555定时器电路分析及其应用

555定时器的工作原理

555定时器是一种模拟和数字功能相结合的集成电路，广泛应用于定时、脉冲产生等场合。其工作原理主要基于内部三个主要部分：两个比较器、一个放电开关和一个输出缓冲器。

一、内部构成

1. 比较器：555定时器内部包含两个独立且对称的电压比较器。它们负责接收不同电压并比较，从而控制输出状态。

2. 放电开关：此开关负责控制输出引脚的状态，当需要放电时，会通过此开关连接到地线。

3. 输出缓冲器：负责输出稳定的脉冲信号，以确保定时器产生的脉冲稳定可靠。

二、工作原理简述

当电源接通时，555定时器开始工作。通过外部电路设置两个比较器的参考电压，决定定时的时间长短。内部电容器开始充电或放电，取决于比较器的输出状态。一旦电容器达到某个特定的电压阈值，比较器会改变状态，从而触发内部逻辑电路和输出缓冲器产生脉冲信号。这个过程持续进行，产生稳定的脉冲序列。

三、详细解释工作流程

1. 电源供电后，内部电容器开始充电或放电。这个过程中涉及到放电开关的工作状态改变。

2. 当电容器电压达到第一个比较器的阈值电压时，比较器输出发生变化，这一变化会触发内部逻辑电路。

3. 内部逻辑电路根据比较器的输出进行运算和处理，最终控制输出缓冲器产生脉冲信号。这些脉冲信号可以是连续的或定时发生的，取决于外部电路的设置和定时器的工作模式。定时周期由外部电阻和电容器的时间常数决定。放电过程也受到比较器输出控制的影响。这一系列的工作过程保证了定时器的稳定和可靠运行。综上所述，基于其内部的这些工作组件和逻辑控制过程共同协作下完成脉冲定时任务等核心功能使其成为十分有用的集成元件广泛应用于电子系统之中。

555定时振荡器也就是通常所说的555定时器。555定时器的用途非常广泛，可以生成各种类型的脉冲、创建时间延迟，也可以用于脉冲宽度调制(PWM)，555定时器最常见的用途是为电路产生时钟信号。

大家都普遍认为555定时器这个名字是因为有3个5KkΩ电阻，但实际上555定时器的发明者Hans Camenzind在有一次采访中说：这名字是他的一位同事随意取的。这是不是和我们以为的不一样。

555 定时器电路是一种众所周知的多功能集成电路(IC)，可用于电子领域的许多定时和脉冲生成应用。自 Signetics 于 1972 年推出以来，555 定时器集成电路(IC) 一直是电气设计中的常见元件。

555定时器电路的工作模式

555 定时器可以在单稳态、双稳态和非稳态模式下运行。每种模式都有其特定的功能：

· 单稳态模式： 单稳态电路类似于在一种状态(高或低)下工作，但可以在电阻电容 (RC) 电路控制的一段时间内被迫控制相反的状态。这是单稳态模式下 555 定时器的示意图：

555定时器的引脚2通过电阻R2保持为高电平，但在它瞬间变为低电平时，周期开始，并且在一段时间内，引脚3上的输出变为高电平，这由电位器R1和电容器C3确定。为了估计引脚 3 变为高电平的时间，将使用以下公式：

t = 1.1 * R1 * C3

当该周期结束时，引脚 3 再次变为低电平。当引脚 3 为高电平时，引脚 2 会立即变为低电平，如果引脚 2 保持低电平的时间超过 t，则引脚 3 将保持高电平，直到引脚 2 再次变为高电平。单稳态电路对于消除不稳定长度的脉冲具有建设性作用，以使其达到显着的长度，例如防盗警报振动探测器中的脉冲结构或瞬时按钮电路。

· 双稳态模式： 双稳态电路具有两种状态之一：一种打开，另一种关闭。双稳态电路主要用于存储单元和触发器电路。双稳态模式下 555 定时器设置的示意图如下：

值得注意的是，如果引脚 2 为低电平，则引脚 3 在启动时将为高电平。

· A-稳定模式： 在A-稳定模式下，555 定时器的工作方式类似于方波振荡器。单个电容器和可变电阻器可以在相当大的频率范围内受到控制。占空比也可以很好地调整。a-stable 模式下 555 定时器连接示意图如下：

