無線電90.11-12 俞鶴飛
我們在使用555時(shí)基電路之前應(yīng)該先了解它的基本特性。按照集成電路的分類方法,數(shù)字集成電路以外的集成電路都?xì)w入模擬集成電路中,因此關(guān)于555時(shí)基電路的特性可以從非線性模擬集成電路手冊中查找。
一、555電路的型號、封裝和引腳
1.型號
我國目前廣泛使用的555時(shí)基電路的統(tǒng)一型號是:雙極型為CB555,CMOS型為CB7555。這兩種電路每個集成片內(nèi)只有一個時(shí)基電路,稱為單時(shí)基電路。此外還有一種雙時(shí)基電路,在一個集成片內(nèi)包含有兩個完全相同、又各自獨(dú)立的時(shí)基電路。它們的型號分別是CB556和CB7556。表1列出它們的型號和與之對應(yīng)的國內(nèi)、國外常用的型號。
2.封裝和引腳
555單時(shí)基電路的封裝有8腳圓形和8腳雙列直插型兩種。圓形集成電路引腳的編號方法是把引腳朝下,帶標(biāo)志的引腳置于上倒,從帶標(biāo)志的引腳左邊開始按逆時(shí)針方向順序編號,見圖1(a)。雙列直插型單時(shí)基電路的引腳編號方法是把集成片平放,從帶標(biāo)志的引腳開始按逆時(shí)針方向順序編號,見圖1(b)。556雙時(shí)基電路的封裝只有14腳雙列直插型一種。引腳按雙列直插型集成電路的統(tǒng)一方法編號,見圖1(C)。
CB555(CB7555)單時(shí)基電路各引腳的作用見圖1(a)、(b)和圖2。6腳是閾值輸入端TH,2腳是觸發(fā)輸人端 ,5腳是控制端VC,4腳是主復(fù)位端 ,8腳是電源正極Vcc或VDD。3腳是輸出端VO,7腳是放電端DIS,1 腳是公共地端 GND或VSS。對雙時(shí)基電路CB556(CB7556)來講,兩個時(shí)基電路共用一個電源端(14)一個地端(7),其余12個腳按左右分開,各為一個獨(dú)立的時(shí)基電路,見圖1(c)。為了便于應(yīng)用,在圖2上,用圓圈內(nèi)的數(shù)碼表示出單時(shí)基電路的引腳號。在小方框內(nèi)用斜線隔開的2個數(shù)碼表示出雙時(shí)基電路左右兩個時(shí)基電路的引腳號。例如 5/9表示左邊時(shí)基電路輸出端V01的引腳號是5,右邊時(shí)基電路輸出端V02的引腳號是9。
雙極型和CMOS型555電路的內(nèi)部電路和參數(shù)雖然不同,但它們的引腳編號和功能是完全相同的。
二、555時(shí)基電路的主要參數(shù)
為了正確使用555時(shí)基電路,必須對它的基本特性有所了解。雙極型和CMOS型時(shí)基電路在電特性上是有差別的,應(yīng)該分別給出。至于雙時(shí)基電路和單時(shí)基電路,除了靜態(tài)電流,雙時(shí)基電路應(yīng)該是單時(shí)基電路的一倍以外,其余參數(shù)是完全相同的。所以只要列出 CB 555和 CB 7555的主要參數(shù)并予以說明就可以了。
1.電源電壓和靜態(tài)電流
CB 555使用的電源電壓是 4.5~16伏,CB 7555的電壓范圍比較寬,可以從3~18伏。靜態(tài)電流也叫電源電流,是空載時(shí)消耗的電流。在電源電壓是15伏是,CB 555的靜態(tài)電流典型值是 10 mA,CB 7555是0.12mA。電源電壓和靜態(tài)電流的乘積就是靜態(tài)功耗??梢奀MOS型時(shí)基電路的靜態(tài)功耗遠(yuǎn)小于雙極型時(shí)基電路。
2.定時(shí)精度
555電路在作定時(shí)器使用時(shí),CB555和CB7555的定時(shí)精度分別是l%和2%。
3.閾值電壓和閾值電流
當(dāng)555電路閾值輸入端所加的電壓>=2/3Vcc(或*VDD)時(shí),能使它的輸出從高電平1翻轉(zhuǎn)成低電平0。電壓值2/3VCC就是它的閾值電壓VTH。促使它翻轉(zhuǎn)所需的電流稱為閾值電流ITH。 CB555的ITH值約為0.1mA;而 CB 7555的ITH值只需50pA(1pA=10-6mA)。
4.觸發(fā)電壓觸發(fā)電流
當(dāng)555電路觸發(fā)輸入端所加的電壓<=1/3Vcc(或VDD)時(shí),能使它的輸出從0 翻轉(zhuǎn)成1。電壓值1/3Vcc就是它的觸發(fā)電壓VTR。促使它翻轉(zhuǎn)所需的電流稱為觸發(fā)電流ITR。CB555的ITR值約為0.5mA;而CB7555的ITR值只需50pA。
