定时器的典型应用电路

555定时器的典型应用电路

单稳态触发器

555定时器构成单稳态触发器如图22-2-1所示，该电路的触发信号在2脚输入，R和C是外接定时电路。单稳态电路的工作波形如图22-2-2所示。

在未加入触发信号时，因u i=H，所以u o=L。当加入触发信号时，u i=L，所以u o=H，7脚内部的放电管关断，电源经电阻R向电容C充电，u C按指数规律上升。当u C上升到2V CC/3时，相当输入是高电平，5 55定时器的输出u o=L。同时7脚内部的放电管饱和导通是时，电阻很小，电容C经放电管迅速放电。从加入触发信号开始，到电容上的电压充到2V CC/3为止，单稳态触发器完成了一个工作周期。输出脉冲高电平的宽度称为暂稳态时间，用t W表示。

图22-2-1 单稳态触发器电路图

图22-2-2 单稳态触发器的波形图

暂稳态时间的求取：

暂稳态时间的求取可以通过过渡过程公式，根据图22-2-2可以用电容器C上的电压曲线确定三要素，初始值为u c(0)=0V，无穷大值u c(∞)=V CC，τ=RC，设暂稳态的时间为t w，当t= t w时，u c(t w)=2 V CC/3时。代入过渡过程公式[1-p205]

几点需要注意的问题：

这里有三点需要注意，一是触发输入信号的逻辑电平，在无触发时是高电平，必须大于2 V CC/3，低电平必须小于 V CC/3，否则触发无效。

二是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。

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22-2-3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。

图22-2-3 555定时器单稳态触发器的示波器波形图 [动画4-5]

多谐振荡器

555定时器构成多谐振荡器的电路如图22-2-4所示，其工作波形如图22-2-5所示。

与单稳态触发器比较，它是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R A、R B和C，此时相当输入是低电平，输出是高电平；当电容器充电达到2 V CC/3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2V CC/3时，电路的状态又开始翻转。如此不断循环。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。

图22-2-4 多谐振荡器电路图图22-2-5 多谐振荡器的

波形

震荡周期的确定：

根据u c(t)的波形图可以确定振荡周期，T=T1+T2

先求T1，T1对应充电，时间常数τ1=(R A+R B)C，初始值为u c(0)= V CC/3，无穷大值u c(∞)=V CC，当t = T1时，u c(T1)=2 V CC/3，代入过渡过程公式，可得

T1=ln2(R A+R B)C≈(R A+R B)C

求T2，T2对应放电，时间常数τ2=R B C，初始值为u c(0)=2 V CC/3，无穷大值u c(∞) =0V，当t= T2时，u c(T2)

= V CC/3，代入过渡过程公式，可得T2=ln2R B C≈

振荡周期

T= T1+T2=≈(R A+2R B)C

振荡频率

占空比

图22-2-6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。图中上面的波形是输出波形，幅度，示波器探头有10倍衰减，实际幅度是；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，波谷距零线的距离大约也是~，正好是555定时器的二个阈值的数值。

图22-2-6 555定时器多谐振荡器的示波器波形图[动画4-6]

占空比可调的多谐振荡器：

对于图22-2-4所示的多谐振荡器，因T1＞T2，它的占空比大于50%，要想使占空比可调，应如何办当然应该从能调节充、放电通路上想办法。图22-2-7是一种占空比可调的电路方案，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。如果调节电位器使R A=R B，可以获得50%的占空比。读者不难看懂该电路的充、放电通路以及充、放电时间常数的大小。

图22-2-7 占空比可调的多谐振荡器

密特触发器

555定时器构成施密特触发器的电路图如图22-2-8所示，波形图如图22-2-9所示。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，外加信号的高电平必须大于2 V CC/3，低电平必须小于V CC/3，否则电路不能翻转。

图22-2-8 施密特触发器电路图图22-2-9 施密特触发器的波

形图

由于施密特触发器采用外加信号，所以放电端7脚就空闲了出来。利用7脚加上上拉电阻，就可以获得一个与输出端3脚一样的输出波形。如果上拉电阻接的电源电压不同，7脚输出的高电平与3脚输出的高电平在数值上会有所不同。

施密特触发器的主要用于对输入波形的整形。图22-2-10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。图是施密特触发器的示波器波形图，从图中可以看出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 V，另一个是对应输出上升沿的，施密特触发器的回差电压是。从图示波形可以看出，与理论值一致（电源电压5V）。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。当输入信号的幅度太小时，施密特触发器将不能工作。

图22-2-10 施密特触发器的示波器波形图

压控振荡器

一般的振荡器改变振荡频率，是通过改变谐振回路或选频网络的参数实现的。压控振荡器是通过改变一个控制电压来实现对振荡器频率的改变，因此压控振荡器特别适合用于控制电路之中。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AD 650等。AD650将在第10章中介绍。555定时器构成的压控振荡器如图22-2-11所示，波形图如图22-2-1 2所示。

555定时器做压控振荡器，其工作原理与多谐振荡器无本质不同。在压控振荡器中，实质上是通过5脚加入一个控制电压u5，u5的加入使555定时器的阈值随之改变（参阅图22-2-12），从而可以改变多谐振荡器的振荡频率。为了使u5的控制作用明显，u5应是一个低阻的信号源。因为555定时器内部的阈值是由三个5kW的电阻分压取得，u5的内阻大或串入较大的电阻，压控作用均不明显。