555定时器电路与功能详解

555定时器电路及其功能
555定时器是一种多用途的中规模集成电路器件，在外围配以少量阻容元件就可以构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等电路，在脉冲产生和变换等技术领域有着广泛的应用。

一、555定时器的电路组成
555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的器件，内部电路结构如图6-1所示：
555定时器由三部分组成：
.电阻分压器和电压比较器：由三个等值电阻R和两个集成运放比较器C1、C2构成。

电源电压Vcc经分压取得V+2、V-1作为比较器的输入参考电压，在无外加控制电压Vm时，V+2=1/3Vcc、V-1=2/3Vcc；外加控制电压Vm可改变参考电压值。

比较器分别对阀值输入Vi1与V-1、触发输入Vi2与V+2进行比较，它们的结果决定比较器输出Vc1、Vc2的电位高低。

注意：不接外加控制时，控制端（5脚）不可悬空，需通过电容接地，以旁路高频干扰。

.基本RS触发器：由比较器输出电位Vc1、Vc2控制其状态。

（4脚）为触发器复位端当=0时，触发器反相输出端=1，定时器输出Vo=0,同时，使T D导通。

.输出缓冲器和开关管：由反相放大器和集电极开路的三极管T D构成。

反相放大器用以提高负载能力，起到隔离作用。

二、555定时器的逻辑功能
555定时器的逻辑功能取决于比较器C1、C2的工作状态。

在无外加控制电压Vm的情况下:
当Vi1>V-1、Vi2>V+2时，比较器输出Vc1=1、V C2=0,触发器置0，=1，Vo=0,T D 导通。

将Vo=0,Vo’对地导通的状态称定时器的0态。

当Vi1<V-1、Vi2<V+2时，比较器输出V C1=0、V C2=1，触发器置1，=0，Vo=1,T D
截止。

将Vo=1,Vo’对地断开的状态称定时器的1态。

当Vi1<V-1、Vi2>V+2时，比较器输出Vc1=0、V C2=0，触发器维持原状态不变
施密特触发器
时间：2008-07-31 06:19:14 来源：作者：点击：1096
施密特触发器也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阀值电压。

见图6-2：
解释：当输入信号Vi 减小至低于负向阀值时，输出电压Vo翻转为高电平VoH；而输入信号Vi 增大至高于正向阀值时，输出电压Vo才翻转为低电平VoL。

这种滞后的电压传输特性称回差特性，其值-称为回差电压。

一、用555定时器构成的施密特触发器
1.电路组成:
将555定时器的阀值输入端Vi1（6脚）、触发输入端Vi2（2脚）相连作为输入端Vi，由Vo（3脚）或Vo’（7脚）挂接上拉电阻Rl及电源VDD作为输出端，便构成了如图6-3所示的施密特触发器电路。

2.工作原理：如图所示，输入信号Vi，对应的输出信号为Vo，假设未接控制输入Vm 。

①当Vi=0V时，即Vi1<2/3Vcc、Vi2<1/3Vcc,此时Vo=1。

以后Vi逐渐上升,只要不高于阀值电压(2/3Vcc),输出Vo维持1不变。

②当Vi上升至高于阀值电压（2/3Vcc）时，则Vi1>2/3Vcc、Vi2>1/3Vcc，此时定时器状态翻转为0，输出Vo=0，此后Vi继续上升，然后下降，只要不低于触发电位（1/3Vcc），输出维持0不变。

③当Vi继续下降，一旦低于触发电位（1/3Vcc）后，Vi1<2/3Vcc、Vi2<1/3Vcc，定时器
状态翻转为1，输出Vo=1。

总结：未考虑外接控制输入Vm时，正负向阀值电压=2/3Vcc、=1/3Vcc，回差电压△V=1/3Vcc。

若考虑Vm，则正负向阀值电压=Vm、=1/2Vm，回差电压△V=1/2Vm。

由此，通过调节外加电压Vm可改变施密特触发器的回差电压特性，从而改变输出脉冲的宽度。

二、施密特触发器的应用举例
1.波形变换：
施密特触发器可用以将模拟信号波形转换成矩形波，如图6-4所示将正弦波信号同相转换成矩形波的例子，输出脉冲宽度tpo可通过回差电压加以调节。