5.復(fù)位電壓和復(fù)位電流
在555電路的主復(fù)使端 上加低電平可以使輸出復(fù)位,即 V0=0。所加的復(fù)位電壓VMR應(yīng)低于1伏。復(fù)位端所需的電流稱為復(fù)位電流IMR。CB555的IMR約為400mA;而CB7555的IMR只需0.1mA。
6.放電電流
555電路在作定時(shí)器或多諧振蕩器使用時(shí),常常利用放電端給外接電容一個接地放電的通路。從圖2看到,放電電流要通過放電管VT1,因此它的電流要受到限制,電流太大會把放電管燒壞。規(guī)定 CB 555的放電電流IDIS不大于200mA。CB7555因?yàn)槭躆OS管幾何尺寸的限制,放電電流IDIS的值比較小,約在10 ~ 50mA之間,而且是隨電源電壓VDD的數(shù)值變化的;使用的電源電壓越高,放電電流值越大。
7.驅(qū)動電流
驅(qū)動電流是指555電路向負(fù)載提供的電流,也叫負(fù)載電流IL。根據(jù)555電路的輸出狀態(tài)和負(fù)載的接法可以分成拉出電流和吸入電流兩種。當(dāng)輸出是高電平而負(fù)載的一端接地時(shí),負(fù)載電流從555電路內(nèi)部流出經(jīng)過負(fù)載入地,因此稱為拉出電流,見圖3(b)。當(dāng)輸出是低電平而負(fù)載的一端接在電源正極時(shí),負(fù)載電流從電源正極通過負(fù)載流入555內(nèi)部后入地,因此稱為吸入電流,見圖4(C)。這兩種電流都起到驅(qū)動負(fù)載的作用,因此統(tǒng)稱為負(fù)載電流或驅(qū)動電流。對 CB 555來講,這兩種電流的最大值都是 200mA。對CB 7555來講,吸入電流稍大,大約是5~20mA;拉出電流較小,約是1~5mA。而且它們的數(shù)值也是隨著電源電壓的提高而增大的。
8.最高工作頻率
555電路在作振蕩器使用時(shí),輸出脈沖的最高頻率可達(dá)500千赫。
555電路的主要參數(shù)見表2。
三、使用555電路時(shí)的注意事項(xiàng)。
1.負(fù)載的接法
555電路的輸出有高電平和低電平兩種狀態(tài),好象它內(nèi)部有一個控制開關(guān)能自動動作。當(dāng)輸出是高電平時(shí)開關(guān)向上,輸出端VO通過輸出內(nèi)阻R01接到電源正端。見圖3(b)和圖4(b)。當(dāng)輸出是低電平時(shí)開關(guān)向下,輸出端VO通過輸出內(nèi)阻R02接到公共地端,見圖3(C)和圖 4(c)。CB 555的兩個輸出內(nèi)阻都是十幾歐。CB7555的R01值較大,約為幾百歐;R02值較小,只有幾十歐。
由于555電路有兩種輸出狀態(tài),所以負(fù)載的接法有兩種。
第一種接法是把負(fù)載接在555電路輸出端VO和地之間,這是最常用的接法,如圖3(a)。在這種接法下.當(dāng)輸出是高電平(VO=1)時(shí),內(nèi)部開關(guān)接到R01上,見圖3(b)。這時(shí)電流從電源正端經(jīng)過內(nèi)阻R01流入負(fù)載RL后入地,是從555電路向外流進(jìn)負(fù)載的,所以稱為拉出電流或輸出電流。當(dāng)輸出是低電子(V0=0)時(shí),內(nèi)部開關(guān)接到R02上,見圖3(C)。這時(shí)負(fù)載中沒有電流。
第二種接法是把負(fù)載接在電源正端和555電路輸出端Vo之間,如圖4(a)。在這種接法下,當(dāng)輸出是高電平(Vo=1)時(shí),內(nèi)部開關(guān)接到R01上,見圖4(b)。這時(shí)負(fù)載中沒有電流。只有當(dāng)輸出是低電平(VO=0)時(shí),內(nèi)部開關(guān)接到R02上,如圖4(C)時(shí)負(fù)載中才有電流流通。這時(shí)電流是從電源正端經(jīng)負(fù)載RL和內(nèi)阻R02后入地的,是從外面流進(jìn)555電路的,所以稱為吸入電流或灌入電流。
