一種時基電路的工作模式及應(yīng)用

吳益輝

【摘要】定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面.本文介紹了一種時基電路的結(jié)構(gòu)和工作原理，重點(diǎn)討論了該時基電路的幾種基本工作模式，列舉了該時基電路在電子、電器等領(lǐng)域中的應(yīng)用實例。

【關(guān)鍵詞】時基電路;定時器;原理基礎(chǔ);應(yīng)用

1.引言

定時器是一種將模擬電路和數(shù)字電路集成于一體的電子元器件，其電路功能全，適用范圍廣。只要在外部配上幾個適當(dāng)?shù)淖枞菰?，就可?gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路、多諧振蕩器以及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生電路。定時器電路可用作振蕩器、脈沖發(fā)生器、延時發(fā)生器、方波方生器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)振蕩器等等。時基電路在工業(yè)自動控制、檢測、定時、報警、電子玩具、計算機(jī)等方面應(yīng)用非常廣泛。本文介紹的555定時器電路包括雙極型和CMOS型兩種，雙極型的電源電壓UDD=+5V～+15V，輸出的最大電流可達(dá)200mA，CMOS型的電源電壓為+3V～+18V，能直接驅(qū)動小型電機(jī)、繼電器和低阻抗揚(yáng)聲器。一般說來，在要求定時長、功耗小、負(fù)載輕的場合，宜選用CMOS型的555。而在負(fù)載重、要求驅(qū)動電流大、電壓高的場合，宜選用雙極型的555。

2.555時基電路的基本工作模式

555時基電路的應(yīng)用十分廣泛，用它可以輕易組成各種性能穩(wěn)定實用電路，但無論電路如何變化，若將這些實用電路按其工作原理歸納分類，但最基本的應(yīng)用或稱基本工作模式只有三種：多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器。下面介紹這3種基本應(yīng)用電路及其工作波形和計算公式。

圖1 單穩(wěn)態(tài)電路的電路圖和波形圖

2.1 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

電路如圖2所示，接通電源→電容C充電（至2/3UDD）→RS觸發(fā)器置0→UO=0，T導(dǎo)通，C放電，此時電路處于穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)②加入Vi<1/3UDD時，RS觸發(fā)器置“1”，輸出UO=1，使T截止。電容C開始充電，按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)電容C充電到2/3UDD時，比較器A1翻轉(zhuǎn)，使輸出UO=0。此時T又重新導(dǎo)通，C很快放電，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，為下一個觸發(fā)脈沖的到來作好準(zhǔn)備。其中輸出UO脈沖的持續(xù)時間t1=1.1RC，一般取R=1kΩ--10MΩ，C>1000PF。

2.2 多諧振蕩器

電路由555定時器和外接元件R1、R2、C構(gòu)成多諧振蕩器，腳②和腳⑥直接相連。電路無穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，亦不需外加觸發(fā)信號，即可產(chǎn)生振蕩。電源接通后，UDD通過電阻R1、R2向電容C充電。當(dāng)電容上電UC=2/3UDD時，閥值輸入端⑥受到觸發(fā)，比較器A1翻轉(zhuǎn)，輸出電壓UO=0，同時放電管T導(dǎo)通，電容C通過R2放電;當(dāng)電容上電壓UC=1/3UDD，比較器A2工作，輸出電壓UO變?yōu)楦唠娖健放電終止、又重新開始充電，周而復(fù)始，形成振蕩。電容C在1/3UDD～2/3UDD之間充電和放電，其波形圖見圖3。555電路要求R1、R2均應(yīng)大于或等于1kΩ，而R1+R2應(yīng)小于或等于3.3MΩ。

充電時間常數(shù)：

放電時間常數(shù)：

振蕩周期：

振蕩頻率：

輸出方波占空比：

圖2 多諧振蕩器的電路圖和波形圖

2.3 施密特觸發(fā)器

電路如圖3所示，US為正弦波，經(jīng)D半波整流到555定時器的②腳和⑥腳，當(dāng)Ui上升到2/3UDD時，UO從1→0;Ui下降到1/3UDD時，UO又從0→1。電路的電壓傳輸特性如圖4所示。其中：

上限閾值電平：

下限閾值電平：

回差電壓：ΔU=1/3UDD

圖3 施密特觸發(fā)器的電路圖和電壓傳輸特性

3.555時基電路應(yīng)用舉例

應(yīng)用555時基電路的不同工作模式，可以組成不同的應(yīng)用電路，下面給出2個基于555時基電路設(shè)計的簡單而實用的具體實例。

3.1 簡易全自動充電電路

如圖4所示，555時基電路在這里是作為比較電壓開關(guān)電路使用的。與充電負(fù)載電池組并聯(lián)的兩個電阻網(wǎng)絡(luò)，對電池上的充電電壓進(jìn)行采樣，一路送至555的觸發(fā)端2腳，一路送至閥值電壓端6腳，用以改變555基片內(nèi)部的兩個比較器的基準(zhǔn)電壓。當(dāng)電池上電壓低于2腳預(yù)先調(diào)定的電壓時，555電路翻轉(zhuǎn)，輸出端3腳為約10V的高電平，相當(dāng)于打開充電閘門，通過R5、D1對電池充電;電池充電電壓一旦充到6腳預(yù)先調(diào)定的電壓，555電路復(fù)位，輸出端3腳為低電平，充電停止。二極管D1是防止電池向555電路放電;R5用于對555的輸出電流進(jìn)行限流，因為雙極型555電路最大輸出電流為200mA，防止損壞555電路。Dw用于對5腳進(jìn)行穩(wěn)壓。

圖4 簡易全自動充電電路

3.2 直流電機(jī)調(diào)速控制電路

這是一個占空比可調(diào)的脈沖振蕩器。電機(jī)M是用它的輸出脈沖驅(qū)動的，脈沖占空比越大，電機(jī)電驅(qū)電流就越小，轉(zhuǎn)速減慢;脈沖占空比越小，電機(jī)電驅(qū)電流就越大，轉(zhuǎn)速加快。因此調(diào)節(jié)電位器RP的數(shù)值可以調(diào)整電機(jī)的速度。如電極電驅(qū)電流不大于200mA時，可用CB555直接驅(qū)動;如電流大于200mA，應(yīng)增加驅(qū)動級和功放級。

圖5中VD3是續(xù)流二極管，在功放管截止期間為電驅(qū)電流提供通路，既保證電驅(qū)電流的連續(xù)性，又防止電驅(qū)線圈的自感反電動勢損壞功放管。電容C2和電阻R3是補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，它可使負(fù)載呈電阻性。整個電路的脈沖頻率選在3～5kHZ之間。頻率太低電機(jī)會抖動，太高時因占空比范圍小使電機(jī)調(diào)速范圍減小。

圖5 直流電機(jī)調(diào)速控制電路圖

4.結(jié)束語

555定時器是一種中規(guī)模集成電路，功能強(qiáng)大，只要在外部配上適當(dāng)阻容元件，就可以方便地構(gòu)成各種脈沖產(chǎn)生和整形電路，例如多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等。通過分析由555定時器構(gòu)成的三種典型電路的組成、工作原理、元器件選擇等，以供電子愛好者設(shè)計時作為參考。

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