555 单稳态多谐振荡器
零件和材料
- 一节 9V 电池
- 电池夹（Radio Shack 目录编号 270-325）
- 迷你挂钩夹（焊接到电池夹，Radio Shack 目录编号 #270-372）
- 带秒针/显示屏或秒表的手表
- 一根 11/2” 至 2”（3.8 毫米至 5 毫米）长的电线，对折（在图中显示为红色电线）
- U1 - 555 定时器 IC（Radio Shack 目录 # 276-1723）
- D1 - 红色发光二极管（Radio Shack 目录 # 276-041 或同等产品）
- D2 - 绿色发光二极管（Radio Shack 目录号 # 276-022 或同等产品）
- R1、R2 - 1 KΩ 1/4W 电阻器
- Rt - 27 KΩ 1/4W 电阻器
- Rt - 270 KΩ 1/4W 电阻器
- C1、C2 - 0.1 µF 电容器（Radio Shack 目录 272-1069 或同等产品）
- Ct - 10 µF 电容器（Radio Shack 目录 272-1025 或同等产品）
- Ct - 100 µF 电容器（Radio Shack 目录 272-1028 或同等产品）
交叉引用
电路课程 ，第 1 卷，第 13 章：“电场和电容”
电路课程 ，第1卷，第13章：“电容器与微积分”
电路课程 ，第 1 卷，第 16 章：“电压和电流计算”
电路课程 ，第 1 卷，第 16 章：“求解未知时间”
电路课程 ，第 4 卷，第 10 章：“单稳态多谐振荡器”
学习目标
- 了解单稳态多谐振荡器的工作原理
- 了解 RC 时间常数的实际应用
- 如何将 555 定时器用作单稳态多谐振荡器
原理图
插图
说明
这是最基本的555电路之一。该电路是该芯片数据表的一部分，包括按照规范进行设计所需的数学运算，这也是 555 被称为定时器的原因之一。
图中绿色LED在555输出高电平（即切换到Vcc）时亮，红色LED在555输出低电平（切换到地）时亮起。
这种特殊的单稳态多谐振荡器（也称为单稳态或定时器）不是可重新触发的类型。
这意味着一旦触发，它将在一个计时周期内忽略进一步的输入，只有一个例外，这将在下一段中讨论。
当输入变为低电平或切换到地电平时定时器启动，输出变为高电平。
您可以通过将图中所示的红线连接到地和 B 点之间，断开它，然后重新连接来证明这一点。
在此设计超时后，输入保持低电平是非法条件。
为此，添加了R3和C1以创建信号调节器，允许仅边沿触发并防止非法输入。
您可以通过在地和 A 点之间连接红线来证明这一点。
当电线插入这两个点之间的原型板时，计时器将启动，并忽略进一步的接触。
如果您强制定时器输入在超时后保持低电平，即使定时器已完成，输出也将保持高电平。一旦这个接地被移除，计时器就会变低。
Rt 和 Ct 被选择为 3 秒计时持续时间。你可以用手表来验证这一点，3 秒足够我们慢的人类实际测量它。
尝试用 27 KO 电阻器和 100 µF 电容器交换 Rt 和 Ct。既然公式的答案是一样的，那么它的操作方式应该没有区别。
接下来尝试将 Rt 与 270 KO 电阻器交换，因为 RC 时间常数现在是 10 倍，您应该接近 30 秒。
电阻器和电容器的容差可能分别为 5% 和 20%，因此您测量的计算时间可能相差 25%，但通常会更接近。
555 的另一个优点是它不受电源电压的影响。
如果您将 9V 电池换成 6V 或 12 电池，您应该得到相同的结果，尽管 LED 光强度会改变。
C2实际上不是必需的。 555 IC有这个选项，以防定时器在电源线嘈杂的环境中使用。
您可以删除它而不会注意到任何区别。 555 本身就是一个噪声源，因为输出两侧的晶体管在很短的时间内都导通，从而从电源产生电涌（以纳秒为单位）。
操作原理
查看所示的功能原理图，您可以看到引脚 7 是一个接地的晶体管。
该晶体管只是一个开关，它通常导通，直到引脚 2（通过比较器 C1 连接，为内部触发器供电）变为低电平，允许电容器 Ct 开始充电。
7 脚保持关闭状态，直到 Ct 上的电压充电到电源电压的 2/3，此时定时器超时，7 脚晶体管再次导通，在本电路中处于正常状态。
下图将显示开关的顺序，红色为较高电压，绿色为接地（0 伏），频谱介于两者之间，因为这基本上是一个模拟电路。
该图显示了整个 Ct 的电荷曲线。
图1是该电路的起点和终点，在此等待触发开始计时周期。
此时管脚7晶体管导通，保持电容Ct放电。
图 2 显示了当 555 收到触发并启动序列时会发生什么。
Ct还没来得及积压，充电已经开始。
图3为电容充电，此时电路处于稳定状态，输出为高电平。
图 4 显示超时时处于关闭状态的电路。
电容已充电至555电路上限67%，导致其内部触发器切换状态。
如图所示，三极管还没有切换，切换时会放电Ct。
图5为稳定后的电路，与图1基本相同。
相关工作表：
- 定时器电路
工业技术