555定时器单稳态触发器

先介绍下555定时器的基础知识，然后讲555定时器单稳态触发器
一、555定时电路
555定时电路的应用十分广泛,它由TTL集成定时电路和CMOS集成定时电路,这二者功能完全相同,不同之处是:TTL集成定时电路的驱动能力比CMOS集成定时电路大..
1、555定时电路的组成
555定时电路是由三个5千欧电阻组成分压器、两个高精度电压比较器、一个基本R-S触发器、一个作为放电通路的管子及输出驱动电路组成。

它的逻辑电路图为：如图（1）所示
它的逻辑符号为：如图（2）所示
功能描述：（功能表如表3所示）
当输入端R为低电平时，不管别的输入端为何种情况，输出为低电平,CMOS管工作。

当引脚6的输入电平大于2/3U
DD 并且引脚2的输入电平大于1/3U
DD
,输出为低电
平,CMOS管工作
当引脚6的电平小于2/3U
DD 并且引脚2的输入电平大于1/3U
DD,
输出为原状态.
当引脚2的电平小于1/3U
DD,
电路输出为高电平,NMOS管关断.
例1.555集成电路,改变电压控制端(引脚5)的电压可改变( )
A.高触发端,低触发端的电平
B.555定时电路的高低电平
C.开关放电管的开关电平
D.置"0"端R的电平
答案为: A
例2.555定时电路R端的作用是什麽?
答:它的作用是:复"0".不管555定时电路是何种状态,只要R输入为低电平,输出即为低电平；只有它输入为高电平时定时电路才工作。

单稳态触发器具有下列特点：第一，它有一个稳定状态和一个暂稳状态；第二，在外来触发脉冲作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳状态；第三，暂稳状态维持一段时间后，将自动返回到稳定状态。

暂稳态时间的长短，与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。

单稳态触发器在数字系统和装置中，一般用于定时（产生一定宽度的脉冲）、整形（把不规则的波形转换成等宽、等幅的脉冲）以及延时（将输入信号延迟一定的时间之后输出）等。

一．用555定时器单稳态触发器
1. 电路组成及工作原理
（1）无触发信号输入时电路工作在稳定状态
当电路无触发信号时，v I保持高电平，电路工作在稳定状态，即输出端v O保持低电平，555内放电三极管T饱和导通，管脚7“接地”，电容电压v C为0V。

（2）v I下降沿触发
当v I下降沿到达时，555触发输入端（2脚）由高电平跳变为低电平，电路被触发，v O由低电平跳变为高电平，电路由稳态转入暂稳态。

（3）暂稳态的维持时间
在暂稳态期间，555内放电三极管T截止，V CC经R向C充电。

其充电回路为V →R→C→地，时间常数τ1=RC，电容电压v C由0V开始增大，在电容电压v C CC
上升到阈值电压之前，电路将保持暂稳态不变。

图8.4—1用555定时器构成的单稳态触发器及工作波形（4）自动返回（暂稳态结束）时间
当v C上升至阈值电压时，输出电压v O由高电平跳变为低电平，555内放电
三极管T由截止转为饱和导通，管脚7“接地”，电容C经放电三极管对地迅速
放电，电压v C由迅速降至0V（放电三极管的饱和压降），电路由暂稳态
重新转入稳态。

（5）恢复过程
当暂稳态结束后，电容C通过饱和导通的三极管T放电，时间常数τ2=R CES C，式中R CES是T的饱和导通电阻，其阻值非常小，因此τ2之值亦非常小。

经过（3～5）τ2后，电容C放电完毕，恢复过程结束。

恢复过程结束后，电路返回到稳定状态，单稳态触发器又可以接收新的触发信号。

2. 主要参数估算
(1) 输出脉冲宽度t W
输出脉冲宽度就是暂稳态维持时间，也就是定时电容的充电时间。

由图8.4—1（b）所示电容电压v C的工作波形不难看出v C（0+）≈0V，v C（∞）=V CC，v C（t
）=，代入RC过渡过程计算公式，可得
W
上式说明，单稳态触发器输出脉冲宽度t W仅决定于定时元件R、C的取值，与输入触发信号和电源电压无关，调节R、C的取值，即可方便的调节t W。

