NE555内部结构及应用电路.docx

NE555内部结构及应用电路 555定时器及其应用 555定时器是一种中规模的集成定时器，应用非常广泛。通常只需外接几个阻容元件，就可以构成各种不同用途的脉冲电路，如多谐振荡器、单稳态触发器以及施密特触发器等。555定时器有TTL集成定时器和CMOS集成定时器，它们的逻辑功能与外引线排列都完全相同。TTL型号最后数码为555，CMOS型号最后数码为7555。 一、555的结构组成和工作原理 555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的器件，下图为其内部组成和引脚图。 内部电路原理图 等效逻辑图 引脚图 由图知，电路由一个分压器，两个电压比较器，一个R-S触发器，一个功率输出级和一个放电晶体管组成。 比较器A1为上比较器，由BG1BG8组成，它是由一个NPN管的复合结构做输出级的两级差分放大器。上比较器的反相输入端固定设置在2/3VCC上，它的同相输入端脚称作阈值端，常用来测外部时间常数回路电容上的电压。 比较器A2为下比较器，由BG9BG13组成，它是由一个PNP管组成的复合输出级的差分放大器。上比较器的同相输入端固定设置在1/3VCC上，反向入端脚称作触发输入端，用来启动电路。 电路中的比较器的主要功能是对输入电压和分压器形成的基准电压进行比较，把比较的结果用高电平"1 "或低电平"0" 两种状态在其输出端表现出来。 555 电路中的R-S触发器是由两个与非门交叉连接，上图中是由BG14BG18构成。其中BG15和BG14的基极分别受上比较器和下比较器的输出端控制。A1控制R端，A2控制S端。为了使R-S 触发器直接置零，触发器还引出一个端，只要在端置入低电平"0"，不管触发器原来处于什么状态，也不管它输入端加的是什么信号，触发器会立即置零，即Q=O=Uo所以端也称为总复位端。 BG18BG21构成功率输出级，脚为输出端，能输出最大为200mA的电流，故课直接驱动小型电机、继电器、地租扬声器等功率负荷。 BG22是复位放大器。555 电路中特设了一个放电开关，它就是三极管BG23。当555 电路输出端电平Uo =0 时，Q=1, BG23处于导通状态;当输出端电平Uo =1 时，Q=0 , BG23 处于截止状态，相当于端开路。因此三极管BG23 起到了一个开关的作用。当Uo= 0 时，开关闭合，为电容提供了一个接地的放电通路;当Uo = 1 时，开关断开， 端开路，电容器不能放电。 R7、R8、R9是三只精密度高的5K的电阻，三只电阻构成了一个电阻分压器，为上比较器和下比较器提供基准电压，因为分压器的三个电阻是5K，“555”因此而得名。 555的脚称为“控制端”，它是上比较器的基准电压端。若此端外接电压源，则比较器的基准电压由外接电压源所决定，从而实现了外电压控制，如果脚不接外部电压源，则上、下比较器的基准电压分别是2/3VCC和1/3VCC。若脚接6伏的电压源，则上比较器的基准电压就是6伏，而下比较器的基准电压为外接电压源的一半，为3伏。如果脚接一交变电压，则上比较器和下比较器的基准电压都随时间而变化，从而使外部定时元件的充放电时间也随之变化，可以起到调制的作用。当脚不接外部电压时，通常接入一个0.010.1微法的电容至地，以防外接干扰。 脚为电源正极，电源电压范围是4.518伏，脚为电源负极端。 工作原理： 当脚电位高于2/3VCC，脚高于1/3VCC时，上比较器输出为高电平，下比较器输出为低电平，因而-触发器中的截止，BG14和BG16导通，Q高电平，脚输出为低电平。放电晶体管BG23导通，即使脚电位变低，此状态也一直保持不变，直到脚输入触发信号。 当脚电位低于2/3VCC，脚低于1/3VCC时，A1输出为低电平，A2输出为高电平。因而Q为低电平，脚输出为高电平，截止。 当脚电位低于2/3VCC，脚高于1/3VCC时，上比较器输出为低电平，下比较器输出为高电平，此时状态保持不变，脚输出及状态也不变。 当当脚电位高于2/3VCC，脚低于1/3VCC时，上比较器输出为高电平，下比较器输出也为高电平，此时脚输出低电平，导通。 555定时器的逻辑功能 R 1 0 0 1 S 1 0 1 0 Q 0 1 Q 不定 端 接地 开路 保持 不定 555定时器功能表 输入 阈值输入脚 × <VREF1 >VREF1 <VREF1 >VREF1 阈值输入脚 × <VREF2 >VREF2 >VREF2 <VREF2 输出 复位输入 脚输出 L H H H H L H L 不变 L 脚 导通 截止 导通 不变 导通 VREF1=2/3VCC VREF2=1/3VCC 从简化的内部电路结构和逻辑功能表中可以看出，555 电路有以下几个特点: 两个输入端触发电平的要求不同。在 输入端加上大于2/3Vcc( 或Vc)，可以把触发器置于"O"状态，即Uo = 0 。在端加上小于2/3Vcc( 或VCC/2)的电压时可3以把触发器置于"1" 状态，即Uo =1。 复位端低电平有效，平时应为高电平。 对于放电开关端，当UO为低电平时， 端接地;当Uo为高电平时， 对地开路。 