555定时器

电源端 清零端
VC C
Rd
VCC
8
1V 3 CC
Rd
4
8
4 3
uo
放电端
1
1
DIS
CV 5 TH 6
7 6 2 1
+ +
1 V 3 CC
1
3 OUT 7 DIS
高触发端 低触发端
TH TL
输出端
5
CV
TL 2
+ + -
1
电压控制端
GND
1
GND
地
图4-9-1 555定时器电路框图
图4-9-2 555定时器符号图
t Cτ ()]e
5
为此需要确定三要素：
uC (0) =0V、 uC (∞) =VCC、 =RC， 当t= tw时，uC (tw) =2 VCC /3代入公式 于是可解出
t w RCln3 1.1RC
注意:触发输入信号的逻辑电平，在无触发时是高电平，必须大于2VCC/3, 低电平必须小于1VCC/3，否则触发无效。
图4-9-13 施密特触发器的示波器波形图
4.9.5 555定时器构成压控振荡器(VCO) 一般的振荡器若要改变振荡频率必须改变选频网络的 参数值，不太方便。上述555定时器构成的振荡器，只要改 变控制电压的数值即可改变振荡频率，易于控制。通过外 加控制电压去改变振荡器的频率，这样的振荡器就是电压 控制振荡器，简称压控振荡器，用VCO表示。 利用555定时器的5脚，可以方便实现这一功能。由于 555定时器是一种低价格通用型的电路，其压控非线性较 大，性能较差，只能满足一般技术水平的需要。如果需要 高的性能指标，可采用专用的压控振荡器芯片，如AD650 等。AD650将在其它章中介绍。
图4-9-12 施密特触发器的波形图
t
t
施密特触发器的主要用于对输入波形的整形。图4-9-12 表示的是将三角波整形为方波,其它形状的输入波形也可以 整形为方波。 动画4_7
图4-9-13是施密特触发器（电源电压5V）的示波器波形 图，对应输出波形翻转的555定时器的二个阈值，一个是对 应输出下降沿的3.375V，另一个是对应输出上升沿的1.688V ，施密特触发器的回差电压是 3.375-1.688=1.688V 。。在放 电端 7 脚加一个上拉电阻，接 10V 电源，可以获得一个高、 低电平与3脚输出不同，但波形的高、低电平宽度完全一样 的第二个输出波形，这个波形可以用于不同逻辑电平的转换 。
555定时器主要由比较器、触发器、反相器和由三个 5k电阻组成的分压器等部分构成，电路如图所示。
比较器
VCC
触发器
Rd
4
反相器
电阻分压器
8
2 3 V CC
CV 5 TH 6
A1 + +
1 VCC 3
1
1
1
3 OUT
TL 2
+ A2 + -
7 DIS
1
1
GND
图4-9-1 555定时器电路框图
⑤ CV555⑥ TH ②TL ④R ③OUT ⑦DIS 4.9.2 定时器构成单稳态 直流 L 4-9-3所示。 L L通 555 定时器构成的单稳态电路如图 悬空
R
＞2VCC /3 ＞VCC/3 H L L通 V CC 初始状态下，没有触发，ui是 交流 VCC/3 H LH 通断 高电平，所以输出是低电平。 4 8＜2VCC/3 ＞
555单稳态触发器的工作波形如下：
ui
0 uC 0 uO tw 0
图4-9-4 单稳态触发器的波形图
t 2VCC/3 t
注意：触发脉冲 必须是窄脉冲， 要比暂稳态的时 间tw还要短。否 则触发作用始终 存在，输出将不 会在uC达到 2VCC/3时返回低 电平。
t
ui
O
2 VCC 3
单稳态触发器暂稳态时间的计算：
单稳态触发器构成反相器
触发信号的低电平宽度要窄，其低电平的宽度应小于单稳暂稳 的时间。否则当暂稳时间结束时，触发信号依然存在，输出与输入 反相。此时单稳态触发器成为一个反相器。
ui
O
uc
t
2 VCC 3
O
uo
t t
O
图4-9-5 单稳态触发器构成反相器的波形图
这里要注意R的取值不能太小，若R太小，当放电管导 通时，灌入放电管的电流太大，会损坏放电管。图4-9-6是 555定时器 单稳态触发器的示波器波形图，从图中可以看 出触发脉冲的低电平和高电平的位置，波形图右侧的一个 小箭头为0电位 。
VCC
8
Rd
4
0 1
