555定时器组成的单稳态触发器

 

　　555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极型（TTL）工艺制作的称为 555，用 互补金属氧化物（CMOS ）工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。

　　555定时器组成单稳态触发器

　　一、电路结构

　　

　　图1 用555定时器组成单稳态触发器

　　1．外触发（高触发置0端 TH）置0→

　　通过电容C的充放电使低触发置1端TR有效→自动返回稳态1得到负脉冲

　　2，外触发器（低触发置1端TR）置1→

　　通过电容C的充放电使高触发置0端 TH有效→自动返回稳态0得到正脉冲。

　　UI=TR，V 的集电极通过电阻R接Vcc，通过电容C接地。R和C为定时元件。

　　二、工作原理

　　1． 稳定状态

　　无外触发时，U1为高电平UIH，稳态为0，UC1=0，UO=0。

　　通电后，Vcc经电阻R对电容C充电，当电容C上的电压UC≧2/3Vcc时，Uc1=0，同时，UI》2/3Vcc，Uc2=1，Q=O， Q =1，输出U0=0。三极管V导通，电容C经V迅速放完电，UC≈0，UC1=1，这时基本RS触发器的两个输入信号都为高电平1，保持0状态不变。

　　2． 触发器进入暂稳态

　　当U1由UIH→小于1/3Vcc的低电平时，Uc2=0，此时Uc1=1，基本RS触发器置1，Q=1，Q =0，输出UO由低电平跃变到高电平UOH，同时三极管V截止，这时电源Vcc经R对C充电，电路进入暂稳状态。在暂稳态期内输入电压UI回到高电平，使UC2=1

　　3． 自动返回稳定状态

　　C充电时，当Uc↑（逐渐增大）到Uc≥2/3Vcc时，Uc1=0，此时Q=0， Q =1，输出UO由高电平UoH跃到低电平UOL。同时，三极管V导通，C经V迅速放完电，Uc=0。电路返回稳定状态。

　　三 参数计算

　　脉冲宽度tw指暂稳态维持的时间，为电容C上的电压由0V充到2/3Vcc时所需时间，可用下式估算

　　tw=RCln3≈1.1RC

　　由555构成的单稳态触发器及工作波形如下图所示。

　　

　　电源接通瞬间，电路有一个稳定的过程，即电源通过电阻R向电容C充电，当 Vc 上升到 2/3Vcc 时，触发器复位， Vo 为低电平，放电BJT T导通，电容C放电，电路进入稳定状态。若触发输入端施加触发信号（ V1《1/3Vcc ），触发器发生翻转，电路进入暂稳态， Vo 输出高电平，且BJT T截止。此后电容C充电至 Vc=2/3 Vcc 时，电路又发生翻转， Vo 为低电平，T导通，电容C放电，电路恢复至稳定状态。如果忽略T的饱和压降，则 Vc 从零电平上升到 2/3 Vcc的时间，即为输出电压 Vo的脉宽 tw：tw=RCln3≈1.1RC

　　这种电路产生的脉冲宽度可从几个微秒到数分钟，精度可达0.1%。

　　通常R的取值在几百欧姆之间，电容取值为几百皮法到几百微法。由图6.28可知，如果在电路的暂稳态持续时间内，加入新的触发脉冲，如图6.29中的虚线所示，则该脉冲不起作用，电路为不可重复触发单稳。

　　由555定时器构成的可重复单稳电路如下图所示。

　　

　　当 Vi 输入负向脉冲后，电路进入暂稳态，同时BJT T导通，电容C放电。输入脉冲撤出后，电容C充电，在 Vc未冲到2/3 Vcc之前，电路处于暂稳态。如果在此期间又加入新的触发脉冲，BJT T又导通，电容C在此放电，输出仍然维持在暂稳态。只有在触发脉冲撤出后且在输出脉宽 tw 时间间隔内没有新的出发脉冲，电路才返回到稳定状态。这种电路可作为失落脉冲检出电路，对机器的转速或人体的心率进行监视，当机器转速降到一定限度或人体的心率不齐时就发出报警信号。

　　如果在控制电压端（5脚）施加一个变化电压，又555构成的单稳态电路可作为脉冲宽度调制器，如图4所示。

　　

　　当控制电压升高时，电路的阈值电压也升高，输出的脉冲宽度随之增加；而当控制电压降低时，电路的阈值电压也降低，单稳的输出脉宽则随之减小。因此，若控制电压如图b所示的三角波时，在单稳的输出端便得到一串随控制电压变化的脉冲宽度调制波。从 Vic 与Vo 波形关系可看出，该电路可实现电压—频率转换。