555定时器的电路解析.pptx

555定时器定时器一、结构框图（双极型）一、结构框图（双极型）555定时器的得名：内部有定时器的得名：内部有3个个5K欧姆的电阻欧姆的电阻分压器，故得名。分压器，故得名。555定时器可产生精确的时间延定时器可产生精确的时间延迟和振荡。迟和振荡。对于比较器对于比较器C1与与C2，其，其输入、输出有如下关系：输入、输出有如下关系：当当u+u-时，输出时，输出 uo为为高电平高电平1。当当u+u-时，输出时，输出 uo为为低电平低电平0。集电极开路的放电管集电极开路的放电管V、输出、输出UO=0时，时，V导通，输出导通，输出UO=1时，时，V截止。截止。相当于一个受控电子开关。相当于一个受控电子开关。1 1、模拟功能部件、模拟功能部件 （1 1）、电阻分压器）、电阻分压器 V VCCCC经个经个K K欧姆的电阻分压后，提供基准电压：当不外接固定电压欧姆的电阻分压后，提供基准电压：当不外接固定电压C-VC-V时，时，U UR1R1=2/3V=2/3VDDDD,U,UR2R2=VDD/3/3；当外接固定电压；当外接固定电压U U时，时，U UR1R1=U,U=U,UR2R2=U/2/2 （2 2）、电压比较器）、电压比较器C1C1和和C2C21 1TH2/3VTH2/3VDDDD 、VDD/3/3时，输出时，输出u uo1o1=1=1，u uo2o2=0=0，Q=0 =Q=0 =。2TH 2/3VDD、VDD/3时，输出时，输出uo1=0，uo2=1，Q=1 =0。3TH 2/3VDD、VDD/3时，时，uo1=0，uo2=0，Q、状态维持不变。状态维持不变。（3 3）为直接置为直接置0端，低电平有效。端，低电平有效。（4 4）集电极开路的放电管）集电极开路的放电管V V、输出、输出U UO O=0=0时，时，V V导通，输出导通，输出U UO O=1=1时，时，V V截止。截止。相当于一个受控电子开关。相当于一个受控电子开关。二、逻辑功能二、逻辑功能 1TH2/3VDD、VDD/3时，输出时，输出uo1=1，uo2=0，Q=0 =。2TH 2/3VDD、VDD/3时，输出时，输出uo1=0，uo2=1，Q=1 =0。555定时器组成施密特触发器定时器组成施密特触发器二、工作原理二、工作原理（一）、上升过程（一）、上升过程 1、UI1/3VDD时，时，U01=1、U02=0、Q=1、=0、UO=UOH。2、1/3VDDUI2/3VDD时，时，由于由于 TH 2/3VDD、VDD/3时，时，Uo1=0、Uo2=0，基本，基本RS触发器保持原状态不变，触发器保持原状态不变，UO=UOH。一、电路结构一、电路结构 将定时器将定时器5G555的的TH输入端和输入端和 输入端连在一起，作为触发信号输入端连在一起，作为触发信号UI的输入端，的输入端，并从并从OUT端取出，便构成了一个反相输出的施密特触发器。端取出，便构成了一个反相输出的施密特触发器。3、UI2/3VDD时，时，Uo1=0、Uo2=1、=0、Q=1，UO由由UOHUOL，即，即UO=0。当当UI上升到上升到2/3VCC时，电路的输出状态发生跃变。时，电路的输出状态发生跃变。4 4、U UI I再增大时，对电路的输出状态没有影响。再增大时，对电路的输出状态没有影响。（二）、下降过程（二）、下降过程 1、UI由高电平逐渐下降，且由高电平逐渐下降，且1/3VDDUI2/3VDD时，时，Uo1=0、Uo2=0。基本基本RS触发器保持原状态不变。即触发器保持原状态不变。即 =0、Q=1，输出，输出UO=UOL 2、当输入、当输入UI1/3VCC时，时，Uo1=1、Uo2=0、Q=1、=0，输出，输出UO由由UOLUOH。当当UI下降到下降到1/3VCC时，电路输出状态又发生另一次跃变时，电路输出状态又发生另一次跃变 UOH UOL。（三）、回差电压（三）、回差电压 UT=UT+UT-=1/3VCC（四）、电压传输特性（四）、电压传输特性 电路具有反相输出特性电路具有反相输出特性施密特触发器的应用举例施密特触发器的应用举例1.