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1、555时基集成电路原理及应用1 555时基电路的特点555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。但后来经 过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检 测。此外，还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、 频率变换、脉冲调制等。由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子 产品中，555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管 以及缓冲器等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体，如图1所示。图1 555集成电路内部结构图咆8)图1 555集成电路内部
2、结构图555集成电路是8脚封装，双列直插型，如图2(A)所示，按输入输出的排列可看成如图 2(B)所示。其中6脚称阈值端(TH)，是上比较器的输入；2脚称触发端(TR)，是下比较器的输 入；3脚是输出端(Vo)，它有O和1两种状态，由输入端所加的电平决定；7脚是放电端(DIS)， 它是内部放电管的输出，有悬空和接地两种状态，也是由输入端的状态决定；4脚是复位端 (MR)，加上低电平时可使输出为低电平；5脚是控制电压端(Vc)，可用它改变上下触发电平值; 8脚是电源端，1脚是地端。图2 555集成电路封装图我们也可以把555电路等效成一个带放电开关的R-S触发器，如图3(A)所示，这个特殊 的触
3、发器有两个输入端：阈值端(TH)可看成是置零端R，要求高电平，触发端(TR)可看成是 置位端S，要求低电平，有一个输出端Vo, Vo可等效成触发器的Q端，放电端(DIS)可看成 是由内部放电开关控制的一个接点，由触发器的Q端控制：Q=1时DIS端接地，Q=0时DIS 端悬空。另外还有复位端MR，控制电压端Vc，电源端VDD和 地端GND。这个特殊的触发器有两个特点:两个输入端的触发电平要求一高一低，置零端R即阈值端(TH)要求高电平，而置位端s即触发端(TR测要求低电乎；两个输入端的触发电平使输出发生翻转的阈值电压值也不同，当V c端不接控制电压可见改变控制端的控制电压值就可以改变上下触时，对
4、TH(R)端来讲，2/3VDD是高电平1,2/3VDD是低电平0：而对TR(S)端来讲，1/3VDD 是高电平1，1/3VDD是低电平0。如果在控制端(Vc)上控制电压Vc时，这时上触发电平就 变成Vc值，下触发电平就变成1/2Vc值 发电平值。它的功能表见图3(B)所示。图3 555电路等效RS触发器555集成电路有双极型和CMOS型两种。CMOS型的优点是功耗低、电源电压低、输入 阻抗高，但输出功率较小，输出驱动电流只有几毫安。双极型的优点是输出功率大，驱动电 流达200毫安，其他指标则不如CMOS型的。555的应用电路很多，只要改变555集成电路的外部附加电路，就可以构成几百种应用 电路
5、，大体上可分为555单稳、555双稳及555无稳(即振荡器)三类。2 555单稳电路单稳电路有一个稳态和一个暂稳态，是利用电容的充放电形成暂稳态的，因此它的输入 端都带有定时电阻和定时电容，常见的555单稳电路有两种：1)人工启动型将555电路的6、2脚并接起来接在RC定时电路上，在定时电容CT，两端接按钮开关 SB，就成为人工启动型555单稳电路，如图4(a)所示，用等效触发器替代555，并略去与单 稳工作无关的部分后见图4(b)所示，下面分析它的工作原理：稳态：接上电源后，电容CT很快充电到VDD，从图4(b)看到，触发器输入R=1，S=1， 从功能表看到输出Vo=0，这是它的稳态。暂稳态