TTL与CMOS型的555主要参数比较 两者的比较： CMOS型555的输出脉冲的上升沿和下降沿比TTL的要陡，变换时间短；在传输过渡时间里产生的尖峰电流小；输入阻抗比TTL型的555要高出几个数量级；驱动能力比TTL的要差。 一般来说，在要求定时长，功耗小，负载轻的场合，宜选用CMOS型的555，而在要求负载重，驱动电流大，电压高的场合，宜选用TTL型的555。 555定时器及其应用 分析ne555内部结构原理 555定时器由3个阻值为5k的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电三极管TD和缓冲反相器G4组成。虚线边沿标注的数字为管脚号。其中，1脚为接地端；2脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；6脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；4脚为复位端，输入负脉冲可使555定时器直接复位；5脚为电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时，经0.01uF的电容接地，以防止引入干扰；7脚为放电端，555定时器输出低电平时，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；3脚为输出端，输出高电压约低于电源电压1V3V，输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等；8脚为电源端，可在5V18V范围内使用。 555定时器工作时过程分析如下： 5脚经0.01uF电容接地，比较器C1和C2的比较电压为：UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。 当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平。 当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器保持原状态不变，555定时器输出状态保持不来。 当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器两端都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。 当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。 NE555电路的应用和工作方式 555电路在应用和工作方式上一般可归纳为3类。每类工作方式又有很多个不同的电路。 在实际应用中，除了单一品种的电路外，还可组合出很多不同电路，如：多个单稳、多个双稳、单稳和无稳，双稳和无稳的组合等。这样一来，电路变的更加复杂。为了便于我们分析和识别电路，更好的理解555电路，这里我们这里按555电路的结构特点进行分类 和归纳，把555电路分为3大类、8种、共18个单元电路。每个电路除画出它的标准图型，指出他们的结构特点或识别方法外，还给出了计算公式和他们的用途。方便大家识别、分析555电路。下面将分别介绍这3类电路。 l 单稳类电路 第1种是人工启动单稳，又因为定时电阻定时电容位置不同而分为2个不同的单元，并分别以1.1.1 和1.1.2为代号。他们的输入端的形式，也就是电路的结构特点是：“RT-6.2-CT”和“CT-6.2-RT”。 第2种是脉冲启动型单稳，也可以分为2个不同的单元。他们的输入特点都是“RT-7.6-CT”，都是从2端输入。1.2.1电路的2端不带任何元件，具有最简单的形式；1.2.2电路则带有一个RC微分电路。 l 双稳类电路 这里我们将对555双稳电路工作方式进行总结、归纳。555双稳电路可分成2种。 第一种是触发电路，有双端输入和单端输入2个单元。单端比较器可以是6端固定，2段输入；也可是2端固定，6端输入。 第2种是施密特触发电路，有最简单形式的和输入端电阻调整偏置或在控制端加控制电压VCT以改变阀值电压的共2个单元电路。 双稳电路的输入端的输入电压端一般没有定时电阻和定时电容。这是双稳工作方式的结构特点。2.2.2单元电路中的C1只起耦合作用，R1和R2起直流偏置作用。 第3种是压控振荡器。单稳型压控振荡器电路有很多，都比较复杂。为简单起见，我们只把它分为2个不同单元。不带任何辅助器件的电路为1.3.1；使用晶体管、运放放大器等辅助器件的电路为1.3.2。图中列出了2个常用电路。 l 无稳类电路 第三类是无稳工作方式。无稳电路就是多谐振荡电路，是555电路中应用最广的一类。电路的变化形式也最多。为简单起见，也把它分为三种。 第一种是直接反馈型，振荡电阻是连在输出端VO的。 第二种是间接反馈型，振荡电阻是连在电源VCC上的。其中第1个单元电路是应用最广的。第2个单元电路是方波振荡电路。