波波形形变变换换将将缓缓慢慢变变化化的的输输入入信信号号（模模拟拟信信号号），转转换换成成为符合为符合TTL系统要求的脉冲波形（数字信号）。系统要求的脉冲波形（数字信号）。2.用作整形电路用作整形电路把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。把不规则的输入信号整形成为矩形脉冲。输入输入输出输出VT+VT-3.用用于于脉脉冲冲鉴鉴幅幅从从一一系系列列幅幅度度不不同同的的脉脉冲冲信信号号中中，选出那些幅度大于选出那些幅度大于VT+的输入脉冲。的输入脉冲。工作特点：第一，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；第二，在外加脉冲作用下，触发器能从稳态翻转到暂稳态；第三，在暂稳态维持一段时间后，将自动返回稳态，暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与外加触发信号无关。例：楼道的路灯。5.2 5.2 单稳态触发器单稳态触发器 用用555定时器组成单稳态触发器定时器组成单稳态触发器一、电路结构一、电路结构（一）（一）电路组成及工作原理电路组成及工作原理（3）暂稳态的维持时间）暂稳态的维持时间 uI由由0开始增大（开始增大（uo=1），三极管），三极管V截止，截止，VDD经经R向向C充电，定时开始。时间常数充电，定时开始。时间常数1=RC.在在vDD上升到上升到2/3VDD之前，之前，R=0，S=0，uo=1。电路保持电路保持暂稳态不变。暂稳态不变。(1)稳态：稳态：uI为高电平，为高电平，VDD通过通过R对对C充电，使充电，使uC上升，当上升，当uC上廾到上廾到2/3 V VDDDD时，触发器置时，触发器置0，即，即Q=0，放电管，放电管V导通，电容通过放电管迅速放电。直到导通，电容通过放电管迅速放电。直到uC=0。一旦放电管。一旦放电管V导通，导通，C被旁路，无法再充电，这时电路处于稳定状被旁路，无法再充电，这时电路处于稳定状态。这时时态。这时时uI=1，R=0，S=0，uo为低电平。为低电平。（2）触发翻转：当输入端加入负脉冲（宽度应）触发翻转：当输入端加入负脉冲（宽度应小于脉宽小于脉宽tpo）,即即 端端1/3VDD则则S=1（R=0），），触发器翻转触发器翻转1态，输出态，输出uo为高电平。为高电平。Q=1，这时，这时uI=0，R=0，S=1，uo=1。单稳态触发器单稳态触发器有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作用下，由稳态翻转到有一个稳态和一个暂稳态；在触发脉冲作用下，由稳态翻转到暂稳态；暂稳状态维持一段时间后，自动返回到稳态。暂稳态；暂稳状态维持一段时间后，自动返回到稳态。三三.单稳态触发器单稳态触发器（5）恢恢复复过过程程当当暂暂稳稳态态结结束束后后，C通通过过饱饱和和导导通通的的T放放电电，时时间间常常数数 2=RCESC，由于，由于RCES很小，所以放电很快。很小，所以放电很快。C放电完毕，恢复过程结束。放电完毕，恢复过程结束。（4）自动返回时间）自动返回时间当当uC上升至上升至2/3VDD时，时，uO变变0，V导通放电，定时结束，暂稳态导通放电，定时结束，暂稳态结束。结束。uI=1，R=1，S=0，uo=0。主要参数估算主要参数估算（3）最高工作频率）最高工作频率fmax vI周期的最小值：周期的最小值：Tmin=tWtre 最高工作频率最高工作频率:TTW(1)输出脉冲宽度输出脉冲宽度Tw（2 2）恢复时间）恢复时间t tre re tre=（35）2 用集成门电路构成的单稳态触发器用集成门电路构成的单稳态触发器 1.电路组成及工作原理 暂稳态是靠RC电路的充放电过程来维持的。由于图示电路的RC电路接成微分电路形式，故该电路又称为微分型单稳态触发器。集成门电路构成的单稳态触发器 使电路迅速变为使电路迅速变为G G1 1导通、导通、G G2 2截止的状态，此时，电路截止的状态，此时，电路处于处于u uO1O1=U=UOLOL、u uO O=u uO2O2=U=UOHOH的状态。的状态。然而这一状态是不能长久保持的，故称为暂稳态。