555定时器

news2025/1/12 10:36:20
一、555定义

        555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路,可极方便的构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器,其简化原理图及引脚定义如下所示

  • 3个绿色电阻,电阻值为5K2个黄色粉色比较器;1个紫色SR触发器;1个蓝色放电三极管

    555振荡器的简化原理图

  • 引脚定义
    PINNAMEI/ODESCRIPTION
    1GND-Ground
    2TRIGIStart of timing input. TRIG <½CONT sets output high and discharge open
    3OUTOHigh current timer output signal
    4RESETIActive low reset input forces output and discharge low.
    5CONTI/OControls comparator thresholds, Outputs 2/3 VCC, allows bypass capacitor connection
    6THRESIEnd of timing input. THRES > CONT sets output low and discharge low
    7DISCHOOpen collector output to discharge timing capacitor
    8Vcc-Input supply voltage, 4.5 V to 16 V. 
二、555工作模式

        555定时器可工作在三种工作模式下:

  1. 单稳态模式:在此模式下,555 只有一个稳态。其功能是单次触发,在外加冲激下,触发器由稳态变为暂稳态,并在暂稳态保持一定时间后恢复稳态。
    应用范围包括定时器,脉冲丢失检测,反弹跳开关,轻触开关,分频器,电容测量,脉冲宽度调制(PWM)等;
  2. 双稳态模式(也称施密特触发器):在此模式下,555 有稳态在 DISCH 引脚空置且不外接电容的情况下,555的工作方式类似于一个 SR 触发器,可用于构成锁存开关;
  3. 无稳态模式(也称多谐振荡器):在此模式下,555 有暂稳态。在工作时,电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换,由此产生矩形波脉冲信号。
    常用于频闪灯、脉冲发生器、逻辑电路时钟、音调发生器、脉冲位置调制(PPM)等电路。
三、仿真电路及波形
  1. 555定时器通过将 2 脚(V_{I2})作为触发信号输入端,并将由T_{D} 和R组成的反相器输出电压V_{OD}接至6 脚(V_{I1})端 ,同时在V_{I1}端对地接入电容C,即可构成单稳态触发器。
    单稳态电路计算过程如下:(式中RC即为图中R_{1}C_{1})

    \because U_{C}=U_{C}\left ( \infty \right )+[U_{C}(0^{+})-U_{C}\left ( \infty \right )]\cdot e^{-\frac{t}{ \tau }},(假设 t=t_{w},\tau =RC

    则有 t_{w}=RC\ln \frac{U_{C}\left ( \infty \right )-U_{C}(0^{+})}{U_{C}\left ( \infty \right )-U_{C}(t_{w})}

    又 U_{C}\left ( \infty \right )=V_{CC},U_{C}(0^{+})=0,U_{C}(t_{W})=\frac{2}{3}V_{CC}

    可得 t_{w}=RC\ln\frac{V_{CC-0}}{V_{CC}-\frac{2}{3}V_{CC}}\approx 1.1RC

    仿真电路及结果如下图所示:

    从波形图上可以看出,2 脚每来一个负脉冲(低电平)信号(蓝色),则3 脚输出一个固定宽度的脉冲(黄色),电路的输出脉冲宽度由电阻R_{1} 与电容 C_{1} 决定,约为1.1*10K*1u=11ms
  2. 施密特触发器的重要特征是滞后。如果输入电压大于上限阈值,施密特触发器的输出为高电平如果输入电压低于下限阈值,施密特触发器的输出为低电平当输入在两个阈值之间时,输出保持不变。
    555定时器通过将 2脚(V_{I2}和 6脚(V_{I1})短接后,通过输入电容C,作为输入信号端,构成施密特触发器。
    仿真电路及结果如下图所示:

    从波形图上可以看出,当输入电压(黄色波形)为 \mathbf{\frac{2}{3}V_{CC}}时,触发器为RESET,3脚输出电平(蓝色波形);当输入电压为 \mathbf{\frac{1}{3}V_{CC}}时,触发器为SET,3脚输出电平;当电压输入端电压大于\mathbf{\frac{1}{3}V_{CC}},小于\mathbf{\frac{2}{3}V_{CC}}时,输出保持不变
  3. 多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器(也称矩形波发生器),在通电后,不需要外加脉冲就能自动产生矩形脉冲。
    555构成施密特触发器后,将 V_{O}RC 积分电路接回输入端即可构成多谐振荡器。(为减轻输出门负载,将T_{D}R_{1} 接成一个反相器,其输出与V_{O} 完全相同,将V_{OD} 经R_{2} 和C组成的积分电路接回施密特触发端也可构成多谐振荡器 )
    计算过程如下:

    t_{1}=\left ( R_{1} +R_{2} \right )C\ln \frac{V_{CC}-V_{T-}}{V_{CC}-V_{T+}}=0.693\left ( R_{1}+R_{2} \right )\cdot C

    t_{2}=R_{2}C\ln \frac{0-V_{T+}}{0-V_{T-}}=0.693 \cdot R_{2} \cdot C

    震荡周期T=T_{1}+T_{2}=\left ( R_{1}+2R_{2} \right )C\ln 2

    仿真电路及结果如下图所示:

    电容通过R_{1}R_{2} 充电至 \mathbf{\frac{2}{3}V_{CC}}(上限比较器极限),通过R_{2} 放电至 \mathbf{\frac{1}{3}V_{CC}}(下限比较器极限),由公式可得  t_{1}=207.9ms,t_{2}=138.6ms,仿真结果和理论计算结果基本一致

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