555計(jì)時(shí)器案例及輸出

555定時(shí)器是一種常用的IC，設(shè)計(jì)用于通過(guò)增加外部RC網(wǎng)絡(luò)來(lái)產(chǎn)生各種輸出波形

我們已經(jīng)看到，多諧振蕩器和CMOS振蕩器可以很容易地從分立元件產(chǎn)生弛張振蕩器，用于產(chǎn)生基本的方波輸出波形。但也有專(zhuān)用的IC專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于精確生成所需的輸出波形，只需添加一些額外的定時(shí)組件。

自IC早期以來(lái)一直存在的這種設(shè)備本身已經(jīng)成為某種行業(yè)“標(biāo)準(zhǔn)”是555定時(shí)器振蕩器，它通常被稱(chēng)為“555定時(shí)器”。

基本555定時(shí)器的名稱(chēng)源自三個(gè)內(nèi)部連接的5kΩ電阻器，用于產(chǎn)生兩個(gè)比較器參考電壓。 555定時(shí)器IC是一種非常便宜，流行且有用的精密定時(shí)裝置，可以作為產(chǎn)生單脈沖或長(zhǎng)時(shí)間延遲的簡(jiǎn)單定時(shí)器，或者作為張弛振蕩器產(chǎn)生一系列從50到50的不同占空比的穩(wěn)定波形。 55％定時(shí)器芯片是一款非常堅(jiān)固且穩(wěn)定的8引腳器件，可作為非常精確的單穩(wěn)態(tài)，雙穩(wěn)態(tài)或穩(wěn)定多諧振蕩器工作，可產(chǎn)生各種應(yīng)用，如一次性或延遲定時(shí)器，脈沖發(fā)生，LED和燈閃爍，報(bào)警和音調(diào)生成，邏輯時(shí)鐘，分頻，電源和轉(zhuǎn)換器等，事實(shí)上任何需要某種形式的時(shí)間控制的電路都是無(wú)窮無(wú)盡的。

基本形式的單個(gè)555定時(shí)器芯片是一個(gè)雙極8引腳迷你雙列直插封裝（DIP）器件，由大約25個(gè)晶體管，2個(gè)二極管和大約16個(gè)電阻組成，用于形成兩個(gè)比較器，一個(gè)觸發(fā)器和高電流輸出級(jí)，如下所示。除了555定時(shí)器外，還有NE556定時(shí)器振蕩器，它將單個(gè)15引腳DIP封裝中的兩個(gè)555單獨(dú)組合，以及單個(gè)555定時(shí)器的低功耗CMOS版本，例如使用MOSFET晶體管的7555和LMC555。 / p>

下面給出了表示555定時(shí)器內(nèi)部電路的簡(jiǎn)化“框圖”，并簡(jiǎn)要說(shuō)明了每個(gè)連接引腳，以幫助更清楚地了解其工作原理。

555定時(shí)器框圖

?引腳1. -接地，接地引腳將555定時(shí)器連接到負(fù)（0v）電源軌。

?引腳2. -觸發(fā)，比較器1的負(fù)輸入。當(dāng)該電壓降至1 / 3Vcc以下時(shí)，此引腳上的負(fù)脈沖“置位”內(nèi)部觸發(fā)器，導(dǎo)致輸出從“低”切換“到”高“狀態(tài)。

?引腳3. -輸出，輸出引腳可以驅(qū)動(dòng)任何TTL電路，并且能夠輸出或在輸出電壓等于大約Vcc - 1.5V時(shí)吸收高達(dá)200mA的電流，因此小型揚(yáng)聲器，LED或電機(jī)可以直接連接到輸出。

?引腳4. -復(fù)位，該引腳用于“復(fù)位”內(nèi)部觸發(fā)器，控制輸出狀態(tài)，引腳3.這是一個(gè)低電平有效輸入，通常連接到一個(gè)邏輯“不用于防止任何不需要的輸出重置的1“電平。

?引腳5. -控制電壓，此引腳控制時(shí)序555通過(guò)覆蓋分壓器網(wǎng)絡(luò)的2 / 3Vcc電平。通過(guò)向該引腳施加電壓，輸出信號(hào)的寬度可以獨(dú)立于RC定時(shí)網(wǎng)絡(luò)而變化。不使用時(shí)，它通過(guò)10nF電容接地，以消除任何噪聲。

