555定時(shí)器的典型電路及其實(shí)際應(yīng)用

鄒 嵐

(上海食品科技學(xué)校)

555定時(shí)器的典型電路及其實(shí)際應(yīng)用

鄒 嵐

(上海食品科技學(xué)校)

介紹555定時(shí)器的結(jié)構(gòu)與工作原理，對(duì)比分析由555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器和多諧振蕩器3種典型電路，舉例分析了555定時(shí)器的實(shí)際應(yīng)用。

555定時(shí)器 典型電路 實(shí)際應(yīng)用

555定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，它將模擬功能與邏輯功能結(jié)合在同一個(gè)芯片上，既能作為定時(shí)器使用，又能作為振蕩器使用。只需外接少量的阻容元件，就能方便地構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器及多諧振蕩器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。555定時(shí)器在自動(dòng)檢測(cè)與控制、儀器儀表、信號(hào)產(chǎn)生與變換、定時(shí)和報(bào)警及家用電器等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，備受電子專業(yè)設(shè)計(jì)人員的青睞。

1 555定時(shí)器的結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 基本結(jié)構(gòu)

555定時(shí)器電路(圖1)主要包括兩個(gè)電壓比較器、一個(gè)基本RS觸發(fā)器、一個(gè)放電開(kāi)關(guān)管和3個(gè)5kΩ電阻(串聯(lián)構(gòu)成分壓器，為電壓比較器提供參考電壓)。其功能見(jiàn)表1。

圖1 555定時(shí)器電路

表1 555定時(shí)器功能

555定時(shí)器外部共8個(gè)引腳，各引腳作用見(jiàn)表2。

表2 555定時(shí)器各引腳作用

1.2 工作原理

555定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)電壓比較器決定，兩個(gè)電壓比較器的輸出電壓控制 RS觸發(fā)器和放電管VT的狀態(tài)。其中，3個(gè)5kΩ電阻在電源電壓VCC和接地之間構(gòu)成分壓器，當(dāng)控制電壓輸入端CO懸空時(shí)，電壓比較器A1的同相輸入端參考電壓為2VCC/3，A2的反相輸入端參考電壓為VCC/3[1]。

表3 555定時(shí)器邏輯功能

2 555定時(shí)器的典型電路

在555定時(shí)器的外部配上適當(dāng)?shù)淖枞菰梢詷?gòu)成各種應(yīng)用電路。

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路如圖2所示。引腳2作為信號(hào)輸入端，引腳6、7相連后連接定時(shí)元件R、C。工作過(guò)程(圖3)為：接通電源，在沒(méi)有躍變觸發(fā)信號(hào)時(shí)，U0=0，UC=0；當(dāng)UI有躍變觸發(fā)信號(hào)(UI

圖2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路

圖3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形

施密特觸發(fā)器電路如圖4所示。引腳2與引腳6相連，作為信號(hào)輸入端。工作過(guò)程(圖5)為：接通電源，輸入信號(hào)UI逐漸升高，當(dāng)UI

圖4 施密特觸發(fā)器電路

圖5 施密特觸發(fā)器波形

多諧振蕩器電路如圖6所示。引腳2與引腳6相連，外接元件R1、R2、C。工作過(guò)程(圖7)為：接通電源，電容C初始值為0，U0=1，VT截止，電源通過(guò)電阻R1和R2對(duì)電容C充電，UC上升，充電時(shí)間T=(R1+R2)C；當(dāng)UC≥2VCC/3時(shí)，U0=0，VT導(dǎo)通，C放電，放電時(shí)間T=R2C；當(dāng)VCC/3≤UC<2VCC/3時(shí)，U0=0；當(dāng)UC

圖6 多諧振蕩器電路

圖7 多諧振蕩器波形

3 555定時(shí)器的實(shí)際應(yīng)用

3.1 節(jié)電燈電路

在樓梯、走廊及過(guò)道等公共場(chǎng)所，人們大多做短暫停留或經(jīng)過(guò)，不需要長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)亮電燈，為了節(jié)約電能，通常使用節(jié)電燈電路，在提供一段時(shí)間的照明后自動(dòng)關(guān)閉電燈。節(jié)電燈電路如圖8所示，555定時(shí)器與R1、R2、C1組成單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路，其持續(xù)時(shí)間Tpo=1.1R1C1，可以通過(guò)R1和C1設(shè)置持續(xù)時(shí)間[3]。節(jié)電燈電路工作流程如圖9所示。選用的主要元件有雙極型555、電磁式繼電器HG-4098、硅開(kāi)關(guān)二極管1N4148、電解電容(C1)CD11-10V-100μF、瓷介質(zhì)電容(C2)CT1-63V-0.01μF、R1(1MΩ)、R2(1MΩ)和EL電燈(60W)。

