端。
当R端接低电平,则时基电路不工作,此时不论TR、TH处于何电平,时电路输出为“0”,该端不用时应接高电平;
5脚:
CO(或VC)为控制电压端。
若此端外接电压,则可改变内部两个比较器的基准电压,当该端不用时,应将该端串入一只0.01μF电容接地,以防引入干扰;
6脚:
TH高触发端;
7脚:
D放电端。
该端与放电管集电极相连,用做定时器时电容的放电。
电阻分压器由三个5kΩ的等值电阻串联而成。
电阻分压器为比较器C1、C2提供参考电压,比较器C1的参考电压为2/3Vcc,加在同相输入端,比较器C2的参考电压为1/3Vcc,加在反相输入端。
比较器由两个结构相同的集成运放
端,与反相输入端的参考电压比较后,其结果作为基本RS触发器S端的输入信号。
基本RS触发器的输出状态受比较器C1、C2的输出端控制;
8脚:
VCC(或VDD)外接电源VCC,双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V,CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。
一般用5V。
图1.555原理图及集成电路图
二、555电路分类
555电路在应用和工作方式上一般可归纳为3类。
每类工作方式又有很多个不同的电路。
在实际应用中,除了单一品种的电路外,还可组合出很多不同电路,如:
多个单稳、多个双稳、单稳和无稳,双稳和无稳的组合等。
这样一来,电路变的更加复杂。
为了便于我们分析和识别电路,更好的理解555电路,这里我们这里按555电路的结构特点进行分类和归纳,把555电路分为3大类、8种、共18个单元电路。
下面将分别介绍这3类电路。
(一)、单稳类电路
作用:
定延时,消抖动,分(倍)频,脉冲输出,速率检测等。
其工作方式是单稳工作方式,它可分为3种。
1、人工启动单稳
因为定时电阻定时电容位置不同而分为2个不同的单元,并分别以1.1.1和1.1.2为代号。
他们的输入端的形式,也就是电路的结构特点是:
“RT-6.2-CT”和“CT-6.2-RT”。
如图2所示:
图2
2、脉冲启动型单稳
555电路也可以分为2个不同的单元。
他们的输入特点都是“RT-7.6-CT”,都是从2端输入。
1.2.1电路的2端不带任何元件,具有最简单的形式;1.2.2电路则带有一个RC微分电路。
如图3所示:
图3
3、压控振荡器
稳型压控振荡器电路有很多,都比较复杂。
为简单起见,我们只把它分为2个不同单元。
不带任何辅助器件的电路为1.3.1;使用晶体管、运放放大器等辅助器件的电路为1.3.2。
图4列出了2个常用电路:
图4
(二)、双稳类电路
1、触发电路
有双端输入(2.1.1)和单端输入(2.1.2)2个单元。
单端比较器(2.1.2)可以是6端固定,2段输入;也可是2端固定,6端输入。
如图5所示:
图5
2、施密特触发电路
有最简单形式的(2.2.1)和输入端电阻调整偏置或在控制端(5)加控制电压VCT以改变阀值电压的(2.2.2)共2个单元电路。
如图6所示:
图6
双稳电路的输入端的输入电压端一般没有定时电阻和定时电容。
这是双稳工作方式的结构特点。
2.2.2单元电路中的C1只起耦合作用,R1和R2起直流偏置作用。
(三)、无稳类电路
无稳类电路是无稳工作方式。
无稳电路就是多谐振荡电路,是555电路中应用最广的一类。
电路的变化形式也最多。
为简单起见,也把它分为三种。
1、直接反馈型
振荡电阻是连在输出端VO。
如图7所示:
图7
2、间接反馈
型振荡电阻是连在电源VCC上的。
其中第1个单元电路(3.2.1)是应用最广的。
第2个单元电路(3.2.2)是方波振荡电路。
第3、4个单元电路都是占空比可调的脉冲振荡电路,功能相同而电路结构略有不同,因此分别以3.2.3a和3.2.3b的代号。
如图8所示:
图8
3、压控振荡器
由于电路变化形式很复杂,为简单起见,只分成最简单的形式(3.3.1)和带辅助器件的(3.3.2)两个单元。
如图9所示:
图9
三、555电路应用
1.构成单稳态触发器
图10为由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。
触发电路由C1、R1、D构成,其中D为钳位二极管,稳态时555电路输入端处于电源电平,内部放电开关管T导通,输出端F输出低电平,当有一个外部负脉冲触发信号经C1加到2端并使2端电位瞬间低于1/3Vcc时,低电平比较器动作,单稳态电路即开始一个暂态过程,电容C开始充电,Vc按指数规律增长。
当Vc充电到2/3Vcc时,高电平比较器动作,比较器A1翻转,输出V0从高电平返回低电平,放电管开关T重新导通,电容C上的电荷很快经放电开关管放电,暂态结束,恢复稳态,为下一个触发脉冲的到来做好准备。
暂稳态的持续时间tw决定于外接元件R、C的大小:
tw=1.1RC
通过改变R、C的大小、可使延时时间变化。
当这种单稳态电路作为计时器时,可直接驱动小型继电器,并可以使用复位端(4脚)接地的方法来终止暂态,重新计时。
此外尚需用一个续流二极管与继电器线圈并接,以防继电器线圈反电势损坏内部功率管。
图10
2.构成多谐振荡器
如图11所示,由555定时器和外接元件R1、R2、c构成多谐振荡器,2脚与6脚直接相连。
