一種時基電路的工作模式及應用

吳益輝

【摘要】定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面.本文介紹了一種時基電路的結構和工作原理，重點討論了該時基電路的幾種基本工作模式，列舉了該時基電路在電子、電器等領域中的應用實例。

【關鍵詞】時基電路;定時器;原理基礎;應用

1.引言

定時器是一種將模擬電路和數字電路集成于一體的電子元器件，其電路功能全，適用范圍廣。只要在外部配上幾個適當的阻容元件，就可構成單穩態電路、多諧振蕩器以及施密特觸發器等脈沖產生電路。定時器電路可用作振蕩器、脈沖發生器、延時發生器、方波方生器、單穩態觸發振蕩器等等。時基電路在工業自動控制、檢測、定時、報警、電子玩具、計算機等方面應用非常廣泛。本文介紹的555定時器電路包括雙極型和CMOS型兩種，雙極型的電源電壓UDD=+5V～+15V，輸出的最大電流可達200mA，CMOS型的電源電壓為+3V～+18V，能直接驅動小型電機、繼電器和低阻抗揚聲器。一般說來，在要求定時長、功耗小、負載輕的場合，宜選用CMOS型的555。而在負載重、要求驅動電流大、電壓高的場合，宜選用雙極型的555。

2.555時基電路的基本工作模式

555時基電路的應用十分廣泛，用它可以輕易組成各種性能穩定實用電路，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，但最基本的應用或稱基本工作模式只有三種：多諧振蕩器、單穩態觸發器和施密特觸發器。下面介紹這3種基本應用電路及其工作波形和計算公式。

圖1 單穩態電路的電路圖和波形圖

2.1 單穩態觸發器

電路如圖2所示，接通電源→電容C充電（至2/3UDD）→RS觸發器置0→UO=0，T導通，C放電，此時電路處于穩定狀態。當②加入Vi<1/3UDD時，RS觸發器置“1”，輸出UO=1，使T截止。電容C開始充電，按指數規律上升，當電容C充電到2/3UDD時，比較器A1翻轉，使輸出UO=0。此時T又重新導通，C很快放電，暫穩態結束，恢復穩態，為下一個觸發脈沖的到來作好準備。其中輸出UO脈沖的持續時間t1=1.1RC，一般取R=1kΩ--10MΩ，C>1000PF。

2.2 多諧振蕩器

電路由555定時器和外接元件R1、R2、C構成多諧振蕩器，腳②和腳⑥直接相連。電路無穩態，僅存在兩個暫穩態，亦不需外加觸發信號，即可產生振蕩。電源接通后，UDD通過電阻R1、R2向電容C充電。當電容上電UC=2/3UDD時，閥值輸入端⑥受到觸發，比較器A1翻轉，輸出電壓UO=0，同時放電管T導通，電容C通過R2放電;當電容上電壓UC=1/3UDD，比較器A2工作，輸出電壓UO變為高電平。C放電終止、又重新開始充電，周而復始，形成振蕩。電容C在1/3UDD～2/3UDD之間充電和放電，其波形圖見圖3。555電路要求R1、R2均應大于或等于1kΩ，而R1+R2應小于或等于3.3MΩ。

充電時間常數：

放電時間常數：

振蕩周期：

振蕩頻率：

輸出方波占空比：

圖2 多諧振蕩器的電路圖和波形圖

2.3 施密特觸發器

電路如圖3所示，US為正弦波，經D半波整流到555定時器的②腳和⑥腳，當Ui上升到2/3UDD時，UO從1→0;Ui下降到1/3UDD時，UO又從0→1。電路的電壓傳輸特性如圖4所示。其中：

上限閾值電平：

下限閾值電平：

回差電壓：ΔU=1/3UDD

圖3 施密特觸發器的電路圖和電壓傳輸特性

3.555時基電路應用舉例

應用555時基電路的不同工作模式，可以組成不同的應用電路，下面給出2個基于555時基電路設計的簡單而實用的具體實例。

3.1 簡易全自動充電電路

如圖4所示，555時基電路在這里是作為比較電壓開關電路使用的。與充電負載電池組并聯的兩個電阻網絡，對電池上的充電電壓進行采樣，一路送至555的觸發端2腳，一路送至閥值電壓端6腳，用以改變555基片內部的兩個比較器的基準電壓。當電池上電壓低于2腳預先調定的電壓時，555電路翻轉，輸出端3腳為約10V的高電平，相當于打開充電閘門，通過R5、D1對電池充電;電池充電電壓一旦充到6腳預先調定的電壓，555電路復位，輸出端3腳為低電平，充電停止。二極管D1是防止電池向555電路放電;R5用于對555的輸出電流進行限流，因為雙極型555電路最大輸出電流為200mA，防止損壞555電路。Dw用于對5腳進行穩壓。

圖4 簡易全自動充電電路

3.2 直流電機調速控制電路

這是一個占空比可調的脈沖振蕩器。電機M是用它的輸出脈沖驅動的，脈沖占空比越大，電機電驅電流就越小，轉速減慢;脈沖占空比越小，電機電驅電流就越大，轉速加快。因此調節電位器RP的數值可以調整電機的速度。如電極電驅電流不大于200mA時，可用CB555直接驅動;如電流大于200mA，應增加驅動級和功放級。

圖5中VD3是續流二極管，在功放管截止期間為電驅電流提供通路，既保證電驅電流的連續性，又防止電驅線圈的自感反電動勢損壞功放管。電容C2和電阻R3是補償網絡，它可使負載呈電阻性。整個電路的脈沖頻率選在3～5kHZ之間。頻率太低電機會抖動，太高時因占空比范圍小使電機調速范圍減小。

圖5 直流電機調速控制電路圖

4.結束語

555定時器是一種中規模集成電路，功能強大，只要在外部配上適當阻容元件，就可以方便地構成各種脈沖產生和整形電路，例如多諧振蕩器、施密特觸發器和單穩態觸發器等。通過分析由555定時器構成的三種典型電路的組成、工作原理、元器件選擇等，以供電子愛好者設計時作為參考。

參考文獻

[1]陳有卿.時基集成電路原理與應用[M].北京：機械工業出版社，2006：1-5.

[2]盧成健.555定時器的功能模型及其應用[J].玉林師范學院學報，2006，27（5）：28-31.