然而这一状态是不能长久保持的，故称为暂稳态。（2 2）外加触发信号，电路翻转到暂稳态。）外加触发信号，电路翻转到暂稳态。当当u uI I从从0 0变变1 1时，时，u uO1O1则从则从1 1变为变为0 0（有有1 1出出0 0），经过电容），经过电容C C耦合，耦合，使使u uI2I2产生负跳变，产生负跳变，G G2 2输出输出u uO O 由由0 0变变1 1 ；u uO O的正跳变反馈到的正跳变反馈到G G1 1输入输入端，从而导致如下正反馈过程：端，从而导致如下正反馈过程：（1 1）输入信号输入信号u uI I为为0 0时，电路处时，电路处于稳态。于稳态。u uI2I2=V=VDDDD(高电平高电平1 1)，u uO O=U=UOLOL=0=0，u uO1O1U UOH OH=V=VDDDD（全全0 0出出1 1）。）。（3）电容C充电，电路由暂稳态自动返回稳态。在暂稳态期间，在暂稳态期间，V VDDDD经经R R对对C C充电，使充电，使u uI2I2上升。当上升。当u uI2I2上升达上升达到到G G2 2的的U UTHTH时（此时时（此时uI=0），电路会发生如下正反馈过程：），电路会发生如下正反馈过程：使电路迅速由暂稳态返使电路迅速由暂稳态返回稳态，回稳态，u uO1O1=U=UOH OH（全全0 0出出1 1）。）。u uO O=U=UOLOL。从暂稳态自动返回稳态之后，电容从暂稳态自动返回稳态之后，电容C C将通过电阻将通过电阻R R放电，放电，使电容上的电压恢复到稳态时的初始值。使电容上的电压恢复到稳态时的初始值。单稳态触发器工作波形 2.主要参数 （1 1）输出脉冲宽度）输出脉冲宽度t tw w 输出脉冲宽度输出脉冲宽度t tw w，就是暂稳态的维持时间。，就是暂稳态的维持时间。t tw w 0.7RC0.7RC （2 2）恢复时间恢复时间t trere 暂稳态结束后，电路需要一段时间恢复到初始状态。暂稳态结束后，电路需要一段时间恢复到初始状态。一般，恢复时间一般，恢复时间t trere为（为（35)35)倍放电时间常数（通常放电时间倍放电时间常数（通常放电时间常数远小于常数远小于RCRC）。）。设触发信号的时间间隔为T，为了使单稳态触发器能够正常工作，应当满足Ttw+tre的条件，即Tmin=tw+tre。因此，单稳态触发器的最高工作频率为 fmax=1/Tmin=1/（tw+tre）在使用微分型单稳态触发器时，输入触发脉冲uI的宽度tw1应小于输出脉冲的宽度tw，即tw1tw，否则电路不能正常工作。如出现tw1tw的情况时，可在触发信号源uI和G1输入端之间接入一个RC微分电路。3.对输入触发脉冲宽度的要求对输入触发脉冲宽度的要求 （3）最高工作频率fmax（或最小工作周期Tmin）5.2.25.2.2 集成单稳态触发器及其应用集成单稳态触发器及其应用 用集成门电路构成的单稳态触发器虽然电路简单，但输出脉冲宽度的稳定性较差，调节范围小，而且触发方式单一。因此实际应用中常采用集成单稳态触发器。1.输入脉冲触发方式 上升沿触发下降沿触发 2.不可重复触发型与可重复触发型 图图（a）为为不不可可重重复复型型触触发发单稳态触发器单稳态触发器该该电电路路在在触触发发进进入入暂暂稳稳态态期期间间如如再再次次受受到到触触发发，对对原原暂暂稳稳态态时时间间没没有有影影响响，输输出出脉脉冲冲宽宽度度tw仍仍从从第第一一次次触触发发开开始计算始计算。图图（b）为为可可重重复复触触发发型型单单稳稳态态触发器触发器 该该电电路路在在触触发发进进入入暂暂稳稳态态期期间间如如再再次次被被触触发发，则则输输出出脉脉冲冲宽宽度度可可在在此此前前暂暂稳稳态态时时间间的的基基础础上上再展宽再展宽tw。因因此此，采采用用可可重重复复触触发发单单稳稳态态触触发发器器时时能能比比较较方方便便地地得得到到持持续续时时间间更更长长的的输出脉冲宽度。输出脉冲宽度。3.TTL集成单稳态触发器电路74121的功能及其应用7412174121是是一一种种不不可可重重复复触触发发的的单单稳稳态态触触发发器器，它它既既可可采采用用上上升升沿沿触触发发，又可采用下降沿触发，其内部还设有定时电阻又可采用下降沿触发，其内部还设有定时电阻R Rintint(约为约为2k)2k)。