555定时器应用技巧解析

555定时器的应用非常广泛，它主要有三种基本应用电路：施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器.

1.施密特触发器

施密特触发器是数字系统中的常用电路，主要用于波形转换、整形以及幅度鉴别.

（1）电压传输特性.

图8-22（a）所示为施密特触发器的电压传输特性.按曲线中所标箭头方向观察可见：当输入电压由小到大达到或超过正向阈值电压UT＋时，输出由高电平翻转为低电平；反之，输入电压由大到小，达到或小于负向阈值电压UT-时，输出由低电平翻转为高电平.也有输出状态与上述相反的电路，其电压传输特性如图8-22（c）所示．图8-22（b）为施密特触发器的逻辑符号．

图8-22　施密特触发器的电压传输特性及逻辑符号

由传输特性可见，使电路由高电平翻转为低电平和由低电平翻转到高电平所需要的触发电压不同，这种现象称为回差.回差电压为：正向阈值电压UT＋与负向阈值电压UT-之差，即ΔUT=UT＋-UT-，回差电压的存在可以大大提高电路的抗干扰能力.

（2）电路组成.

由555定时器构成的施密特触发器电路如图8-23（a）所示，6脚和2脚相连作为信号的输入端.

（3）工作原理.

设输入信号为正弦波，其幅度大于555定时器的基准电压UDD，工作波形如图8-23（b）所示.由表8-12知：

图8-23　由555定时器构成的施密特触发器电路及波形图

由上述分析可知，施密特触发器的正向阈值电压为UDD，负向阈值电压为UDD，回差电压为

如果在CO端加入控制电压UCO，则可通过调节其大小来达到调节UT＋、UT-和ΔUT的目的，则

当施密特触发器输入一定时，其输出可以保持为“0”或“1”两个稳定状态，所以施密特触发器属于双稳态电路.

（4）施密特触发器的应用.

①波形的变换与整形.

由图8-23可见，利用施密特触发器可以将输入的正弦波变换为矩形波.用同样的方法进行分析，它还可以将三角波、锯齿波以及其他各种周期性的不规则波形变换为矩形波（只要输入信号的幅度大于555定时器的基准电压）.

矩形脉冲在传输过程中往往会因受到外界干扰而发生畸变，利用施密特触发器的回差现象，适当地调整正负阈值电压，就可以获得比较满意的矩形脉冲，如图8-24所示.

②幅度鉴别.

在图8-25所示波形中，输入信号为一串幅度不同的脉冲，当它们通过施密特触发器时，只有幅度大于UT＋的脉冲才会在输出端产生输出信号.调节UT＋就能鉴别出幅度不同的脉冲.

图8-24　施密特触发器用于脉冲整形

图8-25　施密特触发器用于幅度鉴别

③产生方波.

图8-26（a）所示是利用施密特触发器产生方波的电路.设接通电源瞬间，电容C上的电压为0V，施密特触发器输出uo为高电平.此时输出uo通过电阻R对C充电，当充至uC≥UT＋时，施密特触发器发生翻转，输出为低电平.此时C开始放电，当放到uC≤UT-时，电路又发生翻转，输出为高电平.如此反复，形成振荡.其工作波形如图8-26（b）所示.

图8-26　用施密特触发器产生方波

2.单稳态触发器

单稳态触发器有一个稳态和一个暂稳态.无外加触发脉冲时，电路保持稳态；在外加触发脉冲作用下，电路由稳态进入暂稳态；维持一段时间后，电路又自动返回稳态.暂稳态维持时间的长短取决于电路中阻容元件的参数，而与外加触发脉冲无关.

单稳态电路广泛用于脉冲的整形、定时、延时等场合.

（1）电路组成.

电路如图8-27（a）所示，6脚和7脚相连并与外接定时元件R、C连接，2脚接输入触发信号.

图8-27　由555定时器构成的单稳态触发器电路及波形图

（2）工作原理.

①稳态：当单稳态触发器未加输入脉冲时，ui为高电平，即UDD.接通直流电源UDD后，电容器C经电阻R充电.当uC上升至UDD时，输出为“0”，内部放电管VT导通，电容C通过放电管迅速放电，直到uC=0.此时，因UTH＜UDD，电路保持原稳态“0”不变.

②触发翻转：当单稳态触发器加入负脉冲时，则输出由“0”翻转为“1”.VT管截止，定时开始.

③暂稳态：经过一个负脉冲宽度时间，负脉冲消失，ui恢复为高电平，即UDD.因VT管截 止，电源经R对C充 电，UTH（=uC）按 指数规律上升.当UTH=uC＜UDD时，维持“1”态不变，这一阶段电路处于暂稳态.

④自动返回：当UTH=uC上升到UDD时，电路由暂稳态“1”自动返回稳态“0”，VT管由截止变为导通，电容C放电，定时结束.

