使用555定时器的单稳态多谐振荡器

电路和操作

下图是作为单稳多谐振荡器的IC 555的原理图。这是IC 555的基本操作模式。它只需要两个额外的元件就可以作为单稳态多谐振荡器工作:一个电阻和一个电容。

作为单稳态多谐振荡器的IC 555原理图

顾名思义,单稳态多谐振荡器只有一种稳态。当触发输入被应用时,在输出产生一个脉冲,并在一段时间间隔后返回到稳定状态。脉冲高的持续时间取决于由电阻(R)和电容(C)组成的定时电路。

连接的详细信息如下。引脚1和引脚8分别连接到地面和电源(VCC)。输出在引脚3处。为避免电路意外复位,引脚4接在VCC上。控制电压输入引脚5不使用时应接地。为滤除噪声,通过电容为0.01µF的小电容与地面相连。

操作

单稳态模式也称为“单脉冲”脉冲发生器。当一个负的去触发脉冲被应用到触发比较器时,事件序列开始。当触发比较器感应到短的负触发脉冲刚好低于参考电压(1/3 VCC)时,器件触发并输出高。

放电晶体管关闭,外部连接到其集电极的电容C将通过电阻r开始充电到最大值。当电容上的充电达到2/3 VCC时,高输出脉冲结束。在单稳态模式下的IC 555的内部连接与RC定时电路如下所示。

单稳态模式下的内部连接

具体操作如下。最初,触发器是RESET。这将允许放电晶体管进入饱和状态。电容C,连接到晶体管的集电极开路(如果是CMOS的漏极),具有放电通道。因此,电容器完全放电,电压为0。引脚3的输出是低(0)。

当一个负向触发脉冲输入加到触发比较器(比较器2)上时,它与1/3 VCC的参考电压进行比较。在触发输入大于参考电压之前,输出保持低。力矩触发电压低于1/3 VCC时,比较器输出变高,这将设置触发器。因此,引脚3的输出将变得高。

与此同时,放电晶体管关闭,电容C开始充电,电压呈指数级上升。这就是6脚处的阈值电压。这是给比较器1和参考电压2/3 VCC。引脚3的输出将保持高,直到跨越电容的电压达到2/3 VCC。

当阈值电压(即通过电容的电压)超过参考电压时,比较器1的输出就会变高。这将重置触发器,因此在引脚3的输出将下降到低(逻辑0),即输出返回到稳定状态。由于输出较低,放电晶体管被驱动到饱和,电容器将完全放电。

因此它可以在销指出输出3低开始,当触发不到1/3 VCC输出销3高,当阈值电压大于2/3 VCC输出成为低,直到下一个触发脉冲的发生。在输出端产生一个矩形脉冲。输出保持高的时间或矩形脉冲的宽度是由定时电路控制的,即电容器的充电时间,这取决于时间常数RC。

脉冲宽度推导

我们知道电容C上的电压呈指数增长。因此电容电压VC的方程可以写成

VCC (1 - e- t / RC

当电容电压为2/3 VCC时,则

2/ 3vcc = VCC (1 - e- t / RC

2/3 = 1 - e- t / RC

e- t / RC= 1/3

- t/RC = ln (1/3)

- t/RC = -1.098

t = 1.098 RC

解得rt = 1.1 RC

输出矩形脉冲的脉宽为W = 1.1 RC。

单稳态运算的波形如下所示。

波形在单稳态模式

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单稳态多谐振荡器的应用

分频器

当IC 555被用作单稳态多谐振荡器时,当一个持续时间短的负脉冲被应用于触发器输入时,输出端有一个正的矩形脉冲。通过调整充电或定时电路的时间间隔t,该装置可以作为分频电路工作。

如果使定时间隔t略大于输入脉冲(触发脉冲)的时间周期,则该设备可作为一个除二电路。通过适当选择时序电路中电阻R和电容C的值,可以控制时序间隔。二分法电路对应的输入输出信号波形如下图所示。

分频器的输入和输出波形

该电路将触发所述触发输入端的第一个负脉冲。结果,输出将进入高状态。输出将在时间间隔t内保持高输出。在此时间间隔内,即使施加第二个负向触发脉冲,由于时间间隔大于触发脉冲的时间间隔,输出也不会受到影响,并继续保持高输出。在第三个负触发脉冲上,电路被重新触发。