?引腳6. -閾值，比較器的正輸入否2.當(dāng)施加于其上的電壓超過(guò)2 / 3Vcc時(shí)，該引腳用于復(fù)位觸發(fā)器，導(dǎo)致輸出從“高”狀態(tài)切換到“低”狀態(tài)。該引腳直接連接到RC定時(shí)電路。

?引腳7. -放電，放電引腳直接連接到內(nèi)部集電極NPN晶體管，當(dāng)引腳3的輸出切換為“低電平”時(shí)，用于將定時(shí)電容“放電”到地。

?引腳8. -電源+ Vcc，這是電源引腳，對(duì)于通用TTL 555定時(shí)器介于4.5V和15V之間。

555定時(shí)器名稱(chēng)來(lái)自這樣一個(gè)事實(shí)，即內(nèi)部連接有三個(gè)5kΩ電阻，在引腳8的電源電壓和引腳1的地之間產(chǎn)生一個(gè)分壓網(wǎng)絡(luò)。該串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)上的電壓保持不變2 / 3Vcc時(shí)比較器2的負(fù)反相輸入和1 / 3Vcc時(shí)比較器1的正反相輸入。

兩個(gè)比較器產(chǎn)生的輸出電壓取決于輸入端的電壓差，即取決于外部連接的 RC 網(wǎng)絡(luò)的充電和放電動(dòng)作。兩個(gè)比較器的輸出連接到觸發(fā)器的兩個(gè)輸入端，而這兩個(gè)輸入端又根據(jù)其輸入狀態(tài)在 Q 處產(chǎn)生“高”或“低”電平輸出。觸發(fā)器的輸出用于控制高電流輸出開(kāi)關(guān)級(jí)，以驅(qū)動(dòng)連接的負(fù)載，在輸出引腳上產(chǎn)生“高”或“低”電壓電平。

最常見(jiàn)的用途通過(guò)在其端子上連接兩個(gè)電阻器和一個(gè)電容器來(lái)產(chǎn)生固定脈沖序列，其時(shí)間周期由RC網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)確定，因此555定時(shí)器振蕩器作為簡(jiǎn)單的非穩(wěn)態(tài)振蕩器。但555定時(shí)振蕩器芯片也可以通過(guò)多種不同方式連接，以生產(chǎn)單穩(wěn)態(tài)或雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器以及更常見(jiàn)的Astable多諧振蕩器。

單穩(wěn)態(tài)555定時(shí)器

555定時(shí)器單穩(wěn)態(tài)的操作和輸出與我們之前在Monostable Multivibrators教程中看到的晶體管的操作和輸出完全相同。這次的不同之處在于兩個(gè)晶體管已被555定時(shí)器器件取代?？紤]下面的555定時(shí)器單穩(wěn)態(tài)電路。

單穩(wěn)態(tài)555定時(shí)器

當(dāng)否定時(shí)（0V）脈沖施加到Monostable配置的555定時(shí)器振蕩器的觸發(fā)輸入（引腳2），內(nèi)部比較器（比較器No1）檢測(cè)到此輸入并“設(shè)置”觸發(fā)器的狀態(tài)，從而改變輸出“低”狀態(tài)為“高”狀態(tài)。該動(dòng)作又將連接到引腳7的放電晶體管“關(guān)閉”，從而消除外部定時(shí)電容器的短路， C1 。

此動(dòng)作允許定時(shí)電容器開(kāi)始通過(guò)電阻充電， R1 直到電容兩端的電壓達(dá)到內(nèi)部分壓網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的2 / 3Vcc的閾值（引腳6）電壓。此時(shí)，比較器輸出變?yōu)椤案摺辈⒂|發(fā)器“復(fù)位”回其原始狀態(tài)，而原始狀態(tài)又使晶體管“導(dǎo)通”，并通過(guò)引腳7將電容器放電至地。這導(dǎo)致輸出改變其狀態(tài)返回到原始穩(wěn)定的“低”值，等待另一個(gè)觸發(fā)脈沖再次開(kāi)始定時(shí)過(guò)程。然后和之前一樣，Monostable Multivibrator只有“ONE”穩(wěn)定狀態(tài)。

單穩(wěn)態(tài)555定時(shí)器電路觸發(fā)施加到引腳2的負(fù)向脈沖，此觸發(fā)脈沖必須比輸出脈沖寬度短得多，允許定時(shí)電容充電然后完全放電。觸發(fā)后，555 Monostable將保持此“高”不穩(wěn)定輸出狀態(tài)，直到 R 1 x C 1 設(shè)置的時(shí)間段為止網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)過(guò)去了。輸出電壓保持“高”或邏輯“1”電平的時(shí)間由以下時(shí)間常數(shù)公式給出。

