硬件工程師筆記——555定時器應用Multisim電路仿真實驗匯總

一 555定時器基礎知識

二、引腳功能

三、工作模式

1. 單穩態模式：

2. 雙穩態模式（需要外部電路輔助）：

3. 無穩態模式（多諧振蕩器）：

4. 可控脈沖寬度調制（PWM）模式：

四、典型應用

五、優點

二 555無穩態觸發器

三 555單穩態觸發器

四 555雙穩態觸發器

五 555方波振蕩器

一、電路原理

（一）電路連接

（二）工作過程

二、頻率和占空比計算

（一）振蕩頻率

（二）占空比

（三）高電平時間和低電平時間

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一 555定時器基礎知識

555定時器是一種非常經典的集成電路，廣泛應用于各種電子電路中。

基本結構

555定時器是一種模擬 ?數字混合集成電路，其內部主要包含以下部分：

1. 兩個電壓比較器：

?? ?一個是同相輸入端為2/3Vcc（Vcc是電源電壓），反相輸入端為閾值輸入端（TH）的比較器。

?? ?另一個是同相輸入端為1/3Vcc，反相輸入端為觸發輸入端（TR）的比較器。

2. 一個基本RS觸發器：由兩個比較器的輸出控制。

3. 一個放電晶體管：其集電極接在放電端（DIS），發射極接地，用于在某些模式下對電容放電。

4. 一個輸出緩沖器：提供穩定的輸出信號。

二、引腳功能

555定時器通常有8個引腳，其功能如下：

1. 1號引腳（GND）：接地端。

2. 2號引腳（TR）：觸發端，當輸入電壓低于1/3Vcc時，比較器輸出高電平，使RS觸發器置位，輸出高電平。

3. 3號引腳（OUT）：輸出端，提供定時器的輸出信號。

4. 4號引腳（RESET）：復位端，當輸入低電平時，可使定時器復位，輸出低電平。

5. 5號引腳（CV）：控制電壓端，可用于改變比較器的基準電壓，通常通過電容接地以防止干擾。

6. 6號引腳（TH）：閾值端，當輸入電壓高于2/3Vcc時，比較器輸出高電平，使RS觸發器復位，輸出低電平。

7. 7號引腳（DIS）：放電端，與放電晶體管相連，可用于對電容放電。

8. 8號引腳（Vcc）：電源正極。

三、工作模式

555定時器主要有以下幾種工作模式：

1. 單穩態模式：

?? ?當觸發端（TR）輸入一個低電平脈沖時，輸出端（OUT）會輸出一個高電平脈沖，脈沖寬度由外部電容和電阻決定。

?? ?該模式常用于脈沖整形、延時等應用。

2. 雙穩態模式（需要外部電路輔助）：

?? ?通過外部電路，可使555定時器在兩個穩定狀態之間切換，類似于一個觸發器。

3. 無穩態模式（多諧振蕩器）：

?? ?輸出端（OUT）會產生連續的方波信號，頻率由外部電容和電阻決定。

?? ?該模式常用于產生時鐘信號、驅動蜂鳴器等。

4. 可控脈沖寬度調制（PWM）模式：

?? ?通過改變控制電壓端（CV）的電壓，可調節輸出脈沖的占空比。

?? ?該模式常用于調光、調速等應用。

四、典型應用

1. 定時電路：可用于延時控制，例如延時啟動、延時關閉等。

2. 振蕩電路：產生方波信號，可用于驅動電機、蜂鳴器等。

3. 脈沖整形電路：將不規則的脈沖信號整形為標準的方波信號。

4. PWM調制電路：用于調光、調速等應用。

5. 其他應用：如電子琴、電子寵物等。

五、優點

1. 成本低：555定時器價格低廉，易于獲取。

2. 使用簡單：電路簡單，易于理解和設計。

3. 可靠性高：在適當的條件下，工作穩定可靠。