所以电路会触发每一个交替的负触发脉冲,也就是说,每两个输入脉冲有一个输出脉冲,因此这是一个除以二的电路。通过调整定时间隔,可以使单稳电路产生输入频率的积分分数。

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脉冲宽度调制

通过在引脚5处施加一个调制信号作为控制电压,IC 555的单稳态工作模式可以变成一个脉宽调制器。使用单稳多谐振荡器的脉宽调制器的电路如下所示。

使用IC 555的脉宽调制器

控制信号将调制阈值电压,因此,输出脉宽被调制。随着控制电压的变化,阈值电压变化;比较器1的输入也有所不同。因此,给电容器充电到阈值电压水平的时间将会改变,导致在输出处产生脉宽调制波。输入、输出和调制信号的波形如下所示。

利用IC 555进行脉宽调制的波形

由于控制信号的应用,电容器的上门限电压电平将是不同的。新的上限阈值级别UTL由

Utl = 2/3 VCC + vmod

其中VMOD为调制信号的电压。

由于新的阈值电平,输出的脉冲宽度由

ln (1 - UTL/VCC)

输出的时间周期与输入的时间周期相同。

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线性斜坡发生器

单稳多谐振荡器将作为一个线性斜坡发生器加上一个恒流源。电流镜由一个二极管和一个PNP晶体管组成,用作恒流源。这个恒流源被放置在定时电阻的位置。使用IC 555的线性斜坡发生器在单稳态模式下的电路如下所示。

线性斜坡发生器

来自恒流源的电流IC将以恒定的速率向峰值电压(VCC)充电,从而产生一个上升的线性斜坡。当电容两端的电压达到2/3 VCC时,比较器1将驱动放电晶体管达到饱和。因此,电容器开始放电。放电时,当电容两端的电压降至1/3 VCC时,比较器2会关闭放电电容。

因此电容器将再次开始充电。电容器的放电时间比充电时间要短得多。因此,向下的斜坡非常陡峭(几乎是立即流出)。因此,斜坡输出的时间周期实际上等于电容器的充电时间。斜坡输出的时间周期近似由

T = (2 / (3) Vcc再保险(R1 + R2) C) / (R1 Vcc Vbe (R1 + R2))

斜坡输出和斜坡发生器的脉冲输出波形如下所示。

线性斜坡发生器的输出波形

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打开继电器

单稳态多谐振荡器可用来驱动继电器。电路如下所示。

驱动继电器的单稳态多谐振荡器

这些电路被称为延时继电器。在这个电路中,一旦被激活,继电器将在一定时间内保持ON状态。这一次,继电器是ON的,可以在0到20秒之间的任何地方,这取决于时间电路中的R和C的值。

例如,如果继电器是开10s的时间,以激励外部设备,那么电阻和电容的值可以计算如下使用公式t = 1.1 RC。

假设电容的值为最小可能值,即10µF,则电阻的值为

10 = 1.1 * r * 10µf

rt = 909090.9090≈909 kΩ。

一个电位器可以用来调整电阻,从而调整时间延迟。

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丢失脉冲探测器

缺失脉冲检测器的电路如下所示。PNP晶体管跨电容器连接,输入触发脉冲序列被给定到晶体管的基端以及引脚2触发IC 555的输入。

丢失脉冲探测器

触发脉冲序列将连续复位定时周期。因此,产量总是很高。如果任何触发脉冲缺失,设备会检测到这个缺失的脉冲,输出变低。具体工作如下。当输入为0时,PNP晶体管被打开,电容的电压被箝位到0.7 V,输出是高的。当输入触发电压高时,晶体管截止,电容开始充电。

如果输入触发信号在定时周期完成前再次变低,电容器的电压在到达阈值电压(2/3 VCC)之前下降到0.7 V,输出继续保持高。如果输入触发信号在定时周期结束前没有因为缺失脉冲而变低,它允许电容充电到阈值电压,输出将变低。

为了使该电路作为缺失脉冲检测器工作,输入触发信号的时间周期应该略小于定时间隔。因此,连续的负向输入脉冲将不允许电容充电,直到阈值电压。产出继续保持在高位。当输入频率发生变化或缺少脉冲时,电容器将充电到阈值电压,输出下降。输入脉冲、电容上的电压和输出信号的波形如下所示。

缺失脉冲检测器的波形

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一个回应

  1. 我不知道如何在输入时发射一枪,但即使触发器保持着也不保持着。换句话说,如果单稳态多谐振荡器(mvb)被一个开关触发,开关保持5秒,mvb输出脉冲,不管RC时间是多少。(我希望我讲清楚了。)这些555多谐振荡器将继续输出脉冲,直到瞬时开关被释放。因此,如果你按住开关3(3)秒,RC时间是0.5秒,555将继续输出脉冲,直到开关被释放。

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