555定時(shí)器電路分析及其應(yīng)用

555定時(shí)器的工作原理

555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的集成電路，廣泛應(yīng)用于定時(shí)、脈沖產(chǎn)生等場(chǎng)合。其工作原理主要基于內(nèi)部三個(gè)主要部分：兩個(gè)比較器、一個(gè)放電開(kāi)關(guān)和一個(gè)輸出緩沖器。

一、內(nèi)部構(gòu)成

1. 比較器：555定時(shí)器內(nèi)部包含兩個(gè)獨(dú)立且對(duì)稱(chēng)的電壓比較器。它們負(fù)責(zé)接收不同電壓并比較，從而控制輸出狀態(tài)。

2. 放電開(kāi)關(guān)：此開(kāi)關(guān)負(fù)責(zé)控制輸出引腳的狀態(tài)，當(dāng)需要放電時(shí)，會(huì)通過(guò)此開(kāi)關(guān)連接到地線(xiàn)。

3. 輸出緩沖器：負(fù)責(zé)輸出穩(wěn)定的脈沖信號(hào)，以確保定時(shí)器產(chǎn)生的脈沖穩(wěn)定可靠。

二、工作原理簡(jiǎn)述

當(dāng)電源接通時(shí)，555定時(shí)器開(kāi)始工作。通過(guò)外部電路設(shè)置兩個(gè)比較器的參考電壓，決定定時(shí)的時(shí)間長(zhǎng)短。內(nèi)部電容器開(kāi)始充電或放電，取決于比較器的輸出狀態(tài)。一旦電容器達(dá)到某個(gè)特定的電壓閾值，比較器會(huì)改變狀態(tài)，從而觸發(fā)內(nèi)部邏輯電路和輸出緩沖器產(chǎn)生脈沖信號(hào)。這個(gè)過(guò)程持續(xù)進(jìn)行，產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖序列。

三、詳細(xì)解釋工作流程

1. 電源供電后，內(nèi)部電容器開(kāi)始充電或放電。這個(gè)過(guò)程中涉及到放電開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)改變。

2. 當(dāng)電容器電壓達(dá)到第一個(gè)比較器的閾值電壓時(shí)，比較器輸出發(fā)生變化，這一變化會(huì)觸發(fā)內(nèi)部邏輯電路。

3. 內(nèi)部邏輯電路根據(jù)比較器的輸出進(jìn)行運(yùn)算和處理，最終控制輸出緩沖器產(chǎn)生脈沖信號(hào)。這些脈沖信號(hào)可以是連續(xù)的或定時(shí)發(fā)生的，取決于外部電路的設(shè)置和定時(shí)器的工作模式。定時(shí)周期由外部電阻和電容器的時(shí)間常數(shù)決定。放電過(guò)程也受到比較器輸出控制的影響。這一系列的工作過(guò)程保證了定時(shí)器的穩(wěn)定和可靠運(yùn)行。綜上所述，基于其內(nèi)部的這些工作組件和邏輯控制過(guò)程共同協(xié)作下完成脈沖定時(shí)任務(wù)等核心功能使其成為十分有用的集成元件廣泛應(yīng)用于電子系統(tǒng)之中。

555定時(shí)振蕩器也就是通常所說(shuō)的555定時(shí)器。555定時(shí)器的用途非常廣泛，可以生成各種類(lèi)型的脈沖、創(chuàng)建時(shí)間延遲，也可以用于脈沖寬度調(diào)制(PWM)，555定時(shí)器最常見(jiàn)的用途是為電路產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。

大家都普遍認(rèn)為555定時(shí)器這個(gè)名字是因?yàn)橛?個(gè)5KkΩ電阻，但實(shí)際上555定時(shí)器的發(fā)明者Hans Camenzind在有一次采訪(fǎng)中說(shuō)：這名字是他的一位同事隨意取的。這是不是和我們以為的不一樣。

555 定時(shí)器電路是一種眾所周知的多功能集成電路(IC)，可用于電子領(lǐng)域的許多定時(shí)和脈沖生成應(yīng)用。自 Signetics 于 1972 年推出以來(lái)，555 定時(shí)器集成電路(IC) 一直是電氣設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)元件。