2.波形整形
若数字信号在传输过程中受到干扰变成如图6-5（a)所示的不规则波形，
可利用施密特触发器的回差特性将它整形成规则的矩形波。

若负向阀值取为，则回差电压。

整形后输出波形如图6-5(b)所示。

由于输入信号的干扰在输出中表现为三个矩形脉冲，这是错误的。

若减小负向阀值取为，则回差电压。

此时整形后输出波
形如图6-5(c)所示，消去了干扰。

3.幅度鉴别：
施密特触发器的翻转取决于输入信号是否高于或低于，利用此特性可以构成幅度鉴别
器，用以从一串脉冲中检出符合幅度要求的脉冲。

如图6-6所示，当输入脉冲大于时，施密特触发器翻转，输出端有脉冲输出；当输入脉冲幅度小于时，施密特触发器不翻转，输出端没有脉冲输出。

它可以鉴别出脉冲幅度高于的输入信号。

单稳态触发器
时间：2008-07-31 06:20:07 来源：作者：点击：397
单稳态触发器只有一个稳定状态，在外加脉冲的作用下，单稳态触发器可以从一个稳定状态翻转到一个暂态，该暂态维持一段时间又回到原来的稳态。

一、用555定时器构成单稳态触发器：
1.电路组成
如图6-7所示，其中R、C为单稳态触发器的定时元件，它们的连接点Vc与定时器的阀值输入端（6脚）及输出端Vo'（7脚）相连。

单稳态触发器输出脉冲宽度tpo=1.1RC。

Ri、Ci构成输入回路的微分环节，用以使输入信号Vi的负脉冲宽度tpi限制在允许的范围内，一般tpi>5RiCi，通过微分环节，可使Vi'的尖脉冲宽度小于单稳态触发器的输出脉冲宽度tpo。

若输入信号的负脉冲宽度tpi本来就小于tpo，则微分环节可省略。

定时器复位输入端（4脚）接高电平，控制输入端Vm通过0.01uF接地，定时器输出端Vo（3脚）作为单稳态触发器的单稳信号输出端。

2.工作原理
当输入Vi保持高电平时，Ci相当于断开。

输入Vi'由于Ri的存在而为高电平Vcc。

此时，①若定时器原始状态为0，则集电极输出（7脚）导通接地，使电容C放电、Vc=0，即输入6脚的信号低于2/3Vcc，此时定时器维持0不变。

②若定时器原始状态为1，则集电极输出（7脚）对地断开，Vcc经R向C充电，使Vc电位升高，待Vc值高于2/3Vcc时，定时器翻转为0态。

结论：单稳态触发器正常工作时，若未加输入负脉冲，即Vi保持高电平，则单稳态触发器的输出Vo一定是低电平。

单稳态触发器的工作过程分为下面三个阶段来分析，图6-8为其工作波形图：
①触发翻转阶段：
输入负脉冲Vi到来时，下降沿经RiCi微分环节在Vi'端产生下跳负向尖脉冲，其值低于负向阀值（1/3Vcc）。

由于稳态时Vc低于正向阀值（2/3Vcc），固定时器翻转为1，输出Vo为高电平，集电极输出对地断开，此时单稳态触发器进入暂稳状态。

②暂态维持阶段：
由于集电极开路输出端（7脚）对地断开，Vcc通过R向C充电，Vc按指数规律上升并趋向于Vcc。

从暂稳态开始到Vc值到达正向阀值（2/3Vcc）之前的这段时间就是暂态维持时间tpo。

③返回恢复阶段：
当C充电使Vc值高于正向阀值(2/3Vcc）时，由于Vi'端负向尖脉冲已消失，Vi'值高于负向阀值（1/3Vcc），定时器翻转为0，输出低电平，集电极输出端（7脚）对地导通，暂态阶段结束。