由于有兩種接法,所以在連接負(fù)載時(shí)應(yīng)該根據(jù)555電路的輸出狀態(tài)和負(fù)載的要求來決定負(fù)載的連接方法。例如在使用CB7555時(shí)為了取得較大的驅(qū)動電流,可以選擇第二種接法。如果負(fù)載是繼電器,則因?yàn)槔^電器有常開接點(diǎn)和常閉接點(diǎn)兩種不同的接點(diǎn)可供選擇,因此使得555電路更加變化多端,靈活方便。
2.負(fù)載能力的擴(kuò)大
從驅(qū)動電流這個參數(shù)來看, CB 555的驅(qū)動能力較大,可以直接帶動小型繼電器、微電機(jī)和低阻抗揚(yáng)聲器。CB7555的驅(qū)動能力較小,只能使用LED指示燈、壓電陶瓷蜂鳴器等負(fù)載。要想使CB7555有更大的驅(qū)動能力,可以在輸出端加一級驅(qū)動放大器。即把555電路輸出端VO接到晶體管VT1的基極,把負(fù)載RL接到晶體管的集電極或發(fā)射極回路中,如圖5。這樣就可把負(fù)載電流擴(kuò)大到100mA上下,足以帶動繼電器、微電機(jī)等負(fù)載。
3.CB555與CB7555的性能比較和選用
從以上介紹看到, CB 556的突出優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動能力強(qiáng),而CB 7555的突出優(yōu)點(diǎn)是電源電壓范圍寬、輸入阻抗高、功耗低。因此在實(shí)際應(yīng)用中,在負(fù)載輕、要求功耗低和使用較低電源電壓以及定時(shí)要求長(定時(shí)電阻>10兆歐)的場合,應(yīng)核選用CB7555或CB7556。而在負(fù)載較重的場合則應(yīng)選用 CB 555或 CB556。
4. 注意特殊型號和特殊封裝
在使用中有時(shí)會遇到一些特殊型號和特殊封裝,這時(shí)首先應(yīng)核查閱資料,弄清它們的型號、封裝和引腳以及電特性。例如日本三菱公司的M51841是時(shí)基電路;而美國國家半導(dǎo)體公司的MM555是模擬門開關(guān)電路。
555時(shí)基電路的單穩(wěn)態(tài)工作方式和應(yīng)用
555電路有單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)和無穩(wěn)態(tài)3種基本工作方式。用這3種方式中的1種或多種組合起來可以組成各種實(shí)用的電子電路,如定時(shí)器、分頻器、脈沖信號發(fā)生器、元件參數(shù)和電路檢測電路、玩具游戲機(jī)電路、音響告警電路、電源交換電路、頻率變換電路、自動控制電路等等。
讓我們先從555的單穩(wěn)電路開始。
一、什么是單穩(wěn)電路
所謂單穩(wěn)電路就好象是一扇彈簧門。平時(shí)老是保持著關(guān)閉的狀態(tài),只有在外力推動時(shí)它才會打開;但在開了一會兒之后它又會自動關(guān)閉。我們把關(guān)閉狀態(tài)叫做“穩(wěn)態(tài)”,而把從推開門到恢復(fù)到關(guān)閉這一段時(shí)間的狀態(tài)叫做“暫穩(wěn)態(tài)”。
555的單穩(wěn)電路由 555電路本身和一個RC定時(shí)電路兩大部分組成。555電路的輸入端就接在定時(shí)電路中的定時(shí)電容CT上。在第1講中已介紹過:可以把555電路看成是一個特殊的R-S觸發(fā)器,它的兩個輸人端的觸發(fā)電平要求不同,閾值要求也不同。因此,555單穩(wěn)電路的工作過程大致是:先取這個特殊觸發(fā)器兩種狀態(tài)中的一種作為單穩(wěn)電路的穩(wěn)態(tài)。然后用輸入脈沖或人工板動開關(guān)等方法去啟動這個電路,使它從原來的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài),即進(jìn)人暫穩(wěn)態(tài)。與此同時(shí),開始給定時(shí)電容CT 充電,等CT 上的電壓達(dá)到閾值電壓時(shí),這個特殊的觸發(fā)器就會從暫穩(wěn)態(tài)又翻轉(zhuǎn)回到原來的穩(wěn)態(tài)。從暫穩(wěn)態(tài)開始到完全恢復(fù)成穩(wěn)態(tài)的這段時(shí)間就是暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間。假定翻轉(zhuǎn)的時(shí)間小到可以忽略不計(jì),顯然,暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)的時(shí)間只和定時(shí)電路中電阻電容的數(shù)值有關(guān)而和555電路以及觸發(fā)脈沖天關(guān)。觸發(fā)脈沖在這里只是起著啟動或開關(guān)的作用。至于穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)究竟是高電平還是低電平,根據(jù)電路的要求決定。
