555时基电路的研究与应用

2．2．2 施密特触发器(滞后比较器)
555时基电路中的两个电压比较器C1和C2，由于它们的参考电压不同，C1为1/3Vcc，C2为1/3Vcc，因而SR锁存器的置0信号和置1信号必然发生在输入信号的不同电平。因此，输出电压由高电平变为低电平和由低电平变为高电平所对应的输入信号值也不同，利用这一特性，将它的两个输入端TH和TR相连作为总输入端便可得到施密特触器，如图5所示。施密特触发器经常用于电子开关、监控告警、脉冲整形等。
2．3 无稳态工作模式
无稳态工作模式是指电路没有固定的稳定状态，555时基电路处于置位与复位反复交替的状态，即输出端交替出现高电平与低电平，输送出波形为矩形波。由于矩形波的高次谐波十分丰富，所以无稳态工作模式又称为自激多谐振荡器。可分为直接反馈型、简接反馈型多谐振荡器和无稳型压控振荡器。
2．3．1 直接反馈型多谐振荡器
555时基电路可以组成施密特触发器，利用施密特触发器的回差特性，在电路的两个输入端与地之间接入充放电电容C并在输出与输入端之间接入反馈电阻Rf，就组成了一个直接反馈式多谐振荡器，如图6(a)所示。接通电源，电路在每次翻转后的充放电过程就是它的暂稳态时间，两个暂稳态时间分别为电容的充电时间T1和放电时间T2。t1=t2=0．69RC振荡周期 T=T1+T2振荡频率f=1／T，电路占空比为50％。改变R、C的值则可改变充放电时间，即改变电路的振荡频率f。
电路中充、放电电阻R的取值一般应不小于10K Ω，如取值过小，那么充、放电电流过大，会使输出电压下降过多，重负载时尤其如此。
2．3．2 间接反馈型多谐振荡器
直接反馈式多谐振荡器由于通过输出端向电容C充电，输出受负载因素的影响，会造成振荡频率的不稳定，所以常采用间接反馈式多谐振荡器，电路如图6(b)所示。电路的工作过程不变，但它的工作性能得到很大改善。该电路充电时经R1和R2两只电阻，而放电时只经R2一只电阻，两个暂稳态时间不相等，T1=0．69(R1+R2)C，T2=0．69R2C，振荡周期T=T1+T2=0．69(R1+2R2)C，振荡频率f=1/T。

如果将电路进行改进，接入二极管D1和D2，电路如图6(c)所示，电容的充电电流和放电电流流经不同的路径，充电电流只流经Rl，放电电流只流经R2，因此电容C的充放电时间分别为T1=0．69R1C，T2=O．69R2C振荡周期T=T1+T2=0.69(R1+R2)C，振荡频率f=l／T。若取R1=R2，占空比为50％。
多谐振荡器在脉冲输出、音响告警、家电控制、电子玩具、检测仪器、电源变换、定时器等方面有着广泛的应用。
2．3．3 无稳型压控振荡器(VCO)
如果间接反馈型多谐振荡器的控制电压输入端不悬空，则构成无稳态压控振荡器，电路如图7所示。图(a)电路电容C的充、放电时间分别为，振荡周期T=T1+T2，振荡频率f=1／T。当输入控制电压VI升高时频率f将会降低。图(b)电路是电压一频率转换电路(VFC)，由运算放大器和555定时器构成，改变负载电阻RL两端的电压降，就可改变555多谐振荡器的频率。若负载为RL，电流为IO，则其两端电压Vi=IORL该电压经差分放大器Al放大100倍，Al输出加到555的控制端(5脚)对其进行调制，这样，555输出(3脚)信号频率就与输入电压Vi成比例。无稳型压控振荡器主要用于脉宽调制、电压频率变换以及A／D变换等。

2．4 定时工作模式
定时工作模式实质上是单稳态工作模式的一种变形，其电路如图8所示，由于这种电路在应用电路中使用得较为广泛，所以可以作为一种基本工作模式。

定时工作模式主要用于定时或延时电路中，其稳态时VO=0，暂稳态Vo=1，输出脉冲的宽度tW等于暂稳态持续的时间，而暂稳态持续的时间取决于外接电阻R和电容C的大小。

图(a)是开机时产生高电平的定时电路，经延迟时间t后，时基电路输出端将保持输出低电平不变，如果要使3脚再次输出高电平，只需按一下按钮SB，电容C的存储电荷即通过SB泄放，2脚端受低电平触发，555置位，3脚输出高电平松开SB后定时即开始。此时电源VDD就通过定时电阻R向C充电，使C两端的电压(555的阈值端6脚电平)不断升高，当升至2/3VCC时，时基电路复位，定时结束，3脚恢复输出低电平。
图(b)是开机时产生低电平的定时电路，经延迟时间t后，时基电路输出端将保持输出高电平不变，因为开机时，由于电容C两端电压不能跃变，所以555的TH端(6脚)为高电平，555复位，3脚输出低电平。然后电源经R向C充电，使C两端电压不断升高，从而使555的触发端TR(2脚)电平不断下降，经延迟时间t后，2脚电平降至1/3VCC，时基电路置位，3脚则保持输出高电平不变。如要再次输出一个延迟时间为t的低电平，只需按一下按钮SB即可。

3 555时基电路的应用
1972年美思西格奈蒂克公司(Signetics)首次推出NE555双极性时基集成电路，原本旨在取代体积大、定时精度差的机械式定时器，但器件投放市场后，由于该集成电路成本低、使用方便、稳定性好，因此受到各界电子、电器设计与制作人员的欢迎，其应用范围远远超出了的设计者的初衷，其用途几乎涉及电子应用的各个领域。自世界上第一块NE555集成电路诞生至今30多年以来，其市场一直经久不衰，直至今天世界各国集成电路生产厂商仍纷纷竞相仿制。
3．1 NE556时基电路构成电机控制电路
NE556定时器构成的电机控制电路如图9所示，电路中NE556(1)构成无稳态多谐振荡器，NE556(2)构成单稳态多谐振荡器。R3和C3构成微分电路，VD1为限幅二极管，作用是吸收微分电路产生的正尖峰脉冲电压；NE556(2)的输出经R5和VT2激励达林顿晶体管VT1，使其通／断工作，从而驱动电动机使其运行。BP1用于调节激励VT1的周期，BP2用于控制电动机的转速。
555时基电路在控制电路与转换电路方面的应用还有：构成水位自动控制电路、上下限温度自动控制电路、电压一频率转换电路、频率一电压转换电路等。