C通过7脚放电，使Vc值低于正向阀值（2/3Vcc），使单稳态触发器恢复稳态。

二、单稳态触发器应用举例
利用单稳态触发器的特性可以实现脉冲整形，脉冲定时等功能。

1.脉冲整形
利用单稳态触发器能产生一定宽度的脉冲这一特性，可以将过窄或过宽的输入脉冲整形成固定宽度的脉冲输出。

如图6-9所示的不规则输入波形，经单稳态触发器处理后，便可得到固定宽度、固定幅度，且上升、下降沿陡峭的规整矩形波输出。

2.脉冲定时：
若将单稳态触发器的输出Vo接至与门的一个输入脚，与门的另一个输入脚输入高频脉冲序列Vf。

单稳态触发器在输入负向窄脉冲到来时开始翻转，与门开启，允许高频脉冲序列通过与门从其输出端VAND输出。

经过tpo定时时间后，单稳态触发器恢复稳态，与门关闭，禁止高频脉冲序列输出。

由此实现了高频脉冲序列的定时选通功能，工作波形如图6-10 所示：
多谐振荡器
时间：2008-07-31 06:20:50 来源：作者：点击：599
多谐振荡器是一种能产生矩形波的自激振荡器，也称矩形波发生器。

“多谐”指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。

多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态。

在工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号，常用作脉冲信号源及时序电路中的时钟信号。

一、用555定时器构成的多谐振荡器
1.电路组成：
用555定时器构成的多谐振荡器电路如图6-11（a）所示：图中电容C、电阻R1和R2作为振荡器的定时元件，决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。

定时器的触发输入端（2脚）和阀值输入端（6脚）与电容相连；集电极开路输出端（7脚）接R1、R2相连处，用以控制电容C的充、放电；外界控制输入端（5脚）通过0.01uF电容接地。

2.工作原理：
多谐振荡器的工作波形如图6-11(b)所示：
电路接通电源的瞬间，由于电容C来不及充电，Vc=0v，所以555定时器状态为1，输出Vo为高电平。

同时，集电极输出端（7脚）对地断开，电源Vcc对电容C充电，电路进入暂稳态I，此后，电路周而复始地产生周期性的输出脉冲。

多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于RC充、放电回路的参数。

暂稳态Ⅰ的维持时间，即输出Vo的正向脉冲宽度T1≈0.7(R1+R2)C；暂稳态Ⅱ的维持时间，即输出Vo的负向脉冲宽度T2≈0.7R2C。

因此，振荡周期T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C，振荡频率f=1/T。

正向脉冲宽度T1与振荡周期T之比称矩形波的占空比Ｄ，由上述条件可得D=（R1+R2）/（R1+2R2），若使R2>>R1，则D≈1/2，即输出信号的正负向脉冲宽度相等的矩形波（方波）。

二、多谐振荡器应用举例：
1.模拟声响发生器：
将两个多谐振荡器连接起来，前一个振荡器的输出接到后一个振荡器的复位端，后一个振荡器的输出接到扬声器上。

这样，只有当前一个振荡器输出高电平时，才驱动后一个振荡器振荡,扬声器发声；而前一个振荡器输出低电平时，导致后面振荡器复位并停止震荡,此时扬声器无音频输出。

因此从扬声器中听到间歇式的"呜......呜"声响。

2.电压——频率转换器：
由555定时器构成的多谐振荡器中，若定时器控制输入端（5脚）不经电容接地，而是外加一个可变的电压源，则通过调节该电压源的值，可以改变定时器触发电位和阀值电位的大小。

外加电压越大，振荡器输出脉冲周期越大，即频率越低；外加电压越小，振荡器输出脉冲周期越小，即频率越高。

这样，多谐振荡器就实现了将输入电压大小转换成输出频率高低的电压—频率转换器的功能。