下一个触发脉冲到来时，电路重复上述过程.工作波形如图8-27（b）所示.

暂稳态持续时间又称输出脉冲宽度，也就是电容C充电的时间，利用三要素法可求得(www.xing528.com)

可见脉冲宽度与R、C有关，而与输入信号无关，调节R和C可改变输出脉冲宽度.

（3）单稳态触发器的应用.

①脉冲定时.

图8-28　单稳电路的脉冲定时

由于单稳态电路能产生宽度为tW可调的矩形脉冲，所以利用该脉冲可以实现电路的定时开关或控制一些电路的动作.图8-28所示是利用单稳态实现的定时电路.在输入ui下降沿触发下，单稳态电路产生脉冲定时信号uB，只有在tW的时间内，信号uA才能通过“与”门输出，从而达到定时的目的.

②脉冲延时.

若单稳态电路输入触发脉冲为负脉冲，输出为正脉冲，则输出脉冲的下降沿比触发脉冲的下降沿在时间上延迟tW，这样，若用输出下降沿去控制其他电路，就比直接用输入触发脉冲控制延迟了tW，从而实现了延时控制，波形如图8-29所示.

图8-29　单稳电路的脉冲延时

图8-30　单稳电路的脉冲整形

③脉冲整形.

将外形不规则的脉冲作触发脉冲，经单稳输出，可获得规则的脉冲波形输出，波形如图8-30所示.

3.多谐振荡器

多谐振荡器是一种产生矩形波的自激振荡器.它只有两个暂稳态，又称无稳态电路.由于矩形脉冲波是由基波和许多高次谐波组成的，故称为多谐振荡器.

（1）电路组成.

电路如图8-31（a）所示，图中R1、R2、C为外接定时元件，其余部分与施密特触发器相同.

图8-31　由555定时器构成的多谐振荡器电路及波形图

（2）工作原理.，则OUT=“1”，电路为第一暂稳态，内部放电管VT截止，电源UDD经R1、R2对电容C充电，电

假设电容C初始电压为零，在接通直流电源UDD瞬间，容电压逐渐上升.当uC达到UDD时，输出由“1”跳变为“0”，电路进入第二暂稳态，同时VT管导通，使电容C通过R2及VT管放电，uC下降.当uC下降至UDD时，输出又由“0”跳变为“1”，电路又回到第一暂稳态，同时VT管截止，C又重新充电.以后不断重复上述过程，形成振荡，从而获得如图8-31（b）所示的矩形波.其中：

电容充电时间t1=（R1＋R2）C ln2≈0．7（R1＋R2）C

电容放电时间t2=R2C ln2≈0．7R2C

（3）改进电路.

在图8-31（a）所示电路中，无论改变R1或R2，只能产生占空比大于0．5的矩形波.在改变占空比同时，振荡频率也将改变.如果改变占空比时，要求振荡频率不变，可将电路改成如图8-32所示的形式.利用V1、V2管的单向导电性，将电路的充电、放电回路分开，充电回路为UDD→R1→V2→C→地，放电回路为C→V1→R2→放电管VT→地，并可用电位器调节占空比.其中：

图8-32　占空比可调的多谐振荡器

4.555定时器的应用

如图8-33所示为楼道节电灯电路，其中由555定时器与R1、R2、C1组成了单稳态延时电路.按一下SB，由于2脚接地，使555定时器输出高电平，继电器KA吸合，其常开触头闭合，电灯HL亮.同时电源通过R1对C1充电，当C1电压升至UDD时，555定时器输出为低电平，KA释放，灯自灭.灯点亮时间即为单稳态电路的暂稳时间（tW=1．1R1C1），按图示参数，tW约为2分钟.调整R1、C1可调整电路的延迟时间.

图8-33　节电灯电路

1.触发器

触发器是能够存储一位二进制数字信号的基本单元，它有0和1两种稳定状态.常用的触发器有RS触发器、JK触发器、D触发器和T触发器，它们都能够接收、保存和输出信号．

2.时序逻辑电路

时序逻辑电路是以触发器为基本单元的逻辑电路，它具有记忆功能，其输出不仅取决于电路当时的输入状态，而且还与原状态有关.

3.计数器

计数器是一种累计输入脉冲个数的逻辑部件.在数字电路中，用于计数、分频、定时及程序控制等.按进制可分为二进制、十进制和任意进制计数器；按计数的数值增减趋势，可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器；按计数时触发器的状态转换与计数脉冲是否同步，可分为同步计数器和异步计数器.

4.寄存器

寄存器是用来存放数据和运算结果的时序逻辑电路，按功能不同，可分为数码寄存器和移位寄存器两种.

5.555定时器

555定时器是一种多用途的中规模单片集成电路，有TTL型和CMOS型两种.555定时器广泛用于波形产生与变换、控制与检测以及家用电器等领域，它主要有三种基本应用电路，即施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器.