555定時器內部結構?

555定時器×1 CD4060計數器×1 1．555集成定時器 555集成定時器是模擬功能和數字邏輯功能相結合的壹種雙極型中規模集成器件。外加電阻、電容可以組成性能穩定而精確的多諧振蕩器、單穩電路、施密特觸發器等。 TTL集成定時器555定時器的外引線排列圖和內部原理框圖如圖14-1、14-2所示。它是由上、下兩個電壓比較器、三個5kΩ電阻、壹個RS觸發器、壹個放電三極管 T以及功率輸出級組成。比較器 C1的同相輸入端⑤接到由三個5 kΩ電阻組成的分壓網絡的2/3Vcc處，反相輸入端⑥為閥值電壓輸入端。比較器C2的反相輸入端接到分壓電阻網絡的1/3Vcc處，同相輸入端②為觸發電壓輸入端，用來啟動電路。兩個比較器的輸出端控制RS觸發器。RS觸發器設置有復位端 ④，當復位端處幹低電平時，輸出③為低電平。控制電壓端⑤是比較器C1的基準電壓端，通過外接元件或電壓源可改變控制端的電壓值，即可改變比較器C1、C2的參考電壓。不用時可將它與地之間接壹個O．01μF的電容，以防止幹擾電壓引入。555的電源電壓範圍是+4.5～+18V，輸出電流可達100～200mA，能直接驅動小型電機、繼電器和低阻抗揚聲器。CMOS集成定時器CC7555的功能和TTL集成定時電路完全壹樣，但驅動能力小壹些，內部結構也不同，555定時器的功能表見表14-1。圖 14-1 555電路引腳圖 圖14-2 TTL電路555電路結構表14-1 555芯片功能表觸發閾值復位放電端輸出 H導通L H原狀態 H截止H L導通L 2．555定時器的應用 ①單穩態電路 單穩態電路的組成和波形如圖14-3所示。當電源接通後，Vcc通過電阻R向電容C充電，待電容上電壓Vc上升到2/3Vcc時，RS觸發器置0，即輸出Vo=0，同時電容C通過三極管T放電，RS觸發器輸入變位1、1，輸出保持不變。當觸發端②的外接輸入信號電壓Vi＜1/3Vcc時，RS觸發器置1,即輸出Vo=1，同時，三極管T截止。電源Vcc再次通過R向C充電。輸出電壓維持高電平的時間取決於RC的充電時間，待電容上電壓Vc上升到2/3Vcc時，RS觸發器置0，即輸出Vo=0，當t=tW時，電容上的充電電壓為；所以輸出電壓的脈寬 tW=RCln3≈1.1RC 壹般R取1kΩ～10MΩ，C＞1000pF。值得註意的是：t的重復周期必須大於tW，才能保證每壹個負脈沖起作用。由上式可知，單穩態電路的暫態時間與VCC無關。因此用555定時器組成的單穩電路可以作為精密定時器。圖 14-3單穩態電路的電路圖和波形圖 ②多諧振蕩器多諧振蕩器的電路圖和波形圖如圖14-4所示。電源接通後，Vcc通過電阻R1、R2向電容C充電。當電容上電VC=2/3Vcc時，閥值輸入端⑥受到觸發，比較器C1翻轉，輸出電壓Vo=0，同時放電管T導通，電容C通過R2放電；當電容上電壓Vc=1/3Vcc時，比較器C2輸出0，輸出電壓Vo=1。C放電終止、又重新開始充電，周而復始，形成振蕩。其振蕩周期與充放電的時間有關：充電時間： 放電時間： 振蕩周期：T=tPH+tPL≈0.7(R1+2R2)C 振蕩頻率：f=1/T= 占空系數： 當R2>>R1時，占空系數近似為50％。圖14-4 多諧振蕩器的電路圖和波形圖由上分析可知： a）電路的振蕩周期T、占空系數D，僅與外接元件R1、R2和C有關，不受電源電壓變化的影響。 b）改變R1、R2，即可改變占空系數，其值可在較大範圍內調節。 c） 改變C的值，可單獨改變周期，而不影響占空系數。 