0 1 0
2 3
2 2 2 V V V CC CC CC CC 3 3 3
V CC
CV 5 TH 6
A1 + +
保持
0 1 0
1
0 1
保持
1
1 1 0
1
0 0 1
3 OUT
从第二行到第三行 真值表的第一行 真值表的第二行 从第四行返回 真值表的第四行 第三行
1 1 V VCC 3 CC 3
1 VCC 3 1 VCC 3
回差现象
表4-6 555定时器功能表
⑤CV 直流 悬空 交流
⑥TH
②TL
④R L H H
③OUT L L LH
⑦DIS L通 L通 通断
＞2VCC/3 ＞VCC/3 ＜2VCC/3 ＞VCC/3
接地 ＜2VCC/3 ＜VCC/3
H
H
H断
从555定时器的功能表可以看出几个特点： 1. 有两个阈值电平，分别是电源电压的1/3和2/3； 2. 输出从低到高，从高到低有回差； 3. 输出端和放电端的状态一致，要通都通，要断都断； 4. 输出与两触发端是反相关系。
0
t
T R ( R) 2 RB )C A tw1 0.7(R C A B t w1 T1 uC (∞) =0V、 tw2 ： uC (0) = 2VCC /3 V、 1= RBC、当t= tw2 D 100% 100% 时，uC (tw2) =VCC /3代入公式。于是可解出 T T
图4-9-9 555定时器多谐振荡器的示波器波形图
对于图4-9-7所示的多谐振荡器，因T1＞T2，它的占 空比大于 50% ，占空比不可调节。图 4-9-10 是一种占空 比可调的电路，该电路因加入了二极管，使电容器的充 电和放电回路不同，可以调节电位器使充、放电时间常 数相同。如果RA=RB，调节电位器可以获得50%的占空比 。
tw2 0.7RBC
多谐振荡器参数的计算
uc
2 VCC 3
1 VCC 3
输出波形的振荡周期可用过 渡过程公式计算：
t
tw1 ： uC (0) = VCC /3 V、 uC (∞) =VCC、 1=(RA+ RB)C、 当t= tw1时，uC (tw1) =2 VCC /3代 t 入三要素方程。于是可解出
R
RABຫໍສະໝຸດ VCC17D1
4
8
5 55 3
5 1
uo1
D2
6 2
C
C5
图4-9-10 占空比可调的多谐振荡器
4.9.4 555定时器构成施密特触发器
555定时器构成施密特触发器的电路图如图4-9-11所示,施密特触 发器属于波形变换电路，该电路可以将正弦波、三角波、锯齿波 变为脉冲信号。
VCC2 R VCC1
双稳
单稳
多谐
触发信号
输出
图 单稳态和双稳态触发器触发时间的异同
4.9.1 555定时器的工作原理
4.9.2 555定时器构成单稳态
4.9.3 555定时器构成多谐振荡器
4.9.4 555定时器构成施密特触发器
4.9.5 555定时器构成压控振荡器(VCO)
4.9.1 555定时器的工作原理 555定时器是一种用途广泛的模拟数字混合集成电路。 它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器、压控振荡器等多 种应用电路。
7 4 8 3 5 1
uo2
555
ui
6 2
uo1
C5
施密特触发器的工作原理和多谐振荡器 基本一致，无原则不同。只不过多谐振 荡器是靠电容器的充放电去控制电路状 态的翻转，而施密特触发器是靠外加电 压信号去控制电路状态的翻转。所以， 在施密特触发器中，外加信号的高电平 1 VCC，低电平必须小于 VCC ，否 必须大于 2 3 3 则电路不能翻转。
7 555 接地 ＜ /3 ＜VCC当 /3 ui加上触发低电平时，输出 H H H断 u 3 2VCC o 6 2 5 将跳变到高电平，放电管关断。 1
ui
C
C5
放电管关断，电源将经过R向 C充电，uC按指数规律上升。
图4-9-3 单稳态触发器电路图
此时， ui已经撤消，变为高电平，所以当uC充电到上限 阈值电平（VCC2/3）时，输出将跳变为低电平。完成一次单 稳过程。
图4-9-6 555定时器单稳态触发器的示波器波形图
