基于555定时器组成的稳态威廉希尔官方网站 分析

描述

555定时器是一款经典的芯片,从学校实验板到工业产品到处可见它的身影,其组成的威廉希尔官方网站 千变万化,本篇就555组成的三类基础威廉希尔官方网站 重点分析其工作原理,由这三类基本威廉希尔官方网站 再去分析其他威廉希尔官方网站 就简单多了。

555定时器

内部等效图如下:2个比较器+1个三极管+1个RS触发器+1个非门。

555定时器

真值表如下:

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整体说来,555组成的威廉希尔官方网站 可以分为三种:无稳态威廉希尔官方网站 ,单稳态威廉希尔官方网站 ,双稳态威廉希尔官方网站 。

  1. 无稳态威廉希尔官方网站 :也称多谐振荡器,或是自激多谐振荡器威廉希尔官方网站 ,与单稳态威廉希尔官方网站 、双稳态威廉希尔官方网站 的明显不同之处在于这种威廉希尔官方网站 输出端高低电平两种状态不断交替循环,即只有两个暂态,没有稳态,威廉希尔官方网站 也不需要外部触发信号。
  2. 单稳态威廉希尔官方网站 :单稳态威廉希尔官方网站 只有一种稳定的输出状态,在外界触发信号的作用下,威廉希尔官方网站 从稳态翻转到暂态,在暂态维持一段时间后,又回到稳态。
  3. 双稳态威廉希尔官方网站 :和以上单稳态威廉希尔官方网站 相比较,双稳态威廉希尔官方网站 有二种稳定的输出状态,并且在外加触发信号的作用下,可以由一种稳定状态转换为另一种稳定状态。

一.无稳态威廉希尔官方网站 ——脉冲宽度调制(PWM)威廉希尔官方网站

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以上威廉希尔官方网站 是比较常用的PWM产生威廉希尔官方网站 ,R3电位器左右调节阻值还可在频率不变的情况下调节PWM占空比。

分析工作过程:

1.第一阶段:初始上电阶段由于D2二极管处于截止状态,所以电源V1通过R1、R3左给电容C1充电,C1两端电压介于0-1/3VCC之间时,output脚输出高电平,discharge脚为高阻态;

2.第二阶段:如果C1继续充电,电压上升,在介于1/3VCC-2/3VCC时,output脚保持高电平,discharge脚保持不变;

3.第三阶段:当C1两端电压大于2/3VCC时,output脚、discharge脚变为低电平,C1上电荷通过R2、R3右逐渐释放,C1两端电压逐渐降低,在C1两端电压小于1/3VCC瞬间,output脚变为高电平,discharge脚变为高阻态。

由于第三阶段之后只有一瞬间进入第一阶段,所以可以认定后续状态为第二阶段与第三阶段不断循环。

结合真值表及电容C1的充电曲线,可得到以下公式:

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其中Vf为二极管压降,VCC为供电电压。

由上式可以得出结论:

1.R1、R2、R3、C1值不改变的情况下,调节R3电位器,只改变占空比,不改变频率;

2.很多人计算时不考虑系数K,不考虑的话实际结果和计算会有较大误差。

仿真威廉希尔官方网站 :

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仿真结果:

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思考一下,绿色框标记的部分Ton时间比后续Ton长?

初始上电时V0=0,而后续状态V0=1/3VCC,充电时间自然就不一样。

二.单稳态威廉希尔官方网站 ——延时开关威廉希尔官方网站

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分析工作过程:

1.第一阶段:未触发开关,由于2脚为高电平,所以3脚Output和7脚Discharge电平一直在低电平与保持状态之间来回切换,因此3脚Output表现为低电平;

2.第二阶段:触发开关,导致2脚接地,产生低电平,满足小于1/3 Vcc条件,因此3脚Output变成高电平,同时7脚Discharge变成高阻态,此时C4开始充电,两端电压逐渐升高。在C4两端电压大于2/3 Vcc瞬间,3脚Output、7脚Discharge也变成低电平,C4放电至两端电压为0,恢复初始的稳定状态。

延时时间计算:

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仿真结果:

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三.双稳态威廉希尔官方网站 ——单按键开关威廉希尔官方网站

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分析工作过程:

1.第一阶段:在初始上电时,R8、R9分压,由于C6的存在,所以2脚和6脚电压逐渐上升,最终稳定在1/2VCC,由于上升过程中电压会经过1/3VCC电压点,所以最终输出会稳定在3脚Output保持高电平不变,7脚Discharge保持高阻态不变,由于3脚Output高电平,所以C5持续充电保持高电平;

2.第二阶段:第一次触发按键K1,C5两端电压加在R9两端会产生大于2/3VCC的尖峰电压,2脚、6脚电压超过2/3VCC阈值电压,3脚Output、7脚Discharge则输出低电平,此时R8、R9、R10分压,由串并联计算可知,2脚、6脚电压介于1/3VCC与2/3VCC之间,查真值表可知,3脚Output保持低电平不变,7脚Discharge保持低电平不变,按键松手后,C5上电荷通过R10电阻逐渐释放至两端为0;

3.第三阶段:第二次触发按键K1,按下瞬间C5电容可等效为短路,会将2脚、6脚电压拉低到1/3VCC以下,查真值表可知,3脚Output变为高电平,7脚Discharge变为高阻态,按键松手前,R8、R9、R10分压,2脚、6脚电压介于1/3VCC与2/3VCC之间,3脚Output保持高电平,7脚Discharge保持高阻态,按键松手后,3脚Output输出高电平持续为C5电容充电;

后续继续按下按键则实现第二阶段与第三阶段的循环。

注意以上威廉希尔官方网站 中C5取值时应该满足以下条件:

1.容量不可太大,若太大,R10*C5充放电时间较长,快速按键时无法在2脚6脚产生足够的电压幅值变化;

2.容量不可太小,若太小,按键按下时C5等效阻抗太小无法拉低2脚6脚电压。

仿真威廉希尔官方网站 :

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仿真结果:

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以上篇幅介绍了555定时器应用的三种基本威廉希尔官方网站 :无稳态威廉希尔官方网站 、单稳态威廉希尔官方网站 、双稳态威廉希尔官方网站 ,其余威廉希尔官方网站 均是在这三种威廉希尔官方网站 基础上延伸出来的,我们在分析威廉希尔官方网站 时,无论多复杂的威廉希尔官方网站 都可以拆分开来具体分析,化繁为简,都会迎刃而解。

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