IC 555 的工作狀態(tài)
555定時器的功能主要由兩個比較器決定。它們的輸出電壓控制RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。它還包含3個工作狀態(tài)。
1. 非穩(wěn)態(tài)建模
在此模式下,555 作為振蕩器工作。這種工作狀態(tài)的555芯片常用于頻閃燈、脈沖發(fā)生器、邏輯電路時鐘、音調(diào)發(fā)生器、脈沖位置調(diào)制(PPM)等電路中。如果用熱敏電阻作為定時電阻,555 IC可組成溫度傳感器,其輸出信號的頻率由溫度決定。
2. 單穩(wěn)態(tài)建模
這只是一個穩(wěn)定的狀態(tài)。在此模式下,555 功能是單個觸發(fā)器。應(yīng)用包括定時器、脈沖丟失檢測、彈跳開關(guān)、輕觸開關(guān)、分頻器、電容測量、脈寬調(diào)制 (PWM) 等。
3. 雙穩(wěn)態(tài)建模
當(dāng)DIS引腳空閑并且沒有連接外部電容器時,555 IC的工作方式類似于RS觸發(fā)器,可用于構(gòu)成鎖存開關(guān)。
555 集成電路應(yīng)用
555 IC外接電阻、電容等元件可形成以下應(yīng)用:
單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,用于定時延遲整形和一些定時開關(guān)。
作為多諧振蕩器,構(gòu)成信號發(fā)生電路。
施密特觸發(fā)器,用于TTL系統(tǒng)接口、整形電路或脈沖幅度判別等。
1)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,用于定時延遲整形和一些定時開關(guān)。
假設(shè)終輸出穩(wěn)定在低電平,雖然在外界條件的影響下,輸出可以變成瞬態(tài)穩(wěn)態(tài),即輸出暫時變?yōu)楦唠娖?,但終變?yōu)榈碗娖?。例如,單穩(wěn)態(tài)特性可用于設(shè)計(jì)延遲關(guān)閉燈。假設(shè)關(guān)機(jī)后,不會立即關(guān)機(jī),而是有一段延時時間,可以自行設(shè)置。
將555定時器與RC串聯(lián)形成的延時組組合起來,可制成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。使用IN2作為觸發(fā)信號輸入端,K1模擬控制信號。默認(rèn)情況下,IN2為高電平,按下K1后,IN2變?yōu)榈碗娖?。在Vcc和GND之間串聯(lián)電阻R1??和電容C1,電阻電容連接點(diǎn)連接到IN1和555內(nèi)部晶體管的集電極。輸出端用2個LED指示輸出電平。電路。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如下:
555 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。
假設(shè)電路板安全上電后,按鈕K1未被按下(IN2=Vcc)。此時555的輸出不好判斷,所以可以單獨(dú)討論。
假設(shè)555輸出低電平。如果電容C1中存有電荷,會通過導(dǎo)通的三極管迅速釋放,所以IN1=0《VH,IN2=Vcc》VL,根據(jù)參數(shù)功能表,555的輸出將保持不變這次。所以這是一個穩(wěn)定的狀態(tài)。
假設(shè)555輸出高電平。此時晶體管截止,Vcc通過電阻對電容充電。當(dāng)電容IN1》VH時,可知IN2》VL,于是555輸出低電平,三極管導(dǎo)通,回到之前的狀態(tài)。因此,高電平是一種瞬態(tài)穩(wěn)態(tài),其持續(xù)時間是從電容開始充電到電壓大于VH。
當(dāng)沒有觸發(fā)信號時,555輸出低電平狀態(tài)穩(wěn)定。若觸發(fā)脈沖下降沿到達(dá)IN2,則IN2《VL,同時因IN1《VH,555輸出高電平,三極管截止,成為瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)。經(jīng)過一段時間后,就變成穩(wěn)定狀態(tài)。
充電時間。
輸出信號中,高電平的持續(xù)時間是瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)以及電容器充電到VH所需的時間。這個時間可以根據(jù)RC充放電的關(guān)系計(jì)算出來,大約是時間常數(shù)的1.1倍。