圖8 節(jié)電燈電路

3.2 簡(jiǎn)易汽車發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器電路

3.2.1 交流發(fā)電機(jī)的工作原理

汽車交流發(fā)電機(jī)主要由轉(zhuǎn)子、定子、整流器和端蓋組成。交流發(fā)電機(jī)作為汽車的主要電源，其功能是在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)(怠速以上)，向所有用電設(shè)備(起動(dòng)機(jī)除外)供電，同時(shí)向蓄電池充電。當(dāng)外電路通過(guò)電刷使勵(lì)磁繞組通電時(shí)，便產(chǎn)生磁場(chǎng)，使爪極被磁化為N極和S極。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁通交替地在定子繞組中變化，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，定子的三相繞組中產(chǎn)生交變的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使交流發(fā)電機(jī)發(fā)電。二極管整流電路將交流電整流為直流電。交流發(fā)電機(jī)配裝的電壓調(diào)節(jié)器，對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出電壓進(jìn)行調(diào)控，使之保持基本恒定。

圖9 節(jié)電燈電路工作流程

3.2.2 簡(jiǎn)易汽車交流發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器電路與工作過(guò)程

通過(guò)555定時(shí)器的置位、復(fù)位功能，使交流發(fā)電機(jī)輸出電壓升高、降低，實(shí)現(xiàn)交流發(fā)電機(jī)輸出電壓恒定的目的。簡(jiǎn)易汽車發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器電路如圖10所示。555定時(shí)器的引腳6接電阻R2，使其內(nèi)部電壓比較器A1的同相端接高電平2VDD/3，這決定了電壓調(diào)節(jié)器的上限值。R1和穩(wěn)壓二極管VDZ組成+6V的穩(wěn)壓支路，作為定時(shí)器的基本基準(zhǔn)電壓UR；引腳2接R3、R4兩個(gè)分壓電阻，使電壓調(diào)節(jié)器的下限值VDD/3在4V左右。具體的工作流程如圖11所示。

圖10 簡(jiǎn)易汽車交流發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器電路

圖11 簡(jiǎn)易汽車交流發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器工作流程

由于發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組是一個(gè)大電感器L，其勵(lì)磁電流是逐漸增大或減小的，因此輸出電壓也是逐漸增大或減小的，從而使電壓調(diào)節(jié)過(guò)程如此反復(fù)工作，使交流發(fā)電機(jī)輸出電壓穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，以滿足汽車用電設(shè)備的穩(wěn)定使用。

3.3 數(shù)字計(jì)時(shí)器電路

在智力搶答、體育比賽等競(jìng)賽場(chǎng)合，需要讀數(shù)準(zhǔn)確、直觀且有暫停功能的數(shù)字計(jì)時(shí)器。數(shù)字計(jì)時(shí)器電路如圖12所示，555定時(shí)器與R1、RP1、C1等組成無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧振蕩電路，將S1、S2閉合，555定時(shí)器工作。引腳3輸出端連接至光電耦合器4N25，隔離輸出連接至838計(jì)算器(顯示終端)的“=”鍵。若要暫停，按下“CE”鍵或S2，計(jì)時(shí)停止。振蕩頻率f=1.443/(R1+RP1)C1，調(diào)節(jié)RP1使頻率為1Hz。選用的主要元件有電阻R1(30kΩ)、R2(100Ω)、R3(100Ω)、R4(4.3kΩ)、可調(diào)電阻RP1(47kΩ)、電解電容(C1)CA-16V-22μF、瓷介質(zhì)電容(C2)CT1-63V-0.01μF、晶體管型光電耦合器(IC2)4N25和EL-838計(jì)算器。

圖12 數(shù)字計(jì)時(shí)器電路

4 結(jié)束語(yǔ)

555定時(shí)器憑借它性能可靠、使用靈活、穩(wěn)定性好的優(yōu)勢(shì)，成為數(shù)字電路中常用的時(shí)基電路之一。以單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器和多諧振蕩器3種典型應(yīng)用電路作為單元電路，可以設(shè)計(jì)成各種構(gòu)思奇巧、新穎實(shí)用的常用電路，因此555定時(shí)器具有巨大的應(yīng)用潛力。

[1] 周良權(quán),方向喬.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,1994:257～271.

[2] 陳永甫.多功能集成電路555經(jīng)典應(yīng)用實(shí)例[M].北京:電子工業(yè)出版社,2011.

[3] Paul S,Simon M,著,夏建生,王仲奕,劉曉暉,等,譯.實(shí)用電子元器件與電路基礎(chǔ)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2014:524～529.

TypicalCircuitof555TimerandItsApplication

ZOU Lan
(ShanghaiFoodTechnologySchool)

Both structure and working principle of 555 timer were introduced and three typical circuits of the 555 timer-based monostable trigger, Schmidt trigger and multivibrator were comparatively analyzed, including the 555 timer’s application.

555 timer, typical circuit, practical application

TH714.8

B

1000-3932(2017)04-0406-05

2016-12-23，

2017-03-01)

鄒嵐(1981-)，講師，從事電工電子技術(shù)的研究，79538644@qq.com。