555时基集成电路(555定时器芯片)专题3

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555时基集成电路(555定时器芯片)专题3--功能介绍与应用设计

555时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙地结合在同一硅片上的组合集成电路。该电路可以在最基本的典型应用方式的基础上，根据实际需要，经过参数配置和电路的重新组合，与外接少量的阻容元件就能构成不同的电路，因而555电路在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了广泛应用。
        
        （一）555时基电路的电路结构和逻辑功能

        1.电路结构及逻辑功能  (点图可放大)

图1为555时基电路的电路结构和8脚双列直插式的引脚图，由图可知555电路由电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、放电管和输出缓冲器5个部分组成。它的各个引脚功能如下：
        1脚：GND(或Vss)外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
        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。
        3脚：OUT（或Vo）输出端。
        2脚：TR低触发端。
        6脚：TH高触发端。
        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，时基电路输出为“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。
        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C1、C2组成。高电平触发信号加在C1的反相输入端，与同相输入端的参考电压比较后，其结果作为基本RS触发器R端的输入信号；低电平触发信号加在C2的同相输入端，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。
        在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器C1、C2基准电压分别为2/3Vcc，1/3Vcc的情况下，555时基电路的功能表如表1示。

2.555时基电路的主要参数
        555时基电路的主要参数有电源电压、静态电流、定时精度、阈值电压、阈值电流、触发电压、触发电流、复位电压、复位电流、放电电流、驱动电流及最高工作频率。

3.等效电路
        555时基电路内部既有模拟电路，又有数字电路，读图和应用十分不便，为便于一目了然地理解555的功能，可以将555电路的数字与模拟功能合在一起考虑，进行化简。

        图2是图1（a）中555电路的内电路方框图简化成为带一个放电开关的特殊的RS触发器，其逻辑功能见表3所示。    (点图可放大)

化简后的特殊RS触发器输出电压Vo与输入电压VTH及VTR的关系见表4所示。

（二）555时基电路的应用
        由555时基电路构成常见的最基本的典型应用电路有：单稳态触发电路、双稳态触发电路、无稳态电路，而用这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。
        1.模拟声响发生器
        图3是由两个多谐振荡器构成的模拟声响发生器。左侧振荡器Ⅰ的振荡频率较低（整定元件为RA1、RB1、C1）比如2Hz；右侧的振荡器Ⅱ的振荡频率较高（整定元件为RA2、RB2、C2）比如为1kHz。由于低频振荡器Ⅰ的输出端3接到高频振荡器Ⅱ的复位端4，故当振荡器Ⅰ的输出电压uo1为高电平时，振荡器Ⅱ就振荡；当uo1为低电平时，振荡器Ⅱ停止振荡，从而使扬声器便发出间歇声响。     (点图可放大)

        2.可调速的电动玩具车电路
        图4所示电路是以一个555为核心组成的，通过调节555振荡器的充电时间常数，来调节玩具电动车电动机的转速。555和R1、R2、R3、RP及C1等组成一个无稳态多谐振荡器。在刚通电时，由于C1上的电压不会突变，2脚的低电位使555先处于置位状态，3脚输出的高电位使VT导通，电动机得电运转。当C1通过R1、RP、R2充电至Uc≥2/3VDD（4V）时，555翻转复位，3脚转呈低电平，VT截止，电动机M失电，电动车依靠惯性滑行。此时，C1上的电荷通过R3、D1向芯片内的放电管泄放，即放电回路与充电回路由于D1的接入是分开的，且由于RP+R2的阻值远大于R3，放电主要是在R3上进行。多谐振荡器的振荡频率为
                fC=1.44/(R1+RP+R2+R3)C1
        图示电路参数的振荡频率在0.53～2Hz。调节RP，可调节其振荡频率，实际上是调节电路的充电时间常数，从而调整电动机M的通电时间，并达到调节电动机转速的目的。跨越在电动机M两端的电容器C3起平滑作用，可消除直流电动机的电刷火花，并使调速更平稳，同时对防止晶体管VT被反向击穿也有好处。   (点图可放大)

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