4. 兼容性強：可與多種電路兼容，應用范圍廣泛。

二 555無穩態觸發器

如上圖所示，紅色線表示輸出，開關切換至小燈作為負載，小燈閃爍。

如上圖所示，開關切換至蜂鳴器作為負載，蜂鳴器工作。

如上圖所示，在無穩態模式下，555定時器擔當電子振蕩器作用。其輸出依據配置的周期從邏輯高電平連接切換到邏輯低電平。可用于脈沖生成、邏輯時鐘生成、LED和閃光燈。

三 555單穩態觸發器

如上圖所示，單穩態也稱為“一次性”模式，觸發時(當觸發端（TR）輸入一個低電平脈沖時，輸出端（OUT）會輸出一個高電平脈沖)，定時僅產生一個輸出脈沖并返回到穩定狀態，用途包括時間延遲生成，觸摸開關、脈沖寬度調制等等。

四 555雙穩態觸發器

如下圖所示，開關S1和S2的不同組合狀態可以產生不一樣的輸出結果。

如上圖所示，在雙穩態模式下，定時器充當觸發器，因為有2種穩定模式，所以可以使用定時器存儲1位數據。

五 555方波振蕩器

調節占空比滑動變阻器為90%，對應輸出為紅色線所示，占空比較小。

調節占空比滑動變阻器為30%，對應輸出為紅色線所示，占空比較大。

555定時器構成的方波振蕩器是一種非常實用的電路，能夠產生穩定的方波信號。這種電路廣泛應用于時鐘信號源、驅動電路、音頻信號發生器等領域。

一、電路原理

555方波振蕩器通常工作在無穩態模式（也稱為多諧振蕩器模式）。在這種模式下，555定時器的輸出端（3號引腳）會輸出一個連續的方波信號，其頻率和占空比可以通過外部電阻和電容來調節。

（一）電路連接

1. 電源連接：

?? 8號引腳（Vcc）接電源正極。

?? 1號引腳（GND）接地。

2. 核心連接：

?? 2號引腳（觸發端）和6號引腳（閾值端）短接，作為輸入端。

?? 7號引腳（放電端）通過電阻R2連接到電源Vcc。

?? 6號引腳（閾值端）通過電阻 R1連接到電源Vcc。

?? 在6號引腳和地之間連接一個電容C。

?? 輸出端（3號引腳）可以連接到負載或其他電路。

（二）工作過程

1. 初始狀態：

?? 電容 C 通過電阻R1和R2向電源Vcc充電。

?? 當電容C的電壓上升到2/3Vcc時，6號引腳（閾值端）檢測到高電平，比較器輸出高電平，使RS觸發器復位。

?? 輸出端（3號引腳）輸出低電平，同時7號引腳（放電端）的放電晶體管導通。

2. 放電過程：

?? 電容C通過電阻R2和7號引腳（放電端）放電。

?? 當電容C的電壓下降到1/3Vcc時，2號引腳（觸發端）檢測到低電平，比較器輸出高電平，使RS觸發器置位。

?? 輸出端（3號引腳）輸出高電平，同時7號引腳（放電端）的放電晶體管截止。

3. 充電過程：

?? 電容C再次通過電阻R1和R2向電源Vcc充電，重復上述過程。

如此循環，形成連續的方波信號。

二、頻率和占空比計算

（一）振蕩頻率

振蕩頻率f取決于電阻R1、R2和電容C的值，計算公式為：

f =1.44/((R1+2R2)*C)

其中：

R1和R2的單位為歐姆（Ω）。

C的單位為法拉（F）。

f的單位為赫茲（Hz）。

（二）占空比

占空比D是高電平時間與周期之比，計算公式為：

D =(R1+R2)/(R1 + 2R2)

當R1遠大于R2時，占空比接近100%。

當R2遠大于R1時，占空比接近50%。

（三）高電平時間和低電平時間

高電平時間tH：

tH=0.693*(R1+R2)*C

低電平時間tL：

tL=0.693 *R2* C

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