74121电路的功能表 74121的电路符号 外接定时元件引脚 内部电阻引脚 功能：（1）触发方式：74121应用电路应用电路（2）定时元件接法：输出脉冲uO的宽度：tw 0.7RCext外接电容Cext一般取值范围为10 pF10F，在要求不高的情况下最大值可达1000F。图图(a)：外接电阻：外接电阻R=Rext（1.440k）。）。图图(b)：用内部电阻：用内部电阻RRint(约为约为2k)。4.单稳态触发器的应用 （1）.脉冲延时单稳态触发器的主要应用是整形、定时和延时。单稳电路的延时作用 如果需要延迟脉冲的触发时间，可利用单稳电路来实现。uO的下降沿比的下降沿比uI的下降沿延迟了的下降沿延迟了tw的时间。的时间。（2）.脉冲定时 单稳态触发器能够产生一定宽度tw的矩形脉冲，利用这个脉冲去控制某一电路，则可使它在tw时间内动作(或者不动作)。脉冲定时7.4.4 用用555定时器组成多谐振荡器定时器组成多谐振荡器一、电路结构一、电路结构 将放电管将放电管V集电极经集电极经R1接到接到VCC上，便组成了一个反相器。其输出上，便组成了一个反相器。其输出DIS端对地接端对地接R2、C积分电路，积分电容积分电路，积分电容C再接再接TH和和TR端便组成了如图端便组成了如图5.5.7所示的多谐振荡器。所示的多谐振荡器。R1、R2和和C为定时元件。为定时元件。二、工作原理二、工作原理 1、接通电源、接通电源VCC后，后，VCC经电阻经电阻R1和和R2对电容对电容C充电，其电压充电，其电压UC由由0按指数规律上升。按指数规律上升。当当UC2/3VCC时，电压比较器时，电压比较器C1和和C2的输出分别为的输出分别为UC1=0、UC2=1，基本，基本RS触发器被置触发器被置0，Q=0、Q=1输出输出UO跃到低电平跃到低电平UOL。与此同时，。与此同时，放电管放电管V导通，导通，电容电容C经电阻经电阻R1和和R2放电管放电管V放电，电路放电，电路进入暂稳态。进入暂稳态。2、随着电容、随着电容C的放电，的放电，UC随之下降随之下降 当当UC下降到下降到UC2/3VCC时，则电压比较器时，则电压比较器C1和和C2的输出为的输出为UC1=1、UC2=0，基本，基本RS触发器被置触发器被置1，Q=1、Q=0，输出，输出UO由低由低电平电平UOL跃到高电平跃到高电平UOH，同时，放电管，同时，放电管V截止，电源截止，电源VCC又经电又经电阻阻R1和和R2对电容对电容C充电，电路又返回到前一个暂稳态。充电，电路又返回到前一个暂稳态。3、这样，电容、这样，电容C上的电压上的电压UC将在将在2/3VCC和和1/3VCC之间来之间来回充电和放电，从而回充电和放电，从而使电路产生了振荡，使电路产生了振荡，输出矩形脉冲。输出矩形脉冲。由图可得多谐振荡器的振荡周期由图可得多谐振荡器的振荡周期T为为 T=tW1+tW2 tW1为电容为电容C上的电压由上的电压由1/3VCC下降到下降到2/3VCC所需的时间，充电回路的时间常数所需的时间，充电回路的时间常数为为(R1+R2)C。tW1可用下式估算：可用下式估算：tW1=(R1+R2)CIn20.7(R1+R2)CtW2为电容上的电压由为电容上的电压由2/3VCC下降到下降到1/3VCC所需的时间，放电回路的时间常数为所需的时间，放电回路的时间常数为R2C。tW2 可用下式估算：可用下式估算：tW2=R2CIn20.7R2C所以，多谐振荡器的振荡周期所以，多谐振荡器的振荡周期T为：为：T=tW1+tW20.7(R1+2R2)C三、占空比可调的多谐振荡器三、占空比可调的多谐振荡器 右右 图所示为脉冲占空比可调的多谐图所示为脉冲占空比可调的多谐振荡器。在放电管振荡器。在放电管V截止时，电源截止时，电源VCC经经R1和和VD1对电容对电容C充电；当充电；当V导通时，导通时，C经经VD2、R2和放电管和放电管V放电。调节电位放电。调节电位器器RW可改变可改变R1和和R2的比值。因此，也的比值。因此，也改变了输出脉冲的占空比。改变了输出脉冲的占空比。