从多谐振荡器详细解析到555定时器基本电路（控制LED闪烁）

在学期末，笔者参加了学校的电工实习，前六天做都很快，但是今天要做一个关于555多谐振荡器的LED闪烁电路，由于笔者没有提前准备，导致今天就算把电路搭建出来也不懂具体原理，耗费了不少时间，所以我打算专门开一个博文来详细解析这个芯片。

本文以TI公司生产的NE555P芯片为例来说明（不同厂家生产的555芯片几乎都是一样的）。

• 无稳态振荡器（自激多谐振荡器）——astablemultivibrator（分立元器件搭建）
  

多谐振荡器电路是一种矩形波产生电路（属于数字电路，三极管不工作在放大线性区）。这种电路不需要外加触发信号便能连续地、周期性地自行产生矩形脉冲。该脉冲是由基波和多次谐波构成，因此称为多谐振荡器电路。

可以由分立器件搭建。

1. 电路实例

 2. 电路详解

（1）首先我们得明白，世界上没有任何两个参数一模一样的三极管，每一个三极管就算型号一样，参数多多少少都会有差异，只不过是很微小而已，对于普通电路这个一般可以忽略，但是这个小结论是多谐振 荡器可以起振的根本原因。当电路刚接上电源时，两个晶体管都是截止状态。不过，当这两个晶体管的基极电压一起上升时，由于晶体管制造过程中不可能把每个晶体管的导通延时控制得一样，所以必然有其中一个晶体管抢先导通。于是此电路便进入其中一种状态，而且也保证可以持续振荡。

（2）第二个我们要明白的基本原理就是：通电瞬间，电容可以视作短路，在一定时间（很短），电容会电荷充满，变成断路状态。

（3）第三个我们需要明白的基本原理就是：三极管在发射结和集电结都处于正偏状态下为饱和状态。在集电结反向偏置，发射结偏置电压小于PN结开启电压，发射极电流为零的情况下为截止状态。

 

   然后我们就可以开始分析电路了。

 

（4）上电瞬间C2右端与C1左端在电阻的上拉作用下都会由高电平，这个高电位都可以让两个三极管导通，但因为参数的微小差异，必然有一个三极管先导通，我们假设BG1先导通，因为正反馈，BG1导通直至进入饱和状态（BG2原理一样），则这时VC1被三极管拉到接近0电位而使其小于三极管BE开启电压。

（5）由于电容C2两端电压不能突变，所以因为电容C2电压为左正右负，而电容C2电压左端电压为接近0电位，所以C2右端电压被强行拉低为负电位，而C2右端电压等于BG2基极电压，有高电位被拉到负电 位，则BG2的BE两极反向偏置，确保为截止状态，此时达到第一个暂稳态：BG1饱和，BG2截止。

（6）同时电容C2两端电压虽不会突变,但是不是不变,在这段时间内EC会通过电阻Rb2给C2充电，则C2电压会逐渐由左正右负（相对来说）变为左负右正，这时右边的BG1导通，C2左边一直维持为接近0电 位，而右边电压由被拉低到负电位逐渐变成正电位直至到达0.6V（三极管导通电压）

（7）到达0.6V之后，BG2开始导通直到变为饱和状态，这时BG2的集电极被拉低到接近0电位，因为一开始C1充电使得C1电压极性为左负右正，此时C1右端又是接近0电位，同理根据电容电压不能突变原理,C左端电压由高电位被强行拉低到负电位，所以可以确保BG1进入截止状态，此时到达第二个暂稳态：BG1截止，BG2导通。

（8）如此周而复始，BG1与BG2将轮流导通。此时可以在电路中加入二极管使其出现交替闪烁的现象，此时Rb1与Rb2起到限流电阻的作用。多谐振荡电路的振荡周期＝T1+T2. T1≈0.7Rb1C1，T2≈0.7Rb2C2.

以上电路的电阻电容参数都是完全对称的,如果要获得两个LED点亮时间不一样的现象，改变两边RC参数即可。当两边对称时，总周期T=1.4RC

3.波形表示

 

 

•  555多谐振荡器芯片（以TI公司的NE555P芯片为例）

1.实物图片（DIP封装） 

 

 

 

 

2. 厂家DATASHEET芯片引脚图顺序说明：

 

3.Overview与一些参数

（1）555计时器是一个易于使用的从10µs到小时或从< 1 mhz到100kHz的定时器。在时延或单稳态运行模式下，时间间隔由单个外部电阻和电容网络控制。在稳定运行模式下，频率和占空比可由两个外部电阻             和一个外部电容独立控制。VCC越高，最大输出和放电电流越大，VCC越低，最大输出和放电电流越小。

（2）VCC供电电压：4.5 V to 16 V。供电电压为5V时，可以兼容TTL电平。

 

4.芯片内部大体电路

 

 

 逐一分块解析

 （1）RS触发器

与此处连接的RESET脚一般直接与VCC相连即可，RESET输入为0V时，Vout=0V.

 

 

 （2）THRES与TRIG引脚

英文数据手册

中文对比

 

 

 

（3）CONT脚

5脚为控制端,平时输入2/3Vcc作为比较器的参考电平,当5脚外接一个输入电压,即改变了比较器的参考电平,从而实现对输出的另一种控制。如果不在5脚外加电压通常接0.01uF电容到地,起滤波作用,以消除外来的干扰,确保参考电平的稳定。

（4）DISH脚

为放电端，所接为放电管（三极管）

 5.最小基本电路来控制一个LED的闪烁：

 

 

 R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚）和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压为低电平，Uc 小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出为高电平，放电三极管（接DISCH引脚的内部电路）截止。这时，电源经R1，R2对电容C充电，使电压按指数规律上升，当Uc 上升到（2/3）Vcc时，输出为低电平，放电管V1导通，把Uc 从（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc. 由于放电管V1导通，电容C通过电阻R2和放电三极管放电，电路进人第二暂稳态，其维持时间的长短与电容的放电时间有关，随着C的放电，下降，当下降到（1/3）Vcc时，输出为高电平，放电管V1截止，Vcc再次对电容C充电，电路又翻转到第一暂稳态。波形如下图所示：

 

 

 电路具体参数的设定

 

（1） 改变C的值可以改变周期。调节R1与R2的阻值比可以改变占空比

（2）第一个暂稳态的脉冲宽度：Uc充电时间为Tw1≈0.7*（R1+R2）*C

（3）第二个暂稳态的脉冲宽度：Uc放电时间为Tw2≈0.7*R2*C

（4）因此，振荡周期T=Tw1+Tw2=0.7(R1+2R2)C，振荡频率f=1/T.正向脉冲宽度Tw1与振荡周期T之比称矩形波的占空比D，由上述条件可得D=（R1+R2）/（R1+2R2），若使R2>>R1，则D≈1/2，即输出信号           的正负向脉冲宽度相等的矩形波（方波）。

6. 第二扩展电路：可调节闪烁速度的闪光灯电路

 

 

调节可变电阻RP1可以改变输出的振荡信号的频率,信号从3脚输出一个高低电平,控制LED1和LED2闪烁。当输出高电平的时候,LED2亮,LED1不亮;当输出低电平的时候,LED2不亮,LED1亮;3脚不停地输出高低电平的方波,其效果看起来就是双灯闪烁,而且闪烁的速度可调。

以上

From Wilson_hhx

2019/12/17