555定時(shí)器電路的工作模式

555 定時(shí)器可以在單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)模式下運(yùn)行。每種模式都有其特定的功能：

· 單穩(wěn)態(tài)模式： 單穩(wěn)態(tài)電路類(lèi)似于在一種狀態(tài)(高或低)下工作，但可以在電阻電容 (RC) 電路控制的一段時(shí)間內(nèi)被迫控制相反的狀態(tài)。這是單穩(wěn)態(tài)模式下 555 定時(shí)器的示意圖：

555定時(shí)器的引腳2通過(guò)電阻R2保持為高電平，但在它瞬間變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，周期開(kāi)始，并且在一段時(shí)間內(nèi)，引腳3上的輸出變?yōu)楦唠娖剑@由電位器R1和電容器C3確定。為了估計(jì)引腳 3 變?yōu)楦唠娖降臅r(shí)間，將使用以下公式：

t = 1.1 * R1 * C3

當(dāng)該周期結(jié)束時(shí)，引腳 3 再次變?yōu)榈碗娖健．?dāng)引腳 3 為高電平時(shí)，引腳 2 會(huì)立即變?yōu)榈碗娖剑绻_ 2 保持低電平的時(shí)間超過(guò) t，則引腳 3 將保持高電平，直到引腳 2 再次變?yōu)楦唠娖?。單穩(wěn)態(tài)電路對(duì)于消除不穩(wěn)定長(zhǎng)度的脈沖具有建設(shè)性作用，以使其達(dá)到顯著的長(zhǎng)度，例如防盜警報(bào)振動(dòng)探測(cè)器中的脈沖結(jié)構(gòu)或瞬時(shí)按鈕電路。

· 雙穩(wěn)態(tài)模式： 雙穩(wěn)態(tài)電路具有兩種狀態(tài)之一：一種打開(kāi)，另一種關(guān)閉。雙穩(wěn)態(tài)電路主要用于存儲(chǔ)單元和觸發(fā)器電路。雙穩(wěn)態(tài)模式下 555 定時(shí)器設(shè)置的示意圖如下：

值得注意的是，如果引腳 2 為低電平，則引腳 3 在啟動(dòng)時(shí)將為高電平。

· A-穩(wěn)定模式： 在A-穩(wěn)定模式下，555 定時(shí)器的工作方式類(lèi)似于方波振蕩器。單個(gè)電容器和可變電阻器可以在相當(dāng)大的頻率范圍內(nèi)受到控制。占空比也可以很好地調(diào)整。a-stable 模式下 555 定時(shí)器連接示意圖如下：

電阻器 R1、R2 和 C3 為關(guān)閉和開(kāi)啟時(shí)間段供電。這兩個(gè)時(shí)間段共同設(shè)置輸出方波的頻率。

在a穩(wěn)定電路中，可以使用下面給出的兩個(gè)方程獨(dú)立設(shè)置寬度：

o周期 (T) = 0.7 * (R1+2R2) * C3

o 頻率 = 1/T

這將影響占空比和脈沖頻率。555定時(shí)器電路由電阻網(wǎng)絡(luò)、SR觸發(fā)器、放電晶體管和兩個(gè)分壓器組成。為了使定時(shí)設(shè)置符合預(yù)期的操作模式，將電阻器和電容器等外部組件連接到 555 定時(shí)器的引腳。

簡(jiǎn)而言之，555定時(shí)器的適應(yīng)性和易用性使其在一系列電子項(xiàng)目和應(yīng)用中得到廣泛使用。由于其引腳排列和可用性，它是從事電子電路和項(xiàng)目的專(zhuān)業(yè)人士和學(xué)生的首選組件。該電路以每天的時(shí)間間隔命令 LED 或任何輸出設(shè)備打開(kāi)和關(guān)閉。LED 連續(xù)命令之間的時(shí)間間隔可以通過(guò)利用電位計(jì)來(lái)調(diào)節(jié)。

項(xiàng)目：帶有 555 定時(shí)器電路的 LED 閃光燈

以下是所需的組件：

· 555定時(shí)器IC

· LED 或任何輸出設(shè)備

· 10uF電容

· 電阻：100K、1K、220R

· 面包板

· 很少的面包板連接器

· (5-12)V電源

· 電位器(可選)

· 繼電器模塊(可選)

電路原理圖

電阻器 R1 和 R2 以及電容器 C1 為閃爍速率提供動(dòng)力。電容器 C1 和電阻器 R1 決定 LED 的開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)間，而電阻器 R2 只負(fù)責(zé)開(kāi)啟時(shí)間。

電路圖中顯示了一種可調(diào)節(jié)雙 LED 閃光燈，它使用電位器來(lái)修改閃爍速度，如下所示：

· 該電路如何工作?

