探討555定時(shí)器功能及其應(yīng)用

吳九新

摘要：現(xiàn)階段，在設(shè)計(jì)電子電路與系統(tǒng)的過(guò)程中電子計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)技術(shù)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用范圍。隨著CDA技術(shù)的不斷發(fā)展，包括EDA技術(shù)在內(nèi)的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)也在不斷地完善，EDA技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)、應(yīng)用電子技術(shù)以及智能化技術(shù)等技術(shù)最新成果與一體的進(jìn)行電子產(chǎn)品自動(dòng)化設(shè)計(jì)的技術(shù)。在EDA技術(shù)中Multisim是一個(gè)相對(duì)較為完整的電子設(shè)計(jì)工具軟件，它的應(yīng)用特點(diǎn)是電子儀器庫(kù)與電子元器件庫(kù)提取方便、種類齊全，儀器或器件可以在一個(gè)較大的范圍內(nèi)修改參數(shù)。555定時(shí)器又被稱為集成定時(shí)器或者集成時(shí)基電路，它是一種應(yīng)用較為廣泛的數(shù)字、模擬混合式集成電路。在集成時(shí)基電路外部配上適當(dāng)?shù)淖枞菰H能夠構(gòu)成一個(gè)精確的、性能穩(wěn)定的多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器或者施密特觸發(fā)器等。

關(guān)鍵詞：555定時(shí)器；功能；特點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TB34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）9（b）-0000-00

引言

555定時(shí)器使用較為靈活且邏輯性較強(qiáng)，它是一種數(shù)字電路與模擬電路相結(jié)合的混合式集成電路，它可以依據(jù)實(shí)際需求組成不同種類地邏輯功能電路。傳統(tǒng)使用功能表的方法來(lái)表示出555定時(shí)器的邏輯功能，但利用這種方法來(lái)分析555定時(shí)器的邏輯功能就容易造成電路工作原理難以理解、解釋繁瑣不直觀形象，進(jìn)而限制了555定時(shí)器的進(jìn)一步應(yīng)用及發(fā)展。

1. 555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)及邏輯功能

1.1 555定時(shí)器的基本組成

555定時(shí)器主要是由電壓比較器、放電三極管、電阻分壓器、輸出緩沖器以及基本R-S觸發(fā)器等部分組成。比較器C1和C2決定了定時(shí)器的的主要功能，比較器C1和C2的輸出會(huì)直接控制放電三極管T的狀態(tài)及基本R-S觸發(fā)器的狀態(tài)，從而對(duì)整個(gè)電路的輸出狀態(tài)產(chǎn)生決定性的影響[1]。555定時(shí)器的內(nèi)部框圖如圖所示。

1.1.1電阻分壓器

電阻分壓器是由阻值為5kΩ的三個(gè)電阻串聯(lián)構(gòu)成的分壓器，分壓器為電壓比較器提供相應(yīng)的參考電壓。為避免外界的干擾，在不外加控制電壓時(shí)，會(huì)在分壓器中加入一個(gè)小電容接地，從而避免旁路高頻干擾。

1.1.2電壓比較器

電壓比較器是有結(jié)構(gòu)完全相同的兩個(gè)理想的運(yùn)算發(fā)達(dá)器組成的，當(dāng)運(yùn)算放大器的同相輸入大于反相輸入時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出為高電平1信號(hào)，當(dāng)運(yùn)算放大器的同相輸入小于反相輸入時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出為低電平0信號(hào)。在電壓比較器的C1同相輸入端接入?yún)⒖茧妷簳r(shí)，將閥值輸入端與反相輸入端相連，則電壓比較器的輸出端的狀態(tài)由閥值輸入信號(hào)比較結(jié)果的影響，當(dāng)參考電壓大于閥值輸入端時(shí)，電壓比較器的輸出端狀態(tài)是高電平1信號(hào)，當(dāng)參考電壓小于閥值輸入端時(shí)，電壓比較器的輸出端狀態(tài)是低電平0信號(hào)[2]。若在將電壓比較器的同相輸入端與觸發(fā)輸入端相連，參考電壓接反相輸入端，則電壓比較器的輸出端狀態(tài)受觸發(fā)信號(hào)的比較結(jié)果影響，當(dāng)觸發(fā)輸入信號(hào)大于參考電壓時(shí)，則電壓比較器的輸出狀態(tài)為高電平1信號(hào)，當(dāng)觸發(fā)輸入信號(hào)低于參考電壓時(shí)，則電壓比較器的輸出狀態(tài)為低電平0信號(hào)。

1.1.3基本R-S觸發(fā)器

基本R-S觸發(fā)器是由兩個(gè)與非門構(gòu)成的低電平觸發(fā)器，比較觸發(fā)器的輸入信號(hào)可以得到電壓比較器的輸出，為電路輸出端狀態(tài)的觸發(fā)器一端的狀態(tài)控制著放電三極管的導(dǎo)通與截止[3]。當(dāng)觸發(fā)器的外部置零輸入端為低電平時(shí)，定時(shí)器輸出可以不受其他輸入端的影響直接復(fù)位。

1.1.4放電三極管T

泄放電路由放電三極管T組成，若在放電三極管T的集電極電源處外接一個(gè)電阻，則可以重新組成一個(gè)反相器，且放電三極管T的集電極的邏輯狀態(tài)與輸出端的狀態(tài)相同。

1.1.5輸出緩沖器

輸出緩沖器主要是為了提高555定時(shí)器的負(fù)載能力，隔離負(fù)載對(duì)555定時(shí)器的影響。

1.2 555定時(shí)器的邏輯功能

阻值為5kΩ的三個(gè)電阻構(gòu)成了分壓電路，給555定時(shí)器分別提供了參考電平2/3vcc、1/3Vcc。555定時(shí)器的輸出端控制著放電管的開關(guān)狀態(tài)及R-S觸發(fā)器的狀態(tài)[4]。當(dāng)555定時(shí)器不外借控制電壓時(shí)的邏輯功能如表一，當(dāng)555定時(shí)器外借控制電壓時(shí)的邏輯功能如表二。