可見555單穩(wěn)電路中的兩大部分的分工是:555時(shí)甚電路本身好比是一扇門,它只管開或關(guān);定時(shí)電路則是控制開門的時(shí)間長短。這兩大部分是必不可少的。
二、兩種555單穩(wěn)電路
常用的555單穩(wěn)電路有2種:第1種是把2個輸入端都接到定時(shí)電容CT上,用開關(guān)人工啟動的電路。第2種是把閾值端TH和放電端DIS接到定時(shí)電容CT上,用脈沖從觸發(fā)端 輸入啟動的電路。第1種電路常用作定時(shí)控制,第2種電路的用途比較廣,除定時(shí)控制外,還可作分頻器、脈沖信號發(fā)生器、元件參數(shù)檢測、脈沖失落檢測、脈沖寬度檢測以及玩具游戲機(jī)電路等。
1.人工啟動式
這種單穩(wěn)電路是把閾值端TH(6)和觸發(fā)端 (2)同時(shí)接在定時(shí)電容CT上,在定時(shí)電容兩端并聯(lián)一個按鈕開關(guān)SB,用人工按動開關(guān)的方法來啟動這個電路。定時(shí)電路中電阻RT和電容CT的數(shù)值是由定時(shí)時(shí)間的要求決定的。為了保證電路可靠地工作,總復(fù)位端 (4)應(yīng)該接到電源正端,電壓控制端VC(5)在不使用時(shí)應(yīng)該接1個容量為0.01微法的電容防止干擾。放電端DIS(7)不用時(shí)可以懸空,見圖1(a)。
現(xiàn)在來看看它的穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)以及它們的轉(zhuǎn)換過程。
(1)穩(wěn)態(tài):電路接上電源后,電容CT上的電壓很快被充到等于電源電壓VCC。按第1講的方法把555電路簡化成1個特殊的觸發(fā)器,因?yàn)榉烹姸薉IS懸空不用可以略去不畫,于是可以把圖1(a)簡化成圖1(b)??梢钥吹剑阂?yàn)镃T上的電壓等于VCC:VCT=VCC,對于這個特殊的觸發(fā)器來講,它的兩個輸入端都是高電平:即R=1、 =1。對照這個特殊觸發(fā)器的邏輯功能表,它的輸出應(yīng)接是低電平,即VO=0。它就是這個單穩(wěn)電路的穩(wěn)態(tài)。
(2)暫穩(wěn)態(tài):按一下按鈕開關(guān)SB,電容CT上的電壓很快降到零:VCT=0。對這個特殊的觸發(fā)器來講,兩個輸人端都是低電平:R=0、 =0。對照它的邏輯功能表,它的輸出應(yīng)該轉(zhuǎn)成高電平,即VO=1。當(dāng)按鈕開關(guān)放開后,這個特殊的觸發(fā)器保持輸出高電平,同時(shí)電源電壓向定時(shí)電容CT充電,暫穩(wěn)態(tài)開始,見圖1(C)。
經(jīng)過一段時(shí)間ta之后,CT上的電壓上升到VCT>2/3 Vcc,即達(dá)到觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的閾值電壓時(shí),這個特殊觸發(fā)器的輸入端都成為高電子:R=1、 =1,于是它的輸出又立即翻轉(zhuǎn)成低電平。即VO=0。也就是暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束,又回到穩(wěn)態(tài)。
555電路的輸出從低電平翻轉(zhuǎn)到高電平以后到再一次恢復(fù)到低電平的這段時(shí)間就是單穩(wěn)電路的暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間td。它也叫做定時(shí)時(shí)間或延時(shí)時(shí)間。它是和定時(shí)電路中RT和CT的數(shù)值有關(guān)的;RT和CT的數(shù)值越大,定時(shí)時(shí)間td越長。它們之間的關(guān)系: td=1.1RTCT。RT 的單位是歐姆、CT的單位是法拉、td的單位是秒。例如:RT是1兆歐、CT是1微法時(shí), td=1.1秒。