6、：按下开关SB，CT上电荷很快放到零，相当于触发器输入R=0，S=0，输出立即 翻转成Vo=l，暂稳态开始。开关放开后，电源又向CT充电，经过时间TD后，CT上电压上 升到02/3VDD时，输出又翻转成Vo=O,暂稳态结束。TD就是单稳电路的定时时间或延时时间，它和定时电阻RT和定时电容CT的值有关：TD=1.1RTCT。图4人工启动型555单稳电路2)脉冲启动型将555电路的6、7脚并接起来接在定时电容CT上，用2脚作输入就成为脉冲启动型 单稳电路，如图5(a)所示，电路的2脚平时接高电平，当输入接低电平或输入负脉冲时才启 动电路，用等效触发器替代555后见图5 6)所示，下面分析它的工作原
7、理：稳态：接上电源后，R=1，S=1，输出Vo=0，DIS端接地，CT上的电压为0即R=0，输出 仍保持Vo=0，这是它的稳态。暂稳态：输入负脉冲后，输入S=0，输出立即翻转成Vo=1，DIS端开路，电源通过RT 向CT充电，暂稳态开始。经过时间TD后，CT上电压上升到2/3VDD时，输入又成为R=1， S=1，这时负脉冲已经消失，输出又翻转成Vo=0，暂稳态结束。这时内部放电开关接通，DIS 端接地，CT上电荷很快放到零，为下一次定时控制作准备。电路的定时时间TD=1.1RTCT。这两种单稳电路常用作定时延时控制。图5脉冲启动型单稳电路3 555双稳电路常见的555双稳电路有两种：1)R-S
8、触发器型双稳将555电路的6、2脚作为两个控制输入端，7端不用，就成为一个R-S触发器。注意 两个输入端的触发电平和阈值电压不同，如图6(a)所示，有时可能只有一个控制端，这时另 外一个控制端要设法接死，根据电路要求可以把R端接到电源端，如图6(b)所示，也可以把S接地，用R端作输入。有两个输入端的双稳电路常用作电机调速、电源上下限告警等用途。有一个输入端的双 稳电路作为单端比较器用于各种检测电路。图6 555构成R-S触发器2)施密特触发器型双稳将555电路的6、2脚并接起来接成只有一个输入端的触发器，如图7(a)所示，这个触 发器输出电压和输入电压的关系是一个长方形的回线形，如图7(b)所
9、示，从曲线可知，当输 入V1=0时输出Vo=1，当输入电压从0上升到2/3VDD后，Vo翻转成0，当输入电压从最高 值下降至01/3VDD后，Vo又翻转成1。由于它的输入有两个不同的阈值电压，所以，这种电 路常用于电子开关，各种控制电路、波形的变换和整形，如图8所示。图7 555构成施密特触发器图8波形的变换和整形4 555无稳电路(振荡器)由555定时器构成的多谐振荡器如图9(a)所示，其工作波形见图9(b)。接通电源后，电源VDD通过R1和R2对电容C充电，当UcC3)用途:同3. 3. 1无稳电路的输入端一般都有两个振荡电阻和一个振荡电容。只有一个振荡电阻的可以认 为是特例。例如：3.1
10、.2单元可以认为是省略RA的结果。有时会遇上7.6.2三端并联，只有 一个电阻RA的无稳电路，这时可把它看成是3.2.1单元电路省掉RB后的变形。以上归纳了 555的3类8种18个单元电路，虽然它们不可能包罗所有555应用电路， 古话讲：万变不离其中，相信它对我们理解大多数555电路还是很有帮助的。各种应用电路555触摸定时开关集成电路IC1是一片555定时电路，在这里接成单稳态电路。平时由于触摸片P端无感 应电压，电容C1通过555第7脚放电完毕，第3脚输出为低电平，继电器KS释放，电灯不 亮。当需要开灯时，用手触碰一下金属片P,人体感应的杂波信号电压由C2加至555的触 发端，使555的输
11、出由低变成高电平，继电器KS吸合，电灯点亮。同时，555第7脚内部 截止，电源便通过R1给C1充电，这就是定时的开始。当电容C1上电压上升至电源电压的2/3时，555第7脚道通使C1放电，使第3脚输出 由高电平变回到低电平，继电器释放，电灯熄灭，定时结束。定时长短由R1、C1决定：T1=1.1R1*C1。按图中所标数值，定时时间约为4分钟。D1 可选用 1N4148 或 1N4001。相片曝光定时器附图电路是用555单稳电路制成的相片曝光定时器。用人工启动式单稳电路。工作原理：电源接通后，定时器进入稳态。此时定时电容CT的电压为：VCT=VCC=6V。 对555这个等效触发器来讲，两个输入都是