其中， t 以秒為單位， R 以Ω為單位， C 以法拉為單位。

555定時(shí)器示例No1

需要單穩(wěn)態(tài)555定時(shí)器才能在電路中產(chǎn)生時(shí)間延遲。如果使用10uF定時(shí)電容，計(jì)算產(chǎn)生最小輸出時(shí)間延遲500ms所需的電阻值。

500ms與0.5s相同所以通過(guò)重新排列上面的公式，我們得到了計(jì)算出的電阻值 R 為：

計(jì)算出的值因此，產(chǎn)生所需時(shí)間常數(shù)500ms所需的定時(shí)電阻45.5KΩ。但是，45.5KΩ的電阻值不作為標(biāo)準(zhǔn)值電阻存在，因此我們需要選擇最接近的47kΩ的首選電阻值。從E12（10％）到E96（1％）的標(biāo)準(zhǔn)公差范圍，給我們一個(gè)新的重新計(jì)算時(shí)間延遲517ms。

如果這個(gè)時(shí)差為17ms（500 - 517ms）是不可接受的在一個(gè)單個(gè)定時(shí)電阻器中，兩個(gè)不同值的電阻器可以串聯(lián)連接在一起，以將脈沖寬度調(diào)整到精確的期望值，或者選擇不同的定時(shí)電容器值。

我們現(xiàn)在知道單穩(wěn)態(tài)555定時(shí)器的時(shí)間延遲或輸出脈沖寬度由連接的 RC 網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間常數(shù)決定。如果在10秒內(nèi)需要長(zhǎng)時(shí)間延遲，則并不總是建議使用高值定時(shí)電容，因?yàn)樗鼈兛赡荏w積大，價(jià)格昂貴且具有較大的值容差，例如±20％。

一種替代解決方案是使用小值定時(shí)電容器和高達(dá)約20MΩ的大得多的電阻器來(lái)產(chǎn)生所需的時(shí)間延遲。此外，通過(guò)使用一個(gè)較小值的定時(shí)電容和通過(guò)多位旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)連接的不同電阻值，我們可以生成Monostable 555定時(shí)器振蕩器電路，可在每次開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生不同的脈沖寬度，例如可切換的Monostable 555定時(shí)器電路如下所示。

可切換的555定時(shí)器

我們可以手動(dòng)計(jì)算出的值 R 和 C 表示我們?cè)谏厦娴氖纠兴璧母鱾€(gè)組件。然而，獲得所需時(shí)間延遲所需的元件選擇要求我們用千歐姆（KΩ），兆歐姆（MΩ），微法拉（μF）或皮卡法拉（pF）計(jì)算，并且很容易以時(shí)間延遲結(jié)束我們可以通過(guò)使用一種稱(chēng)為“Nomograph”的圖表來(lái)幫助我們找到單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的預(yù)期頻率，從而使我們的生活變得更加容易一個(gè)十倍甚至一百倍。

輸出 R 和 C 的不同組合或值。例如，

Monostable Nomograph

因此，選擇合適的值C 和 R 分別在0.001uF到100uF和1kΩ到10MΩ的范圍內(nèi)，我們可以直接從諾模圖中讀取預(yù)期的輸出頻率，從而消除計(jì)算中的任何誤差。實(shí)際上，單穩(wěn)態(tài)555定時(shí)器的定時(shí)電阻值不應(yīng)小于1kΩ或大于20MΩ。

雙穩(wěn)態(tài)555定時(shí)器

同樣作為上面的單擊555 Monostable配置，我們還可以生成雙穩(wěn)態(tài)（兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)）器件，其中555雙穩(wěn)態(tài)的操作和輸出類(lèi)似于晶體管的一個(gè)我們先前在Bistable Multivibrators教程中看到。

555 Bistable是我們使用555定時(shí)器振蕩器芯片構(gòu)建的最簡(jiǎn)單的電路之一。這種雙穩(wěn)態(tài)配置不使用任何 RC 時(shí)序網(wǎng)絡(luò)來(lái)產(chǎn)生輸出波形，因此不需要公式來(lái)計(jì)算電路的時(shí)間周期?？紤]下面的雙穩(wěn)態(tài)555定時(shí)器電路。

