使用NE555实现的延时开关电路
NE555 的电气特性
555系列有几种不同的规格
-
NE555是民用版本, 推荐的工作温度是 0 - 70
-
NA555, SA555, SE555 是工业版本, 推荐工作温度为 -40 - 100
-
电压: 最高18V, 推荐工作电压15V以内
-
电流: Pin3 输出电流支持 ±225 mA, 推荐的工作电流区间是 ±200 mA. 注意: 支持反向的电流
-
输出电平压降
- 输出低电平, 负载到200mA时, VCC 15V -> Vout 2.5V
- 输出高电平, 负载到200mA时, VCC 15V -> Vout 12.5V
NE555 的工作机制
NE555 通过 Trigger(Pin2) 和 Threshold(Pin6) 检测电压并控制输出
- 如果 Trigger(Pin2) 检测到任何低于电源电压1/3的电压, 它就会打开Pin3输出
- 如果 Threshold(Pin6) 检测到任何超过电源电压2/3的电压, 它将关闭Pin3输出
- 每当 Pin3 输出处于关闭状态时, Discharge(Pin7)放电引脚内部接地，即其内部连接到GND
开机延时启动电路
这种电路一般用来控制电源的延迟接通或控制其他电源电路的延迟接通.
上面电路的工作机制
- 电路通电后, 电容C充电可以视为通路, Trigger(Pin2), Threshold(Pin6)处于高电平, Pin3 输出关闭
- 电容C充电过程中 Pin2, Pin6 电位下降
- 到 Pin2 电位低于 1/3VCC 时， Pin3 打开输出, 并一直保持下去
电路的延迟时间(单位:秒)计算
T = 1.1 * R * C
电路中的二极管VD, 用于电源断电后电容C放电.
开关控制的延时电路
下图是使用电阻和电容的简单延时器的电路。电路自动开启/关闭输出的时间是固定的，可以使用计算部分提到的公式计算. 如果要控制交流电器或者大电流负载例如直流电机, 需要在555的输出端增加一个继电器.
如果将电阻换成可变电阻, 就可以调节延时的时间范围.
开关延时电路工作原理
当该电路刚通电时, Pin3输出处于关闭状态. 当输出关闭时 Discharge(Pin7)在内部接地, 因此电容完全放电
当开关被按下时, 会发生如下变化
- Trigger(Pin2) 被接地了, 由于Pin2电压小于 VCC 的1/3, Pin3 输出开启
- 因为输出开启, Discharge(Pin7) 和 GND 断开了, 不再接地
- 470uF这个电容会通过电阻开始充电
- 因为 Threshold(Pin6) 连到电容正极, 它会检测到电容正极的电压, 当电容充电到 VCC 的2/3时, 就会关闭 Pin3 的输出
- 以上, 470uF电容从 0V 充电到 2/3 VCC 的这段时间, 就是延迟时间
- 因为 Pin3 的输出关闭, Pin7 在内部重新连接到 GND, 电容开始放电, 直到电压归0
每次按下按钮开关时，重复上述步骤
延时顺序启动电路
一些大功率电器在启动时需要按顺序启动, 通过NE555电路可以提供这种顺序控制. 下图是一个典型应用
计算计时器的延迟时间
电路延时的时间长度, 等于电容从 0V 充电到 2/3 VCC 所需的时间, 理论上该值等于:
T = 1.1 * R * C
其中T是以秒为单位的时间, R, C是电阻和电容的值. 例如在固定延时的电路图中使用68K电阻和470uF电容, 其延迟时间为
T = 1.1 * (68000) * (0.000470) = 32 seconds
一般会固定电容值, 计算对应的电阻, 例如如果需要60秒的延迟
60 = 1.1 * R * (0.000470)
通过这个式子可以得到R值是116K. 而在实际使用中由于电容的放电, 延迟时间将高于计算值
LTspice XVII 模拟
以下是使用 LTspice XVII 模拟的开关控制延时电路, 以下信息都可以从截图中获取, 为了方便阅读用文字描述一下
- 时间跨度为10秒
- 电源电压5V
- 使用一个反向脉冲模拟开关动作, 脉冲宽度即按下开关的时间为0.1秒
- 蓝线代表反向脉冲的电压曲线
- 绿线代表OUT上的电压
可以看到在按下按钮(即脉冲的下降沿)时, OUT输出高电平, 并保持了3.5秒之后才掉回低电平, 实现了延时效果.
日常应用
- 电器的延时启动. 对于经常停电的地方, 可以防止在来电那一刻的电涌烧坏电器, 等待电压稳定后再给电器上电
- 楼道灯, 按一下亮3分钟, 节约用电
- 控制输出设备一个接一个地启动(可以通过555的 reset 脚, 级联多个延时电路来实现)