12、高电平，即VS=0。继电器KA不吸合，常开点是 打开的，曝光照明灯HL不亮。SB |lOOiiF .01按一下按钮开关SB之后，定时电容CT立即放到电压为零。于是此时555电路等效触发 的输入成为：R=0、S=0，它的输出就成高电平：V0=1。继电器KA吸动，常开接点闭合，曝 光照明灯点亮。按钮开关按一下后立即放开，于是电源电压就通过RT向电容CT充电，暂稳 态开始。当电容CT上的电压升到2/3VCC既4伏时，定时时间已到，555等效电路触发器的 输入为：R=1、S=1，于是输出又翻转成低电平：V0=0。继电器KA释放，曝光灯HL熄灭。 暂稳态结束，有恢复到稳态。曝光时间计算公式为：T=1.1
13、RT*CT。本电路提供参数的延时时间约为1秒2分钟，可 由电位器RP调整和设置。电路中的继电器必需选用吸合电流不应大于30mA的产品，并应根据负载（HL）的容量 大小选择继电器触点容量。单电源变双电源电路附图电路中，时基电路555接成无稳态电路，3脚输出频率为20KHz、占空比为1： 1 的方波。3脚为高电平时，C4被充电；低电平时，C3被充电。由于VD1、VD2的存在，C3、 C4在电路中只充电不放电，充电最大值为EC，将B端接地，在A、C两端就得到+/-EC的双 电源。本电路输出电流超过50mA。VB2 2AF2AE*2简易催眠器时基电路555构成一个极低频振荡器，输出一个个短的脉冲，使扬
14、声器发出类似雨滴的 声音（见附图）。扬声器采用2英寸、8欧姆小型动圈式。雨滴声的速度可以通过100K电位 器来调节到合适的程度。如果在电源端增加一简单的定时开关，则可以在使用者进入梦乡后及时切断电源。直流电机调速控制电路这是一个占空比可调的脉冲振荡器。电机M是用它的输出脉冲驱动的，脉冲占空比越 大，电机电驱电流就越小，转速减慢；脉冲占空比越小，电机电驱电流就越大，转速加快。 因此调节电位器RP的数值可以调整电机的速度。如电极电驱电流不大于200mA时，可用 CB555直接驱动；如电流大于200mA，应增加驱动级和功放级。图中VD3是续流二极管。在功放管截止期间为电驱电流提供通路，既保证电驱电流
15、的 连续性，又防止电驱线圈的自感反电动势损坏功放管。电容C2和电阻R3是补偿网络，它 可使负载呈电阻性。整个电路的脉冲频率选在35千赫之间。频率太低电机会抖动，太高时 因占空比范围小使电机调速范围减小。SauAR236K36KC5470uF用555制作的D类放大器我们知道D类放大器具有体积小、效率高的特点。这里介绍一个用555电路制作的简 易D类放大器。它是利用555电路构成一个可控的多谐振荡器，音频信号输入到控制端得到调宽脉冲信号（如图），基本能满足一般的听音要求。由IC 555和R1、R2、C1等组成100KHz可控多谐振荡器，占空比为50%，控制端5脚 输入音频信号，3脚便得到脉宽与输入
16、信号幅值成正比的脉冲信号，经L、C3接调、滤波后 推动扬声器。风扇周波调速电路夏天要来了，电风扇又得派上用场。这里介绍一个电风扇模拟阵风周波调速电路，可以 为将我们家里的老式风扇增加一个实用功能，也算是一个迎接夏天到来的准备吧。下面介绍 其工作原理。1VWX2VHI一一言uF 巨4-14町2_ FMOC3061圈lb电路见图1a。电路中NE555接成占空比可调的方波发生器，调节RW可改变占空比。 在NE555的3脚输出高电平期间，过零通断型光电耦合器MOC3061初级得到约10mA正向 工作电流，使内部硅化镓红外线发射二极管发射红外光，将过零检测器中光敏双向开关于市 电过零时导通，接通电风扇电