电阻器 R1、R2 和 C3 为关闭和开启时间段供电。这两个时间段共同设置输出方波的频率。

在a稳定电路中，可以使用下面给出的两个方程独立设置宽度：

o周期 (T) = 0.7 * (R1+2R2) * C3

o 频率 = 1/T

这将影响占空比和脉冲频率。555定时器电路由电阻网络、SR触发器、放电晶体管和两个分压器组成。为了使定时设置符合预期的操作模式，将电阻器和电容器等外部组件连接到 555 定时器的引脚。

简而言之，555定时器的适应性和易用性使其在一系列电子项目和应用中得到广泛使用。由于其引脚排列和可用性，它是从事电子电路和项目的专业人士和学生的首选组件。该电路以每天的时间间隔命令 LED 或任何输出设备打开和关闭。LED 连续命令之间的时间间隔可以通过利用电位计来调节。

项目：带有 555 定时器电路的 LED 闪光灯

以下是所需的组件：

· 555定时器IC

· LED 或任何输出设备

· 10uF电容

· 电阻：100K、1K、220R

· 面包板

· 很少的面包板连接器

· (5-12)V电源

· 电位器(可选)

· 继电器模块(可选)

电路原理图

电阻器 R1 和 R2 以及电容器 C1 为闪烁速率提供动力。电容器 C1 和电阻器 R1 决定 LED 的开启和关闭时间，而电阻器 R2 只负责开启时间。

电路图中显示了一种可调节双 LED 闪光灯，它使用电位器来修改闪烁速度，如下所示：

· 该电路如何工作?

1. 如果触发引脚(555 定时器 IC 的引脚 2)检测到任何低于电源电压 1/3 的电压，则会打开输出。

2. 如果阈值引脚(555 定时器 IC 的引脚 6)检测到任何电压超过电源电压的 2/3，则会关闭输出。

3. 每当 555 定时器 IC 的输出处于关闭状态时，放电引脚(Pin-7)充当接地/负轨，即内部连接到 0V

4. 电源刚上电后，电容(C1)处于放电状态，因此Pin-2 电压为0V。

5. 由于该电压小于电源电压的 1/3，因此输出打开。

6. 同时，Pin-7 将在内部与 0V 断开，因此电容器开始通过电阻器 R1 和 R2 充电。

7. 在电容器 (C1) 两端的电压超过电源电压的 2/3 后，引脚 6 立即检测到该电压并关闭输出。

8. 同时，Pin-7 将在内部重新连接至 0V，从而导致电容器通过电阻器 R1 放电。

9. 一旦电容器两端的电压降至电源电压的 1/3 以下，Pin-2 将打开输出，整个循环一次又一次地重复。

应用领域

555定时器是数字电子中广泛使用的最重要的集成电路(芯片)。555定时器IC的一些常见用途和应用如下：

· 所有类型车辆和自行车的转向指示器电路。

· 内置频闪灯/SoS 信号电路(发出有人处于危险或需要帮助的信号)。控制雨刷器电机并产生往复运动。

· 汽车用指示灯(采用继电器版的闪烁LED电路)。

· 作为需要定时脉冲的应用的输入。例如：在使用 4017 和 4026 IC 的计数器电路中。

· PWM(脉冲宽度调制)和 PPM(脉冲位置调制)

· 占空比振荡器

· 灯调光器

· 提供准确的时间延迟

· 作为触发器元件

· 数字逻辑探头

· 模拟频率计

· 四定时器应用

· 脉冲、波形和方波生成

· 步进音调和突发音调发生器以及线性斜坡生成

· 转速表和温度测量

· 可用作单稳态多谐振荡器和非稳态多谐振荡器

· DC-DC 转换器

· 直流稳压器

· 电压频率转换器

· 分频器

· 施密特触发器

· 电缆测试仪

· 脉冲检测器

· 雨刷速度控制

· 定时开关机

· 延时产生、精密计时和顺序计时

结论

许多有趣的电子电路和项目都使用555 定时器 IC，包括交通灯电路、LED 闪烁电路、警笛、LED 骰子、音乐盒、金属探测器、操纵杆和游戏手柄、低成本线路接收器、拍手开关驱动电路、还有很多。