另外，復位端④也可輸入1個控制信號。復位端④為低電平時，電路停振。 ③ 施密特觸發器施密特觸發器電路圖和波形圖如圖14-5所示，其回差電壓為1/3Vcc。當輸入電壓大於2/3Vcc時輸出低電平，當輸入電壓小於1/3Vcc時輸出高電平，若在電壓控制端⑤外接可調電壓Vco（1.5～5V），可以改變回差電壓ΔVT。施密特觸發器可方便的地把非矩形波變換為矩形波，如三角波到方波。施密特觸發器可以將壹個不規則的矩形波轉換為規則的矩形波。施密特觸發器可以選擇幅度達到要求的脈沖，慮掉小幅的雜波。圖14-5 施密特觸發器電路圖和波形圖 3. CD4060是14位二進制串行計數器，其引腳圖如圖14－6。 ① 由14級二進制計數器和非門組成的振蕩器組成，外接振蕩電路可以做時鐘源。圖6—6　CD4060引腳圖 ② ：時鐘輸入端，下降沿計數；CP0：時鐘輸出端； ：反向時鐘輸出端。 ③ RD清零端為異步清零。 ④ 作為2Hz、4Hz、8Hz等時鐘脈沖源時，典型接線方法如圖14-7，從計數器輸出端可以得到多種32.678kHz的分頻脈沖。圖6-7 4060作為時鐘源 ⑤ 可以加上RC回路構成時鐘源。如圖14-8，其中T≈1.4RC 圖6-8 RC回路作為時鐘源圖6-6 CD4060引腳圖 4. CD4017是十進制計數器/時序譯碼器，內部有壹個十進制計數器和壹個時序譯碼器，圖14-9是其引腳圖，CP為時鐘脈沖輸入，上升沿計數， 為允許計數，低電平有效，計數時Q0～Q9的十個輸出端依次為高電平，RD為異步清零端，RD=1時Q0=1。計數器的輸出Q0～Q4=1時進位Co=1，Q5～Q9=1時Co=0。圖6—9　CD4017引腳圖普通計數器作為分頻時，從計數器輸出引腳可以得到CP的2、4、8…分頻的信號，用N進制計數器可以得到N分頻信號。依此原理用CD4017可以方便得到2～10分頻信號，將CD4017輸出端Q2～Q9分別與復位端相連，可以構成2～9的分頻。如圖14-10所示構成3分頻，當高電平移到Q3時，計數器復位，重新計數，3分頻信號可以從Q0～Q2中壹個輸出，不接反饋復位則可以得到10分頻。三、預習要求 1．熟悉用555集成定時器和外接電阻、電容構成的單穩觸發器、多諧振蕩器和施密特觸發器的工作原理。圖14－10　CD4017應用 2．熟悉CMOS門電路與RC電路或晶體振蕩器組成時鐘源的方法。圖14-10　CD4017應用 3．圖 14-3接線圖中。當 C=22μF時，計算Rw為多少時，Tw為1秒。 4. 圖 14-4接線圖中。R1＝10kΩ，R2＝10kΩ，C＝22?0?8F，計算Rw為多少時，T為1秒。 5．熟悉時鐘信號分頻的方法。四、實驗內容 1．用 555集成定時器構成單穩態電路。按圖 14-3接線。當 C=22μF時，用負單脈沖輸入到信號Vi，調節電位器RW觀察單穩時間變化，計算周期TW的變化範圍。 2．按圖14-4所示電路組裝占空比可調的多諧振蕩器。取 R1＝10kΩ，R2＝10kΩ，C＝22?0?8F，調節電位器RW觀察振蕩信號周期變化，計算周期T的變化範圍。 3．按圖14-7接線，觀察Q12、Q13、Q14引腳輸出的時鐘頻率。 4．按圖14-10所示電路接線，對上題中得到的時鐘信號分頻，改變清零反饋接線方法，從Q1端得到2～10分頻信號。五、實驗報告內容 1. 實驗目的、內容。 2. 記錄實驗數據和觀測到的現象。 3. 比較實驗原始數據和理論計算值。 4. 比較RC振蕩電路和晶體震蕩電路的優、缺點。