第3、4个单元电路都是占空比可调的脉冲振荡电路，功能相同而电路结构略有不同，因此分别以3.2.3a 和3.2.3b的代号。 第三种(见图3)是压控振荡器。由于电路变化形式很复杂，为简单起见，只分成最简单的形式和带辅助器件的(3.3.2)两个单元。图中举了两个应用实例。 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：3.1.2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。 时基电路555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。 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=1.1RT*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。 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，使扬声器发出类似雨滴的声音。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。 用555制作的D类放大器 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。 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；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。 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，V6Vf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可选用3AX、3AG等PNP型锗管；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既可。 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”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，T1.1C3(PR+R3)。RP指有效部分。C3可用数十pF至1000F的电容器，(PR+R3)的值可取2K10M。 C1的耐压值应400V，R1的功率应2W，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VD1VD4、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。 单稳类电路 单稳工作方式，它可分为3种。见图示。 第1种是人工启动单稳，又因为定时电阻定时电容位置不同而分为2个不同的单元，并分别以1.1.1 和1.1.2为代号。他们的输入端的形式，也就是电路的结构特点是：“RT-6.2-CT”和“CT-6.2-RT”。 第2种是脉冲启动型单稳，也可以分为2个不同的单元。他们的输入特点都是“RT-7.6-CT”，都是从2端输入。1.2.1电路的2端不带任何元件，具有最简单的形式；1.2.2电路则带有一个RC微分电路。 第3种是压控振荡器。单稳型压控振荡器电路有很多，都比较复杂。为简单起见，我们只把它分为2个不同单元。不带任何辅助器件的电路为1.3.1；使用晶体管、运放放大器等辅助器件的电路为1.3.2。图中列出了2个常用电路。 双稳类电路 这里我们将对555双稳电路工作方式进行总结、归纳。555双稳电路可分成2种。 第一种是触发电路，有双端输入和单端输入2个单元。单端比较器可以是6端固定，2段输入；也可是2端固定，6端输入。 第2种是施密特触发电路，有最简单形式的和输入端电阻调整偏置或在控制端加控制电压VCT以改变阀值电压的共2个单元电路。 双稳电路的输入端的输入电压端一般没有定时电阻和定时电容。这是双稳工作方式的结构特点。2.2.2单元电路中的C1只起耦合作用，R1和R2起直流偏置作用。 无稳类电路 第三类是无稳工作方式。无稳电路就是多谐振荡电路，是555电路中应用最广的一类。电路的变化形式也最多。为简单起见，也把它分为三种。 第一种是直接反馈型，振荡电阻是连在输出端VO的。 第二种是间接反馈型，振荡电阻是连在电源VCC上的。其中第1个单元电路是应用最广的。第2个单元电路是方波振荡电路。第3、4个单元电路都是占空比可调的脉冲振荡电路，功能相同而电路结构略有不同，因此分别以3.2.3a 和3.2.3b的代号。 第三种(见图3)是压控振荡器。由于电路变化形式很复杂，为简单起见，只分成最简单的形式和带辅助器件的(3.3.2)两个单元。图中举了两个应用实例。 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：3.1.2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