表一：當(dāng)555定時(shí)器不外借控制電壓

輸入

輸出

VTH

VTR

RD

OUT

放電三極管T

d

d

0

0

導(dǎo)通

<2/3Vcc

<1/3Vcc

1

1

截止

<2/3Vcc

>1/3Vcc

1

不變

不變

>2/3Vcc

>1/3Vcc

0

0

導(dǎo)通

表二：當(dāng)555定時(shí)器外借控制電壓

輸入

比較器輸出

輸出

VTH

VTR

RD

R

S

OUT

放電三極管T

d

d

0

d

d

0

導(dǎo)通

1

1

0

1

截止

>VR2

1

1

1

不變

不變

>VR1

>VR2

1

0

1

0

導(dǎo)通

2. 555定時(shí)器的應(yīng)用

2.1單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是由555定時(shí)器構(gòu)成的，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)或是一個(gè)暫穩(wěn)的狀態(tài)，在遇到外來(lái)出發(fā)脈沖的作用下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能有穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)狀態(tài)，當(dāng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在暫穩(wěn)狀態(tài)維持一定的時(shí)間之后就會(huì)自動(dòng)切換至穩(wěn)定狀態(tài)，電路本身的參數(shù)決定著單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器暫穩(wěn)時(shí)間的長(zhǎng)短，與觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理是在555定時(shí)器的端口輸入一個(gè)低電平信號(hào)時(shí)，在555定時(shí)器的另一個(gè)端口輸出一個(gè)相對(duì)暫態(tài)的高電平信號(hào)，即低電平觸發(fā)高電平的方式[5]。由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器自身的特點(diǎn)，所以在應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器時(shí)主要是用于裝置或數(shù)字系統(tǒng)中，常用于產(chǎn)生一定寬度的方波、將輸入信號(hào)延遲一段時(shí)間輸出以及變不規(guī)則規(guī)則波形為幅度、寬度相等的脈沖等方面。

2.2報(bào)警器電路

報(bào)警器電路主要是有兩片555定時(shí)器、電容、蜂鳴器、電阻Multisim虛擬元件等部分組成。在報(bào)警器電路中兩片555定時(shí)器分別構(gòu)成了振蕩頻率不同的兩個(gè)振蕩器，將一個(gè)振蕩器的輸出利用電阻接到另一個(gè)振蕩器的控制端，并利用振蕩器的輸出電平的高低來(lái)控制另一個(gè)振蕩器振蕩的頻率不同，從而使蜂鳴器發(fā)出報(bào)警的音響效果[6]。

2.3施密特觸發(fā)器

施密特觸發(fā)器是將555定時(shí)器內(nèi)部的兩個(gè)管腳相連當(dāng)作信號(hào)輸出端而形成的。施密特觸發(fā)器是一個(gè)同時(shí)具有兩種穩(wěn)態(tài)的電路，當(dāng)施密特觸發(fā)器的電路導(dǎo)通電壓小于輸入電壓時(shí)，則施密特觸發(fā)器的輸出維持在一個(gè)不變的電壓值。當(dāng)施密特觸發(fā)器的電路截止電壓大于輸入電壓時(shí)，則施密特觸發(fā)器的輸出則維持另外一個(gè)不變的電壓值[7]。施密特觸發(fā)器是一種脈沖整形電路，它可以將緩慢變化的輸出波形轉(zhuǎn)換為變化較大的矩形波輸出，主要是用于脈沖波形的整形或變換。與一般的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器相對(duì)比施密特觸發(fā)器主要有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)，首先它屬于電平觸發(fā)，施密特觸發(fā)器在面對(duì)緩慢變化的信號(hào)也適用。當(dāng)輸入的電平信號(hào)觸發(fā)施密特觸發(fā)器的電平時(shí)，施密特觸發(fā)器的輸出信號(hào)就會(huì)從一個(gè)穩(wěn)態(tài)變?yōu)榱硪粋€(gè)穩(wěn)態(tài)，此外施密特觸發(fā)器穩(wěn)態(tài)的維持也離不開外加的觸發(fā)輸入信號(hào)[8]。其次是其具有滯回特性，即施密特觸發(fā)器的輸出電壓當(dāng)由高電平向低電平轉(zhuǎn)換時(shí)與其相匹配的輸入電壓與當(dāng)輸出電壓由低電平向高電平轉(zhuǎn)換時(shí)與之相匹配的電壓是不一樣的，這種特性就叫做施密特觸發(fā)器的滯回特性。

3結(jié)語(yǔ)

555定時(shí)器在定時(shí)、防盜報(bào)警、工業(yè)自動(dòng)控制以及仿聲等方面都有著十分廣泛的作用，隨著555定時(shí)器應(yīng)用范圍不斷變大的同時(shí)在分析555定時(shí)器應(yīng)用電路時(shí)運(yùn)用555定時(shí)器功能模型可以觀察出出用這種方法使用的優(yōu)點(diǎn)是更加形象、更加直觀以及更易于掌握，此外得出的結(jié)果也是更加的契合實(shí)際的邏輯關(guān)系。初學(xué)者在運(yùn)用這種模型時(shí)能極快的提高自身的識(shí)圖能力，快速掌握這種技術(shù)，進(jìn)而使得學(xué)者更加有效地掌握555定時(shí)器應(yīng)用電路的工作原理，從而對(duì)555定時(shí)器進(jìn)行深入的研究開發(fā)。

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