1. 如果觸發(fā)引腳(555 定時(shí)器 IC 的引腳 2)檢測(cè)到任何低于電源電壓 1/3 的電壓，則會(huì)打開(kāi)輸出。

2. 如果閾值引腳(555 定時(shí)器 IC 的引腳 6)檢測(cè)到任何電壓超過(guò)電源電壓的 2/3，則會(huì)關(guān)閉輸出。

3. 每當(dāng) 555 定時(shí)器 IC 的輸出處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，放電引腳(Pin-7)充當(dāng)接地/負(fù)軌，即內(nèi)部連接到 0V

4. 電源剛上電后，電容(C1)處于放電狀態(tài)，因此Pin-2 電壓為0V。

5. 由于該電壓小于電源電壓的 1/3，因此輸出打開(kāi)。

6. 同時(shí)，Pin-7 將在內(nèi)部與 0V 斷開(kāi)，因此電容器開(kāi)始通過(guò)電阻器 R1 和 R2 充電。

7. 在電容器 (C1) 兩端的電壓超過(guò)電源電壓的 2/3 后，引腳 6 立即檢測(cè)到該電壓并關(guān)閉輸出。

8. 同時(shí)，Pin-7 將在內(nèi)部重新連接至 0V，從而導(dǎo)致電容器通過(guò)電阻器 R1 放電。

9. 一旦電容器兩端的電壓降至電源電壓的 1/3 以下，Pin-2 將打開(kāi)輸出，整個(gè)循環(huán)一次又一次地重復(fù)。

應(yīng)用領(lǐng)域

555定時(shí)器是數(shù)字電子中廣泛使用的最重要的集成電路(芯片)。555定時(shí)器IC的一些常見(jiàn)用途和應(yīng)用如下：

· 所有類(lèi)型車(chē)輛和自行車(chē)的轉(zhuǎn)向指示器電路。

· 內(nèi)置頻閃燈/SoS 信號(hào)電路(發(fā)出有人處于危險(xiǎn)或需要幫助的信號(hào))。控制雨刷器電機(jī)并產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

· 汽車(chē)用指示燈(采用繼電器版的閃爍LED電路)。

· 作為需要定時(shí)脈沖的應(yīng)用的輸入。例如：在使用 4017 和 4026 IC 的計(jì)數(shù)器電路中。

· PWM(脈沖寬度調(diào)制)和 PPM(脈沖位置調(diào)制)

· 占空比振蕩器

· 燈調(diào)光器

· 提供準(zhǔn)確的時(shí)間延遲

· 作為觸發(fā)器元件

· 數(shù)字邏輯探頭

· 模擬頻率計(jì)

· 四定時(shí)器應(yīng)用

· 脈沖、波形和方波生成

· 步進(jìn)音調(diào)和突發(fā)音調(diào)發(fā)生器以及線(xiàn)性斜坡生成

· 轉(zhuǎn)速表和溫度測(cè)量

· 可用作單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器和非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器

· DC-DC 轉(zhuǎn)換器

· 直流穩(wěn)壓器

· 電壓頻率轉(zhuǎn)換器

· 分頻器

· 施密特觸發(fā)器

· 電纜測(cè)試儀

· 脈沖檢測(cè)器

· 雨刷速度控制

· 定時(shí)開(kāi)關(guān)機(jī)

· 延時(shí)產(chǎn)生、精密計(jì)時(shí)和順序計(jì)時(shí)

結(jié)論

許多有趣的電子電路和項(xiàng)目都使用555 定時(shí)器 IC，包括交通燈電路、LED 閃爍電路、警笛、LED 骰子、音樂(lè)盒、金屬探測(cè)器、操縱桿和游戲手柄、低成本線(xiàn)路接收器、拍手開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、還有很多。