17、机电源，风扇运转送风。在NE555的3脚输出低电平期间， 双向开关关断，风扇停转。MOC3061本身具有一定驱动能力，可不加功率驱动元件而直接利用MOC3061的内部双 向开关来控制电风扇电机的运转。RW为占空比调节电位器，亦即电风扇单位时间内（本电 路数据约为20秒）送风时间的调节，改变C2的取值或RW的取值可改变控制周期。图1b电路为MOC3061的典型功率扩展电路，在控制功率较大的电机时，应考虑使用 功率扩展电路。制作时，可参考图示参数选择器件。由于电源采用电容压降方式，请自制时 注意安全，人体不能直接触摸电路板。电热毯温控器一般电热毯有高温、低温两档。使用时，拨在高温档，入睡后总被热醒
18、；拨在低温档， 有时醒来会觉得温度不够。这里介绍一种电热毯温控器，它可以把电热毯的温度控制在一个 合适的范围。C1 ,68uF/400V IN4007*2工作原理：电路如图所示。图中IC为NE555时基电路。RP3为温控调节电位器，其滑动臂电位决 定IC的触发电位V2和阀电位Vf，且V5=Vf=2Vz。220V交流电压经C1、R1限流降压，D1、 D2整流、C2滤波，DW稳压后，获得9V左右的电压供IC用。室温下接通电源，因已调V2Vz, V63Vf时，IC翻转，3脚变为低电平，BCR截止，电热丝停止发热，温度开始逐渐下降，BG1 的ICEO随之逐渐减小，V2、V6降低。当V6元件选择：BG1
19、可选用3AX、3AG等PNP型错管；BCR用400V以上的小型双向可控硅，其它元件 按图标选用。制作要点：热敏传感器BG1可用耐温的细软线引出，并将其连同管脚接头装入。一电容器铝壳内， 注入导热硅脂，制成温度探头。使用时，把该温度探头放在适当部位即可。多用途延迟开关电源插座家用电器、照明灯等电源的开或关，常常需要在不同的时间延迟后进行，本电源插座即可满足这种不同的需要。工作原理：电路如图所示，它由降压、整流、滤波及延时控制电路等部分组成。按下AN，12V工作电压加至延迟器上，这时NE555的脚和脚为高电平，则NE555 的脚输出为低电平，因此继电器K得电工作，触点K1-1向上吸合，这时“延关”
20、插座得 电，而“延开”插座无电。这时电源通过电容器C3、电位器RP、电阻器R3至“地”，对C3进行充电，随着C3 上的电压升高，NE555的、脚的电压越来越往下降，当此电压下降至2/3Vcc时，NE555的脚输出由低电平跳变为高电平，这时继电器将失电而不工作，则其控制触点恢复原位， 则“延关”插座失电，而“延开”插座得电。就这样满足了不同的需求，LED、LED2作相应 的指示。本电路只要元器件是好的，装配无误，装好即可正常工作。延时时间由C3及PR+R3的值决定，TO1.1C3(PR+R3)。RP指有效部分。C3可用数十pF 至1000p F的电容器，(PR+R3)的值可取2K10MQ。C1的
21、耐压值应3400V，R1的功率应32W，AN按钮开关可选用K-18型的，继电器的型 号为JQX-13F-12V。其它元器件无特殊要求。新颖实用的直流低压稳压电源开关电源部分的VD1 VD4、R1、C1、C2组成整流滤波电路。NE555和R2、R3、C4、 VD6等元件组成多谐振荡电路，其频率约20KHz。R4、C3、VD5组成降压稳压电路，为NE555 提供12V工作电源。大功率管VT1及变压器T构成开关电路。VT1的工作状态由NE555的 脚控制，导通时间由脉冲宽度决定，调整R3即可改变脉冲宽度。脉冲宽度变宽，输出电 压升高；脉冲宽度变窄，输出电压降低。VT2及R8、R9、C6组成过流保护电路。当负载过 重或发生短路故障时，VT2导通，强迫NE555复位停振，从而保护VT1不致损坏。C7、R10 为保护网络，防止VT1的c-e结被瞬间脉冲击穿。两个次级绕组经整流滤波后分别输出20V 及 12V。为了使制作简单，开关电源设计成不能自动稳压的，其功能类似于变压器，只是实现轻 型化的隔离降压作用，稳压功能由后面的稳压电路实现。12V直流电压经7805稳压后输出 +5V电压；20V直流电压送至可调稳压电路。两者不共地，以便于进行加减组合输出多种电 压。
