555定时器是一种多用途的数字模拟混合集成电路。用它可方便地构成施密特触发器(Trigger)、单稳态触发器和多谐振荡器。555定时器使用灵活、方便,因而得到了广泛应用。
555定时器的电路结构如图所示。C1和C2为两个电压比较器,其功能是如果“+”输入端电压v+大于“-”输入端电压v-,即v+>v-时,则比较器输出vc为高电平(vc=1),反之输出vc为低电平(vc=0)。比较器C1参考电压v1+(VREF1)=2/3Vcc,比较器C2的参考电压v2-(VREF2)=1/3Vcc。如果v1+(VREF1)的外接端vco接固定电压Vco,则v1+(VREF1)=vco,v2-(VREF2)=1/2Vco。与非门G1和G2构成基本触发器。其中输入/R为置0端,低电平有效。比较器C1和比较器C2的输出vc1、vc2为触发信号。三极管TD是集电极开路输出三极管,为外接电容提供充、放电回路,称为泄放三极管。反相器G3为输出缓冲反相器,起整形和提高带负载能力的作用。
将高触发端TH和低触发端TR连接在一起,上述的555功能表变为如下功能表。
由于555定时器使用灵活、方便,所以在波形变换与产生、测量与控制、家用电器、电子玩具等领域得到了广泛的应用。
(1)构成施密特触发器,用于TTL系统的接口,整形电路或脉冲鉴幅等;
(2)构成多谐振荡器,组成信号产生电路;
(3)构成单稳态触发器,用于定时延时整形及一些定时开关中。
555定时器产品有TTL型和CMOS型两类。TTL型产品型号的三位都是555,CMOS型产品的四位都是7555,它们的逻辑功能和外部引线排列完全相同。
双极性与CMOS型555定时器性能比较:两者有相同的引脚排列,互相兼容,功能相同,可以互换,但应注意使用上的差异。
电路结构与工作原理:
当第5脚接直流电压VI时,则VT+=VI,VT-=1/2VI。因此改变电压控制端CO(5脚)的电压可改变回差电压。一般电压控制端CO越高,ΔU越大,抗干扰能力越强,但灵敏度相应降低。
不使用5脚时,可悬空;也可接0.01uF的电容,旁路高频干扰。
形成回差原因:
由于C1与C2的参考电压不同,因而基本RS-FF的置0信号和置1信号必然发生在输入信号vi的不同电平。从而形成了电压传输回差。
单稳态触发器只有一个稳态状态。在未加触发信号之前,触发器处于稳定状态,经触发后,触发器由稳定状态翻转为暂稳状态,暂稳状态保持一段时间后,又会自动翻转回原来的稳定状态。单稳态触发器一般用于延时和脉冲整形电路。
单稳态触发器电路的构成形式很多。图(a)所示为用555定时器构成的单稳态触发器,R、C为外接元件,触发脉冲u1由2端输入。5端不用时一般通过0.01uF电容接地,以防干扰。下面对照图(b)进行分析。
(1) 稳态
接通电源后,经R给电容C充电,当uc上升到大于时,基本RS触发器复位,输出u0=0。同时,晶体管T导通,使电容C放电。此后uc<,若不加触发信号,即u1>,则u0保持0状态。电路将一直处于这一稳定状态。
(2) 暂稳态
在t=t1瞬间,2端输入一个负脉冲,即u1<,基本RS触发器置1,输出为高电平,并使晶体管T截止,电路进入暂稳态。此后,电源又经R向C充电,充电时间常数=RC,电容的电压 按指数规律上升。
在t=t2时刻,触发负脉冲消失(u1>),若uc<,则/RD=1,/SD=1,基本RS触发器保持原状态,u0仍为高电平。
在t=t3时刻,当uc上升略高于时,/RD=0,/SD=1,基本RS触发器复位,输出u0=0,回到初始稳态。同时,晶体管T导通,电容C通过T迅速放电直至uc为0。这时/RD=1,/SD=1,电路为下次翻转做好了准备。
输出脉冲宽度tp为暂稳态的持续时间,即电容C的电压从0充至所需的时间。由得
由上式可知:
① 改变R、C的值,可改变输出脉冲宽度,从而可以用于定时控制。
② 在R、C的值一定时,输出脉冲的幅度和宽度是一定的,利用这一特性可对边沿不陡、幅度不齐的波形进行整形。