雙穩(wěn)態(tài)555定時(shí)器（觸發(fā)器）

通過(guò)控制555定時(shí)器的觸發(fā)和復(fù)位輸入來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出波形的切換，這些輸入通過(guò)兩個(gè)上拉電阻 R1 和 R2 。通過(guò)將觸發(fā)輸入（引腳2）設(shè)置為“低”，切換到設(shè)置位置，將輸出狀態(tài)更改為“高”狀態(tài)，并通過(guò)將復(fù)位輸入（引腳4）設(shè)置為“低”，切換到復(fù)位位置，更改輸出進(jìn)入“低”狀態(tài)。

這個(gè)555定時(shí)器電路將無(wú)限期地保持在任一狀態(tài)，因此是雙穩(wěn)態(tài)的。然后雙穩(wěn)態(tài)555定時(shí)器在兩種狀態(tài)下都是穩(wěn)定的，“高”和“低”。閾值輸入（引腳6）接地，以確保它不能像在正常時(shí)序應(yīng)用中那樣復(fù)位雙穩(wěn)態(tài)電路。

555定時(shí)器輸出

我們無(wú)法完成這個(gè)555定時(shí)器教程沒(méi)有討論555定時(shí)器或雙556定時(shí)器IC的開(kāi)關(guān)和驅(qū)動(dòng)能力。

輸出（引腳） 3）標(biāo)準(zhǔn)555定時(shí)器或556定時(shí)器，能夠“吸收”或“吸收”最大200mA的負(fù)載電流，足以直接驅(qū)動(dòng)輸出傳感器，如繼電器，白熾燈， LED的電機(jī)或揚(yáng)聲器等，借助串聯(lián)電阻或二極管保護(hù)。

555定時(shí)器對(duì)“吸收”（吸收）和“源”（電源）電流的這種能力意味著輸出器件可以連接在555定時(shí)器的輸出端和電源之間以吸收負(fù)載電流，或者連接在輸出端和地之間以提供負(fù)載電流。例如。

下沉和采購(gòu)555定時(shí)器輸出

在上面的第一個(gè)電路中，LED連接在正電源軌（+ Vcc）和輸出引腳3之間。這意味著電流將“吸收”（吸收）或流動(dòng)進(jìn)入555定時(shí)器輸出端子，當(dāng)輸出為“低”時(shí)，LED將為“ON”。

上面的第二個(gè)電路顯示LED連接在輸出引腳3和地（0v）之間。這意味著電流將“源”（電源）或流出555定時(shí)器輸出端子，當(dāng)輸出為“高電平”時(shí)，LED將為“ON”。

555定時(shí)器的能力為了吸收和輸出其輸出負(fù)載電流意味著兩個(gè)LED可以同時(shí)連接到輸出端子，但是根據(jù)輸出狀態(tài)是“高”還是“低”，只有一個(gè)將被切換為“接通”。左邊的電路顯示了這個(gè)例子。根據(jù)輸出，兩個(gè)LED將交替切換為“ON”和“OFF”。電阻 R 用于將LED電流限制在20mA以下。

我們之前說(shuō)過(guò)，通過(guò)引腳3吸收或提供負(fù)載電流的最大輸出電流約為200mA在最大電源電壓下，這個(gè)值足以驅(qū)動(dòng)或切換其他邏輯IC，LED或小燈等。但是，如果我們想切換或控制更高功率的設(shè)備，如電機(jī)，電磁鐵，繼電器或揚(yáng)聲器，該怎么辦？然后我們需要使用晶體管放大555定時(shí)器輸出，以提供足夠高的功率來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載。

555定時(shí)器晶體管驅(qū)動(dòng)器

如果負(fù)載電流很高，上面兩個(gè)例子中的晶體管可以用功率MOSFET器件或達(dá)林頓晶體管代替。當(dāng)使用電動(dòng)負(fù)載（例如電動(dòng)機(jī)，繼電器或電磁鐵）時(shí)，建議將續(xù)流（或飛輪）二極管直接連接在負(fù)載端子上，以吸收電感裝置在狀態(tài)改變時(shí)產(chǎn)生的任何反電動(dòng)勢(shì)電壓。

到目前為止，我們已經(jīng)考慮使用555定時(shí)器來(lái)生成單穩(wěn)態(tài)和雙穩(wěn)態(tài)輸出脈沖。在下一篇關(guān)于波形生成的教程中，我們將介紹如何在非穩(wěn)態(tài)的多諧振蕩器配置中連接555。在非穩(wěn)態(tài)模式下使用時(shí)，可以精確控制輸出波形的頻率和占空比，以生成非常通用的波形發(fā)生器。