4.7.3 555定时器构成多谐振荡器 555定时器构成多谐振荡器构成的多谐振荡器如图4-9-7所 示。它是将两个触发端合并在一起，放电端接于两电阻之间。
VCC RA
7 4 8
RB
6 2
555 3
5 1
uo
利用电容器的充放电来代替外加触发信号， 所以，电容器上的电压信号应该在两个阈值之 间按指数规律转换。充电回路是 RA 、 RB 和 C ， 此时相当输入是低电平，输出是高电平；
4.9 555定时器
555定时器是一种用途广泛的模拟数字混合集成电路。 它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器、压控振荡器等多 种应用电路。 单稳态触发器，只有一个稳定状态，另一个是暂稳态， 经过一段延迟时间后，将自动返回稳定状态。单稳态从触发 开始到自动返回的时间称为暂稳时间tw ,是由电路中有关的电 阻电容时间常数确定的。单稳态触发器进入暂稳态要靠触发 脉冲的触发才行，有的单稳态触发器是由触发脉冲的上升沿 触发翻转的；有的单稳态触发器是靠触发脉冲的下降沿触发 翻转的。 双稳态触发器有二个稳定状态。在触发方式是单稳态触 发器和双稳态触发器的异同见图4.23 。
图4-9-11 施密特触发器电路图 由于施密特触发器无须放电端，所以利用放电端与输出端状态相 一致的特点，从放电端加一上拉电阻后，可以获得与3脚相同的输出。 但上拉电阻可以单独接另外一组电源，以获得与3脚输出不同的逻辑电 平。
施密特触发器的输出波形如下：
ui
2VCC/3 1VCC/3 0 uO 0
uC
2VCC/3 1VCC/3
uO
0
tw1
t
tw2 图4.29 多谐振荡器波形图 输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算： T t w1 t w2 0.7( RA 2 RB )C tw1 ： uC (0) = VCC /3 V、 uC (∞) =VCC、 1=(RA+ RB)C、 当 1 1.44 t= tw1时，uC (tw1) =2 VCC f /3 代入公式。于是可解出
C
C5
当电容器充电达到时，即输入达到高电平时， 电路的状态发生翻转，输出为低电平，电容器 开始放电。当电容器放电达到时，电路的状态 又开始翻转, 如此不断循环。
图4-9-7 多谐振荡器电路图
电容器之所以能够放电，是由于有放电端7脚的作用，因7脚 的状态与输出端一致，7脚为低电平电容器即放电。 多谐振荡器的有关波形如下其工作波形如图4-9-8所示 ：
O
uo
tw1
tw2
O
T t w1 t w2 0.7( RA 2 RB )C 1 1.44 f T ( RA 2 RB )C D t T1 100% w1 100% T T
tw1 0.7(RA RB )C
tw2 ： uC (0) = 2VCC /3 V、 uC (∞) =0V、 1= RBC、当t= tw2时，uC (tw2) =VCC /3代入公式。于是可解出
1 VCC 3
uc
τ RC
2 VCC 3
t
O
uo
t
根据uC的波形，由过 渡过程公式即可计算出暂 4 8 R 稳态时间tw ， tw电容C从 7 555 3 0V充电到2 V /3 的时间， CC 6 根据三要素方程： 2 5
1
V CC
tW
t
O
ucC (t ) uc () [uc (0) uc
TL 2
1 VCC 3 + A2 + -
7 DIS
1
0 1 0
1 0
导通 截止
2 VCC 3
导通
1
GND
表 22-1 4-6
TH
2 VCC 3 2 VCC 3
2 VCC 3
555 定时器功能表
TL
1 VCC 3
清零
DIS 通 通 保持 断
Rd L H H H
OUT L L 保持 H
tw2 0.7RBC
图4-9-9是555定时器多谐振荡器的示波器波形图，多谐 振荡器的供电电压为5V。上面的一个是输出波形，幅度 382.5mV，示波器探头有10倍衰减，实际幅度是3.8V；下面 的一个是定时电容器上的波形，图中显示充放电波形的峰 峰值是1.625V，波谷距零线的距离大约也是1.6~1.7V，正好 是555定时器的二个阈值的数值。