（2）恢复时间t re
一般取t re=（3～5）τ2，即认为经过3～5倍的时间常数电容就放电完毕。

（3）最高工作频率f max
若输入触发信号v I是周期为T的连续脉冲时，为保证单稳态触发器能够正常工作，应满足下列条件：
T > t W＋t re
即v I周期的最小值T min应为t W＋t re，即
T min= t W＋t re
因此，单稳态触发器的最高工作频率应为
需要指出的是，在图8.4—1所示电路中，输入触发信号v I的脉冲宽度（低电平的保持时间），必须小于电路输出v O的脉冲宽度（暂稳态维持时间t W），否则电路将不能正常工作。

因为当单稳态触发器被触发翻转到暂稳态后，如果v I端的低电平一直保持不变，那么555定时器的输出端将一直保持高电平不变。

解决这一问题的一个简单方法，就是在电路的输入端加一个RC微分电路，即当v I为宽脉冲时，让v I经RC微分电路之后再接到v I2端。

不过微分电路的电阻应接到VCC，以保证在v I下降沿未到来时，v I2端为高电平。

555定时器是一种多用途的单片中规模集成电路。

该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。

因而在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等许多领域中都得到了广泛的应用。

目前生产的定时器有双极型和CMOS两种类型，其型号分别有NE555（或5G5 55）和C7555等多种。

通常，双极型产品型号最后的三位数码都是555，CMOS 产品型号的最后四位数码都是7555，它们的结构、工作原理以及外部引脚排列基本相同。

一般双极型定时器具有较大的驱动能力，而CMOS定时电路具有低功耗、输入阻抗高等优点。

555定时器工作的电源电压很宽，并可承受较大的负载电流。

双极型定时器电源电压范围为5～16V，最大负载电流可达200mA；CMOS定时器电源电压变化范围为3～18V，最大负载电流在4mA以下。

一．555定时器的电路结构与工作原理
1．555定时器内部结构：
（1）由三个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器；
（2）两个电压比较器C1和C2：
v+＞v－，v o=1；
v+＜v－，v o=0。

（3）基本RS触发器；
（4）放电三极管T及缓冲器G。

2．工作原理。

当5脚悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为和。

（1）当v I1>，v I2>时，比较器C1输出低电平，C2输出高电平，基本RS触发器被置0，放电三极管T导通，输出端v O为低电平。

（2）当v I1<，v I2<时，比较器C1输出高电平，C2输出低电平，基本RS触发器被置1，放电三极管T截止，输出端v O为高电平。

（3）当v I1<，v I2>时，比较器C1输出高电平，C2也输出高电平，即基本RS触发器R=1，S=1，触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。

图8.1—1 555定时器的电气原理图和电路符号
(a)原理图（b）电路符号
由于阈值输入端(v I1) 为高电平（>）时，定时器输出低电平，因此也将该端称为高触发端（TH）。

因为触发输入端(v I2)为低电平（<）时，定时器输出高电平，因此也将该端
称为低触发端（TL）。

如果在电压控制端（5脚）施加一个外加电压（其值在0～V CC之间），比较器的参考电压将发生变化，电路相应的阈值、触发电平也将随之变化，并进而影响电路的工作状态。

另外，R D为复位输入端，当R D为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出v o为低电平，即R D的控制级别最高。

正常工作时，一般应将其接高电平。

二．555定时器的功能表
表8.1—1 555定时器功能表
阈值输入(v I1) 触发输入(v I2) 复位(R D) 输出(v O) 放电管T × × 0 0 导通
<< 1 1
截止
>> 1 0
导通
<> 1 不变
不变。