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