555定時(shí)器(Timer)因內(nèi)部有3個(gè)5K歐姆分壓電阻而得名,是一種多用途的模數(shù)混合集成電路,它能方便地組成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器與多諧振蕩器,而且成本低,性能可靠,在各種領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。
其原理框圖如下圖所示:
其中,第2腳TRIG(Trigger)為外部低電平信號(hào)觸發(fā)端,第5腳為CONT(Control)為電壓控制端,可通過外接電壓來改變內(nèi)部兩個(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓,不使用時(shí)應(yīng)將該引腳串入0.01u電容接地以防止干擾。第6腳THRES(Threshold)為高電平觸發(fā)端,第7腳DISCH(Discharge)為放電端,與內(nèi)部放電三極管的集電極相連,用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。
555定時(shí)器最基本的功能就是定時(shí),實(shí)質(zhì)為一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,即外加信號(hào)一旦到來后,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以產(chǎn)生時(shí)間可控制的脈沖寬度,這個(gè)脈沖的寬度就是我們需要的定時(shí)時(shí)間。為更方便地描述555定時(shí)器的原理,我們首先用下圖所示電路來仿真一下單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路:
該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路是負(fù)脈沖觸發(fā),因此我們設(shè)置周期為50ms,而高電平寬度為49ms,亦即負(fù)脈沖(低電平)寬度為1ms,仿真波形如下圖所示:
從波形圖上可以看到,每來一個(gè)負(fù)脈沖(低電平)信號(hào)(橙色),則電路輸出固定寬度的脈沖(藍(lán)色),此電路的輸出脈沖寬度由電阻R1與電容C1決定,約為1.1R1C1(即1.1×1×10=11ms),我們將細(xì)節(jié)部分放大后測量一下輸出的實(shí)際數(shù)據(jù),如下圖所示:
仿真輸出脈沖寬度約為11.0347ms,與理論值非常接近。為了更進(jìn)一步分析電路的工作原理,我們用四通道示波器來跟蹤如下圖所示的三個(gè)信號(hào)波形:
其波形如下圖所示:
與之前的波形是一樣的,只不過加入了THR與DIS引腳(連接在一起的)的波形,我們將其中一部分放大如下圖所示:
555芯片內(nèi)部的三個(gè)5K電阻將5V直流電源電壓,其中2/3(約3.3V)供給比較器CMP1的同相端,1/3(約1.6V)供給比較器CMP2的反相端。比較器CMP1的反相端經(jīng)過電容C1接地,在電路剛剛上電時(shí),由于電容C1兩端的電壓不能突變,反相端的電壓比同相端低,因此比較器CMP1輸出高電平H(由于RS觸發(fā)器是數(shù)字邏輯,因此后級(jí)電路按高電平H與低電平L來區(qū)別)。而對于比較器CMP2,同相端默認(rèn)電平是高電平(負(fù)脈沖觸發(fā)),比反相端電壓1.6V高,因此,比較器CMP2輸出也為高電平H。
由于R=H,S=H,RS觸發(fā)器處于狀態(tài)保持,我們假設(shè)555定時(shí)芯片處于復(fù)位狀態(tài),此時(shí)觸發(fā)器輸出為高電平H(也可以是低電平,最后的結(jié)果是一樣的),經(jīng)過一個(gè)反相器NOT后,則電路輸出為低電平L,其狀態(tài)如下圖所示:
另一方面觸發(fā)器輸出的高電平H使三極管Q1飽和導(dǎo)通,此時(shí)第7腳DISCH被拉為低電平L(相當(dāng)于電容C1處于放電狀態(tài)),這個(gè)引腳同時(shí)與比較器CMP1的反相端同電位,維持比較器CMP1輸出為H,此時(shí)電路為穩(wěn)定狀態(tài),且輸出為低電平關(guān)注電子制作站dzzzzcn,在這個(gè)寂寞的黑夜里,一邊靜靜地等待著外部觸發(fā)信號(hào)的到來,一邊欣賞著點(diǎn)點(diǎn)繁星的夜色,如下圖所示:
如果外部觸發(fā)(低電平)信號(hào)一直沒有到來,則電路一直保持輸出為低電平L,波形如下圖所示:
皇天不負(fù)有心人,終于等到了期待已久的負(fù)電平觸發(fā)脈沖,比較器CMP2的同相端電壓低于反相端電壓而輸出低電平L,由于R=H,S=L,RS觸發(fā)器處于置位狀態(tài)輸出低電平L,一方面經(jīng)反相器NOT輸出高電平H,另一方面使三極管Q1截止,此時(shí)直流5V電源通過電阻R1對電容C1充電,第6腳THRESHOLD電位開始上升,如下圖所示:
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觸發(fā)器
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555定時(shí)器
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原文標(biāo)題:圖文并茂分析電路:555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路
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