第4节 555 单稳态多谐振荡器 (修订中)
[TOC]
零件和材料
- 一节 9V 电池
- 电池夹（Radio Shack 目录号 270-325）
- 迷你钩夹（焊接到电池夹，Radio Shack 目录 # 270-372）
- 带有秒针/显示或秒表的手表
- 一根 11/2 英寸到 2 英寸（3.8 毫米到 5 毫米）长的电线，对折（图中显示为红线）
- 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 (opens new window)”
电路课，第 1 卷，第 13 章：“电容器和微积分 (opens new window)”
电路课程，第 1 卷，第 16 章：“电压和电流计算 (opens new window)”
电路课程，第 1 卷，第 16 章：“求解未知时间 (opens new window)”
电路课程，第 4 卷，第 10 章：“单稳态多谐振荡器 (opens new window)”
学习目标
- 了解单稳态多谐振荡器的工作原理
- 学习 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，示意图
插图
指示
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，具有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。
当 555 输出为高电平（即切换到 Vcc）时，图中所示的绿色 LED 亮起，而当 555 输出为低电平（切换到接地）时，红色 LED 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，它将在一个定时周期内忽略进一步的输入，但有一个例外，将在下一段中讨论。
当输入变低或切换到地电平时定时器启动，输出变高。
您可以通过在接地和 B 点之间连接图中所示的红线、断开它并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。
出于这个原因，添加了 R3 和 C1 来创建一个信号调节器，这将只允许边沿触发并防止非法输入。
您可以通过在地线和 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，输出将保持高电平，即使定时器已完成。一旦这个接地被移除，计时器就会变低。
选择 Rt 和 Ct 进行 3 秒的计时持续时间。你可以用手表来验证这一点，3 秒的时间足以让我们慢下来的人实际测量它。
尝试用 27 KO 电阻和 100 µF 电容交换 Rt 和 Ct。由于公式的答案是相同的，因此它的操作方式应该没有区别。
接下来尝试用 270 KO 电阻器交换 Rt，因为 RC 时间常数现在大 10 倍，您应该接近 30 秒。
电阻器和电容器可能分别有 5% 和 20% 的容差，因此您测量的计算时间可以变化多达 25%，尽管通常会更接近。
555 的另一个不错的特点是它不受电源电压的影响。
如果您将 9V 电池更换为 6V 或 12 电池，您应该会得到相同的结果，尽管 LED 光强度会发生变化。
C2实际上不是必需的。如果定时器在电源线嘈杂的环境中使用，555 IC具有此选项。 (opens new window)
您可以删除它而不会注意到差异。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在导通，从而从电源产生电涌（以纳秒为单位）。
操作理论
查看显示的功能示意图，您可以看到引脚 7 是一个接地的晶体管。
这个晶体管只是一个开关，它通常会导通，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，从而允许电容器 Ct 开始充电。
引脚 7 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，引脚 7 晶体管再次导通，在此电路中处于正常状态。
下图将显示切换顺序，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 Ct 上的电荷曲线。
图 1 是该电路的起点和终点，它正在等待触发器开始计时周期。
此时管脚 7 晶体管导通，保持电容 Ct 放电。
图 2 显示了当 555 接收到触发并启动序列时发生的情况。
Ct还没来得及积累电压，但已经开始充电了。
图 3 显示了电容器充电，在此期间电路处于稳定配置且输出为高电平。
图 4 显示了超时时处于关闭状态的电路。
电容器已充电至 67%，即 555 电路的上限，导致其内部触发器切换状态。
如图所示，晶体管尚未切换，它会在切换时对 Ct 进行放电。
图 5 为稳定后的电路，与图 1 基本相同。
相关练习：
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