2) 作為多諧振蕩器,構(gòu)成信號發(fā)生電路。
多諧振蕩器是一種自由運(yùn)行的振蕩器。上電后,無需外部觸發(fā)信號即可自動產(chǎn)生矩形脈沖。由于矩形波含有豐富的高次諧波分量,習(xí)慣上將矩形波振蕩器稱為多諧振蕩器(有的資料中也稱非穩(wěn)態(tài)模式)。以前,矩形波發(fā)生電路是用施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)的。由于555定時器可以用作施密特觸發(fā)器,因此在此基礎(chǔ)上用作多諧振蕩器并不困難。在應(yīng)用上,可以使用多諧振蕩器來制作交替閃爍的雙色燈。
首先將IN1和IN2連接在一起,先做一個施密特觸發(fā)器。
然后,仍然使用電容器的電壓作為輸入信號,并想辦法將電容器的電壓保持在施密特觸發(fā)器的兩個閾值之間。將555的輸出連接到電容,輸出高電平時對電容充電,輸出低電平時對電容放電。但在實(shí)際應(yīng)用中,為了減輕555定時器的負(fù)擔(dān),采用Vcc對電容充電,通過放電管對電容進(jìn)行放電。當(dāng)三極管通過電阻連接到Vcc時,三極管的集電極(555定時器的7腳)的電平實(shí)際上與555的輸出相同。
圖 3. 555 多諧振蕩器
接下來分析電容電壓與555定時器輸出的關(guān)系。電容器電壓為Vi。首先分析Vi從0逐漸上升的過程:
1、Vi《VL《VH,Vc1=0,Vc2=1,OUT=1,晶體管截止,Vcc通過R1、R2對電容充電,Vi逐漸上升。
2、VL《Vi《VH,Vc1=0,Vc2=0,OUT不變,仍為1,電容繼續(xù)充電,Vi繼續(xù)上升。
3、VL《VH《Vi,Vc1=1,Vc2=1,OUT=0,晶體管導(dǎo)通,電容通過R2隨著晶體管的導(dǎo)通放電,Vi逐漸減小。
4、VL《Vi《VH,Vc1=0,Vc2=0,OUT不變,但這次為0,電容繼續(xù)放電,Vi繼續(xù)減小。
5、Vi《VL《VH,Vc1=0,Vc2=1,OUT=1,返回狀態(tài)1,重復(fù)。
從上面的分析可以看出,電容上的電壓會在VH和VL之間反復(fù)振蕩。555定時器的輸出在電容器充電期間為高電平,在電容器放電期間為低電平。
電容充電時,電阻值為R1+R2。電容器放電時,電阻值為R2,充放電時間與電阻值成正比。因此,該電路的占空比始終大于50%。如果想要獲得小于或等于50%的占空比,可以通過二極管的單向?qū)щ娦允钩潆姾头烹娮卟煌穆窂健?/p>
充電時間T1與W1×C1成正比(忽略二極管的阻值,利用一階RC電路的三元件法可以計(jì)算出T1= W1×C1×ln 2),放電時間T2與W1×C1成正比至W2×C1(T2=W2×C1×ln 2)。輸出脈沖的占空比為: IC 555 定時器用途和應(yīng)用
若W1=W2,則電路的占空比為50%。調(diào)整W1和W2的大小也可以改變電路的振蕩周期。
將電路的輸出端連接到 LED。當(dāng)改變電路的占空比時,LED點(diǎn)亮的時間就會改變。由于人眼有持續(xù)視覺,如果電路的振蕩頻率很高,就可以做成亮度可調(diào)的LED燈。
3)施密特觸發(fā)器,用于TTL系統(tǒng)接口、整形電路或脈沖幅度判別等。
施密特觸發(fā)器對于輸入信號有不同的閾值電壓,有兩種不同的變化方向:負(fù)減小和正增加。
將555定時器的2個輸入端連接在一起作為新的輸入端,得到施密特觸發(fā)器。有時為了提高電路的穩(wěn)定性,會在CONT上接一個濾波電容。不連接外部參考電壓時,VH=2/3Vcc,VL=1/3Vcc。將輸入信號設(shè)置為 Vi。下面是Vi從0逐漸增加的過程:
1、Vi《VL《VH,Vc1=0,Vc2=1,查表可知,OUT=1。
2. VL《Vi《VH,Vc1=0,Vc2=0,OUT 不變,仍為 1。
3. VL《VH《Vi,Vc1=1,Vc2=1,OUT=0。
此后Vi繼續(xù)增加,輸出不會變化,因此分析Vi從大于VH的過程。
4. VL《Vi《VH,Vc1=0,Vc2=0,OUT 不變,為0。
5. Vi《VL《VH,Vc1=0,Vc2=1,OUT=1。
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