一种时基电路的工作模式及应用

吴益辉

【摘要】定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自動控制等方面.本文介绍了一种时基电路的结构和工作原理，重点讨论了该时基电路的几种基本工作模式，列举了该时基电路在电子、电器等领域中的应用实例。

【关键词】时基电路;定时器;原理基础;应用

1.引言

定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的电子元器件，其电路功能全，适用范围广。只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可构成单稳态电路、多谐振荡器以及施密特触发器等脉冲产生电路。定时器电路可用作振荡器、脉冲发生器、延时发生器、方波方生器、单稳态触发振荡器等等。时基电路在工业自动控制、检测、定时、报警、电子玩具、计算机等方面应用非常广泛。本文介绍的555定时器电路包括双极型和CMOS型两种，双极型的电源电压UDD=+5V～+15V，输出的最大电流可达200mA，CMOS型的电源电压为+3V～+18V，能直接驱动小型电机、继电器和低阻抗扬声器。一般说来，在要求定时长、功耗小、负载轻的场合，宜选用CMOS型的555。而在负载重、要求驱动电流大、电压高的场合，宜选用双极型的555。

2.555时基电路的基本工作模式

555时基电路的应用十分广泛，用它可以轻易组成各种性能稳定实用电路，但无论电路如何变化，若将这些实用电路按其工作原理归纳分类，但最基本的应用或称基本工作模式只有三种：多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器。下面介绍这3种基本应用电路及其工作波形和计算公式。

图1 单稳态电路的电路图和波形图

2.1 单稳态触发器

电路如图2所示，接通电源→电容C充电（至2/3UDD）→RS触发器置0→UO=0，T导通，C放电，此时电路处于稳定状态。当②加入Vi<1/3UDD时，RS触发器置“1”，输出UO=1，使T截止。电容C开始充电，按指数规律上升，当电容C充电到2/3UDD时，比较器A1翻转，使输出UO=0。此时T又重新导通，C很快放电，暂稳态结束，恢复稳态，为下一个触发脉冲的到来作好准备。其中输出UO脉冲的持续时间t1=1.1RC，一般取R=1kΩ--10MΩ，C>1000PF。

2.2 多谐振荡器

电路由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚②和脚⑥直接相连。电路无稳态，仅存在两个暂稳态，亦不需外加触发信号，即可产生振荡。电源接通后，UDD通过电阻R1、R2向电容C充电。当电容上电UC=2/3UDD时，阀值输入端⑥受到触发，比较器A1翻转，输出电压UO=0，同时放电管T导通，电容C通过R2放电;当电容上电压UC=1/3UDD，比较器A2工作，输出电压UO变为高电平。C放电终止、又重新开始充电，周而复始，形成振荡。电容C在1/3UDD～2/3UDD之间充电和放电，其波形图见图3。555电路要求R1、R2均应大于或等于1kΩ，而R1+R2应小于或等于3.3MΩ。

充电时间常数：

放电时间常数：

振荡周期：

振荡频率：

输出方波占空比：

图2 多谐振荡器的电路图和波形图

2.3 施密特触发器

电路如图3所示，US为正弦波，经D半波整流到555定时器的②脚和⑥脚，当Ui上升到2/3UDD时，UO从1→0;Ui下降到1/3UDD时，UO又从0→1。电路的电压传输特性如图4所示。其中：

上限阈值电平：

下限阈值电平：

回差电压：ΔU=1/3UDD

图3 施密特触发器的电路图和电压传输特性

3.555时基电路应用举例

应用555时基电路的不同工作模式，可以组成不同的应用电路，下面给出2个基于555时基电路设计的简单而实用的具体实例。

3.1 简易全自动充电电路

如图4所示，555时基电路在这里是作为比较电压开关电路使用的。与充电负载电池组并联的两个电阻网络，对电池上的充电电压进行采样，一路送至555的触发端2脚，一路送至阀值电压端6脚，用以改变555基片内部的两个比较器的基准电压。当电池上电压低于2脚预先调定的电压时，555电路翻转，输出端3脚为约10V的高电平，相当于打开充电闸门，通过R5、D1对电池充电;电池充电电压一旦充到6脚预先调定的电压，555电路复位，输出端3脚为低电平，充电停止。二极管D1是防止电池向555电路放电;R5用于对555的输出电流进行限流，因为双极型555电路最大输出电流为200mA，防止损坏555电路。Dw用于对5脚进行稳压。

图4 简易全自动充电电路

3.2 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5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3～5kHZ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。

图5 直流电机调速控制电路图

4.结束语

555定时器是一种中规模集成电路，功能强大，只要在外部配上适当阻容元件，就可以方便地构成各种脉冲产生和整形电路，例如多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器等。通过分析由555定时器构成的三种典型电路的组成、工作原理、元器件选择等，以供电子爱好者设计时作为参考。

参考文献

[1]陈有卿.时基集成电路原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2006：1-5.

[2]卢成健.555定时器的功能模型及其应用[J].玉林师范学院学报，2006，27（5）：28-31.