硬件工程师笔记——555定时器应用Multisim电路仿真实验汇总

目录

一 555定时器基础知识

二、引脚功能

三、工作模式

1. 单稳态模式：

2. 双稳态模式（需要外部电路辅助）：

3. 无稳态模式（多谐振荡器）：

4. 可控脉冲宽度调制（PWM）模式：

四、典型应用

五、优点

二 555无稳态触发器

三 555单稳态触发器

四 555双稳态触发器

五 555方波振荡器

一、电路原理

（一）电路连接

（二）工作过程

二、频率和占空比计算

（一）振荡频率

（二）占空比

（三）高电平时间和低电平时间

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一 555定时器基础知识

555定时器是一种非常经典的集成电路，广泛应用于各种电子电路中。

• 基本结构

555定时器是一种模拟  数字混合集成电路，其内部主要包含以下部分：

1. 两个电压比较器：

    一个是同相输入端为2/3Vcc（Vcc是电源电压），反相输入端为阈值输入端（TH）的比较器。

    另一个是同相输入端为1/3Vcc，反相输入端为触发输入端（TR）的比较器。

2. 一个基本RS触发器：由两个比较器的输出控制。

3. 一个放电晶体管：其集电极接在放电端（DIS），发射极接地，用于在某些模式下对电容放电。

4. 一个输出缓冲器：提供稳定的输出信号。

二、引脚功能

555定时器通常有8个引脚，其功能如下：

1. 1号引脚（GND）：接地端。

2. 2号引脚（TR）：触发端，当输入电压低于1/3Vcc时，比较器输出高电平，使RS触发器置位，输出高电平。

3. 3号引脚（OUT）：输出端，提供定时器的输出信号。

4. 4号引脚（RESET）：复位端，当输入低电平时，可使定时器复位，输出低电平。

5. 5号引脚（CV）：控制电压端，可用于改变比较器的基准电压，通常通过电容接地以防止干扰。

6. 6号引脚（TH）：阈值端，当输入电压高于2/3Vcc时，比较器输出高电平，使RS触发器复位，输出低电平。

7. 7号引脚（DIS）：放电端，与放电晶体管相连，可用于对电容放电。

8. 8号引脚（Vcc）：电源正极。

三、工作模式

555定时器主要有以下几种工作模式：

1. 单稳态模式：

    当触发端（TR）输入一个低电平脉冲时，输出端（OUT）会输出一个高电平脉冲，脉冲宽度由外部电容和电阻决定。

    该模式常用于脉冲整形、延时等应用。

2. 双稳态模式（需要外部电路辅助）：

    通过外部电路，可使555定时器在两个稳定状态之间切换，类似于一个触发器。

3. 无稳态模式（多谐振荡器）：

    输出端（OUT）会产生连续的方波信号，频率由外部电容和电阻决定。

    该模式常用于产生时钟信号、驱动蜂鸣器等。

4. 可控脉冲宽度调制（PWM）模式：

    通过改变控制电压端（CV）的电压，可调节输出脉冲的占空比。

    该模式常用于调光、调速等应用。

四、典型应用

1. 定时电路：可用于延时控制，例如延时启动、延时关闭等。

2. 振荡电路：产生方波信号，可用于驱动电机、蜂鸣器等。

3. 脉冲整形电路：将不规则的脉冲信号整形为标准的方波信号。

4. PWM调制电路：用于调光、调速等应用。

5. 其他应用：如电子琴、电子宠物等。

五、优点

1. 成本低：555定时器价格低廉，易于获取。

2. 使用简单：电路简单，易于理解和设计。

3. 可靠性高：在适当的条件下，工作稳定可靠。

4. 兼容性强：可与多种电路兼容，应用范围广泛。

二 555无稳态触发器

如上图所示，红色线表示输出，开关切换至小灯作为负载，小灯闪烁。

如上图所示，开关切换至蜂鸣器作为负载，蜂鸣器工作。

如上图所示，在无稳态模式下，555定时器担当电子振荡器作用。其输出依据配置的周期从逻辑高电平连接切换到逻辑低电平。可用于脉冲生成、逻辑时钟生成、LED和闪光灯。

三 555单稳态触发器

如上图所示，单稳态也称为“一次性”模式，触发时(当触发端（TR）输入一个低电平脉冲时，输出端（OUT）会输出一个高电平脉冲)，定时仅产生一个输出脉冲并返回到稳定状态，用途包括时间延迟生成，触摸开关、脉冲宽度调制等等。

四 555双稳态触发器

如下图所示，开关S1和S2的不同组合状态可以产生不一样的输出结果。

如上图所示，在双稳态模式下，定时器充当触发器，因为有2种稳定模式，所以可以使用定时器存储1位数据。

五 555方波振荡器

调节占空比滑动变阻器为90%，对应输出为红色线所示，占空比较小。

调节占空比滑动变阻器为30%，对应输出为红色线所示，占空比较大。

555定时器构成的方波振荡器是一种非常实用的电路，能够产生稳定的方波信号。这种电路广泛应用于时钟信号源、驱动电路、音频信号发生器等领域。

一、电路原理

555方波振荡器通常工作在无稳态模式（也称为多谐振荡器模式）。在这种模式下，555定时器的输出端（3号引脚）会输出一个连续的方波信号，其频率和占空比可以通过外部电阻和电容来调节。

（一）电路连接

1. 电源连接：

   8号引脚（Vcc）接电源正极。

   1号引脚（GND）接地。

2. 核心连接：

   2号引脚（触发端）和6号引脚（阈值端）短接，作为输入端。

   7号引脚（放电端）通过电阻R2连接到电源Vcc。

   6号引脚（阈值端）通过电阻 R1连接到电源Vcc。

   在6号引脚和地之间连接一个电容C。

   输出端（3号引脚）可以连接到负载或其他电路。

（二）工作过程

1. 初始状态：

   电容 C 通过电阻R1和R2向电源Vcc充电。

   当电容C的电压上升到2/3Vcc时，6号引脚（阈值端）检测到高电平，比较器输出高电平，使RS触发器复位。

   输出端（3号引脚）输出低电平，同时7号引脚（放电端）的放电晶体管导通。

2. 放电过程：

   电容C通过电阻R2和7号引脚（放电端）放电。

   当电容C的电压下降到1/3Vcc时，2号引脚（触发端）检测到低电平，比较器输出高电平，使RS触发器置位。

   输出端（3号引脚）输出高电平，同时7号引脚（放电端）的放电晶体管截止。

3. 充电过程：

   电容C再次通过电阻R1和R2向电源Vcc充电，重复上述过程。

如此循环，形成连续的方波信号。

二、频率和占空比计算

（一）振荡频率

振荡频率f取决于电阻R1、R2和电容C的值，计算公式为：

f =1.44/((R1+2R2)*C)

其中：

R1和R2的单位为欧姆（Ω）。

C的单位为法拉（F）。

f的单位为赫兹（Hz）。

（二）占空比

占空比D是高电平时间与周期之比，计算公式为：

D =(R1+R2)/(R1 + 2R2)

当R1远大于R2时，占空比接近100%。

当R2远大于R1时，占空比接近50%。

（三）高电平时间和低电平时间

高电平时间tH：

tH=0.693*(R1+R2)*C

低电平时间tL：

tL=0.693 *R2* C

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