這是555單穩(wěn)工作方式的第1種電路。但是在具體應(yīng)用時(shí)它會有很多變型。例如定時(shí)電容和定時(shí)電阻的位置,可以是電阻在上電容在下,也可以是電容在上電阻在下;負(fù)載的按法也有接在VO與地之間或接在VO與Vcc之間;人工啟動的開關(guān)可以并聯(lián)在電容CT上,也可以串聯(lián)在電源中等等。于是使得電路變得更加復(fù)雜難以識別。但只要抓住這個電路的2個特點(diǎn):①有一個RC定時(shí)電路,2、6輸入端同時(shí)接在定時(shí)電容CT上,②用人工扳動開關(guān)或類似的方法觸發(fā)啟動的,就能確定它是屬于人工啟動式的單穩(wěn)電路。
2、脈沖啟動式
555單穩(wěn)工作方式的第2種基本電路和第1種基本電路不同的地方是;①把閾值端TH(6)和放電端DIS(7)同時(shí)接到定時(shí)電容CT 上.使電容有自動快速放電的功能;②用觸發(fā)器 (2)作脈沖輸入啟動端,平時(shí)要求接高電平,輸入負(fù)脈沖時(shí)才能使電路啟動。其它各端的接法和第1種基本電路相同。見圖2(a)。
現(xiàn)在來看看這個電路是怎樣工作的。
(1)穩(wěn)態(tài):電源接通后,因?yàn)橛|發(fā)端 平時(shí)接高電平,對這個特殊的觸發(fā)器來講,它的 輸入端是高電平: =1,所以它的輸出被置成零:VO=0。內(nèi)部放電開關(guān)SA接通,DIS端接地,定時(shí)電容CT上電壓為0,這個特殊觸發(fā)器的另一輸入端為R=0。因此它的輸出保持低電平:VO=0。這是這個單穩(wěn)電路的穩(wěn)態(tài)。見圖2(b).
(2)暫穩(wěn)態(tài):當(dāng)觸發(fā)輸入 (2)輸入一個負(fù)脈沖,而且負(fù)脈沖的幅度低于 1/3 Vcc時(shí),這個特殊觸發(fā)器的輸入 =0。使它的輸出翻轉(zhuǎn)成高電平:VO=1。這時(shí)內(nèi)部放電開關(guān)SA打開,電源電壓通過RT向CT充電,暫穩(wěn)態(tài)開始。見圖2(C)。
經(jīng)過一段時(shí)間td之后,CT上電壓升到>2/3Vcc,使它的輸入R=1,于是它又翻轉(zhuǎn)回原來的穩(wěn)態(tài),即VO=0。見圖2(b)。這時(shí)內(nèi)部放電開關(guān)SA重新接通,CT上的電荷快速放電到零,為下一次定時(shí)控制作好了推備。
從定時(shí)電容 CT開始充電到充到 2/3Vcc所需的時(shí)間就是暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間td。理論計(jì)算證明:td=l.1RTCT。整個電路各輸入輸出端的波形見圖2(d)。從波形圖看到:①只要觸發(fā)脈沖的幅度低于1/3Vcc,電路就能觸發(fā)啟動。定時(shí)時(shí)間td只和RTCT時(shí)間常數(shù)有關(guān),而與觸發(fā)脈沖的寬度、幅度無關(guān)。因此用改變RT和CT數(shù)值的方法可調(diào)整定時(shí)時(shí)間。②外脈沖觸發(fā)啟動后電路自動進(jìn)人暫穩(wěn)態(tài)和自動回到穩(wěn)態(tài),在暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間td內(nèi)出現(xiàn)的觸發(fā)脈沖是不起作用的。從圖2(d)看,第2個脈沖在td內(nèi)出現(xiàn),因而是無效的。
這個單穩(wěn)電路在具體應(yīng)用時(shí)也會有很多變型。例.如定時(shí)電阻RT可能是光敏元件、熱敏元件或其它元器件;負(fù)載可能有繼電器、指示燈、可控硅等;電路接法上也還可以有變化,有時(shí)也可以把開關(guān)接在觸發(fā)端用人工啟動等等。但是只要抓住電路的2個特點(diǎn):①有一個RTCT定時(shí)電路.7、6端并接在定時(shí)電容CT上;②從2端輸入啟動。就可基本確定它是屬于脈沖啟動式的單穩(wěn)電路
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