电路没有稳态,仅有两个暂稳态,也不需要外加触发信号,利用电源通过R1、R2向C充电,以及C通过R2放电端放电,使电路产生振荡。
电容C在1/3Vcc和2/3Vcc之间充放电。
输出信号时间参数:
t=tw1+tw2,tw1=0.7(R1+R2)C,tw2=0.7R2C
555电路要求R1、R2均应大于或等于1千欧,但两者之和应小于或等于3.3兆欧。
图11
3.组成1占空比可调的多谐振荡器
如图12所示,D1、D2用来决定电容充、放电电流流经电阻的途径(充电时D1导通,放电时D2导通)。
图12
4.组成占空比连续可调并能调节振荡频率的多谐振荡器
如图13所示,将多谐振荡器进行改良,首先调节RW1使频率至规定值,再调节RW2,以获得需要的占空比。
若频率调节的范围比较大,还可以用波段开关改变C1的值。
图13
5.施密特触发器
如图14所示,只要将2、6脚连在一起作为信号输入端,即可得到施密特触发器。
图14
四、555电路应用实例
555应用电路采用以上3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路,如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等。
其应用实例电路如下:
1.555触摸定时开关
集成电路IC1是一片555定时电路,在这里接成单稳态电路。
平时由于触摸片P端无感应电压,电容C1通过555第7脚放电完毕,第3脚输出为低电平,继电器KS释放,电灯不亮。
如图15所示:
图15555触摸定时开关
当需要开灯时,用手触碰一下金属片P,人体感应的杂波信号电压由C2加至555的触发端,使555的输出由低变成高电平,继电器KS吸合,电灯点亮。
同时,555第7脚内部截止,电源便通过R1给C1充电,这就是定时的开始。
当电容C1上电压上升至电源电压的2/3时,555第7脚道通使C1放电,使第3脚输出由高电平变回到低电平,继电器释放,电灯熄灭,定时结束。
定时长短由R1、C1决定:
T1=1.1R1*C1。
按图中所标数值,定时时间约为4分钟。
D1可选用1N4148或1N4001。
2.相片曝光计时器
如图16电路是用555单稳电路制成的相片曝光定时器。
用人工启动式单稳电路。
工作原理:
电源接通后,定时器进入稳态。
此时定时电容CT的电压为:
VCT=VCC=6V。
对555这个等效触发器来讲,两个输入都是高电平,即VS=0。
继电器KA不吸合,常开点是打开的,曝光照明灯HL不亮。
图16相片曝光计时器
按一下按钮开关SB之后,定时电容CT立即放到电压为零。
于是此时555电路等效触发的输入成为:
R=0、S=0,它的输出就成高电平:
V0=1。
继电器KA吸动,常开接点闭合,曝光照明灯点亮。
按钮开关按一下后立即放开,于是电源电压就通过RT向电容CT充电,暂稳态开始。
当电容CT上的电压升到2/3VCC既4伏时,定时时间已到,555等效电路触发器的输入为:
R=1、S=1,于是输出又翻转成低电平:
V0=0。
继电器KA释放,曝光灯HL熄灭。
暂稳态结束,有恢复到稳态。
曝光时间计算公式为:
T=1.1RT*CT。
本电路提供参数的延时时间约为1秒~2分钟,可由电位器RP调整和设置。
电路中的继电器必需选用吸合电流不应大于30mA的产品,并应根据负载(HL)的容量大小选择继电器触点容量。
3.单电源变双电源电路
如图17电路中,时基电路555接成无稳态电路,3脚输出频率为20KHz、占空比为1:
1的方波。
3脚为高电平时,C4被充电;低电平时,C3被充电。
由于VD1、VD2的存在,C3、C4在电路中只充电不放电,充电最大值为EC,将B端接地,在A、C两端就得到+/-EC的双电源。
本电路输出电流超过50mA。
图17单电源变双电源电路
4.警车发声器
如图18接成警车发声器,通过调节定时器元器件R1、R2、C1及R3、R4和C3使两个振荡器处于选定的频率。
由于第一片振荡器的输出端接在第二片的复位端RESET(4脚)上,使第二片振荡器受第一片的控制。
当第一片振荡器输出高电平时,第二片的上、下阈值电压大,充放电时间加长,频率降低;第一片振荡器输出低电平时,第二片的上、下阈值电压小,充放电时间短,频率提高。
这样,扬声器就发出了高低变化的声音。
图18警车发声器
5.直流电机调速控制电路
这是一个占空比可调的脉冲振荡器。
电机M是用它的输出脉冲驱动的,脉冲占空比越大,电机电驱电流就越小,转速减慢;脉冲占空比越小,电机电驱电流就越大,转速加快。
因此调节电位器RP的数值可以调整电机的速度。
如电极电驱电流不大于200mA时,可用CB555直接驱动;如电流大于200mA,应增加驱动级和功放级。
如图19所示:
图19直流电机调速控制电路
图中VD3是续流二极管。
在功放管截止期间为电驱电流提供通路,既保证电驱电流的连续性,又防止电驱线圈的自感反电动势损坏功放管。
电容C2和电阻R3是补偿网络,它可使负载呈电阻性。
整个电路的脉冲频率选在3~5千赫之间。
频率太低电机会抖动,太高时因占空比范围小使电机调速范围减小。
参考文献:
1.《555电路实际应用》何利民鄂州大学
2.《电子技术》杨世彦哈尔滨工业大学
3.《555内部结构及应用电路》翁雨露
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- 哈工大 电子技术 专题报告 关于 555 电路 及其 应用