從多諧振盪器詳細解析到555定時器基本電路（控制LED閃爍）

在學期末，筆者參加了學校的電工實習，前六天做都很快，但是今天要做一個關於555多諧振盪器的LED閃爍電路，由於筆者沒有提前准備，導致今天就算把電路搭建出來也不懂具體原理，耗費了不少時間，所以我打算專門開一個博文來詳細解析這個芯片。

本文以TI公司生產的NE555P芯片為例來說明（不同廠家生產的555芯片幾乎都是一樣的）。

• 無穩態振盪器（自激多諧振盪器）——astablemultivibrator（分立元器件搭建）
  

多諧振盪器電路是一種矩形波產生電路（屬於數字電路，三極管不工作在放大線性區）。這種電路不需要外加觸發信號便能連續地、周期性地自行產生矩形脈沖。該脈沖是由基波和多次諧波構成，因此稱為多諧振盪器電路。

可以由分立器件搭建。

1. 電路實例

 2. 電路詳解

（1）首先我們得明白，世界上沒有任何兩個參數一模一樣的三極管，每一個三極管就算型號一樣，參數多多少少都會有差異，只不過是很微小而已，對於普通電路這個一般可以忽略，但是這個小結論是多諧振 盪器可以起振的根本原因。當電路剛接上電源時，兩個晶體管都是截止狀態。不過，當這兩個晶體管的基極電壓一起上升時，由於晶體管制造過程中不可能把每個晶體管的導通延時控制得一樣，所以必然有其中一個晶體管搶先導通。於是此電路便進入其中一種狀態，而且也保證可以持續振盪。

（2）第二個我們要明白的基本原理就是：通電瞬間，電容可以視作短路，在一定時間（很短），電容會電荷充滿，變成斷路狀態。

（3）第三個我們需要明白的基本原理就是：三極管在發射結和集電結都處於正偏狀態下為飽和狀態。在集電結反向偏置，發射結偏置電壓小於PN結開啟電壓，發射極電流為零的情況下為截止狀態。

 

   然后我們就可以開始分析電路了。

 

（4）上電瞬間C2右端與C1左端在電阻的上拉作用下都會由高電平，這個高電位都可以讓兩個三極管導通，但因為參數的微小差異，必然有一個三極管先導通，我們假設BG1先導通，因為正反饋，BG1導通直至進入飽和狀態（BG2原理一樣），則這時VC1被三極管拉到接近0電位而使其小於三極管BE開啟電壓。

（5）由於電容C2兩端電壓不能突變，所以因為電容C2電壓為左正右負，而電容C2電壓左端電壓為接近0電位，所以C2右端電壓被強行拉低為負電位，而C2右端電壓等於BG2基極電壓，有高電位被拉到負電 位，則BG2的BE兩極反向偏置，確保為截止狀態，此時達到第一個暫穩態：BG1飽和，BG2截止。

（6）同時電容C2兩端電壓雖不會突變,但是不是不變,在這段時間內EC會通過電阻Rb2給C2充電，則C2電壓會逐漸由左正右負（相對來說）變為左負右正，這時右邊的BG1導通，C2左邊一直維持為接近0電 位，而右邊電壓由被拉低到負電位逐漸變成正電位直至到達0.6V（三極管導通電壓）

（7）到達0.6V之后，BG2開始導通直到變為飽和狀態，這時BG2的集電極被拉低到接近0電位，因為一開始C1充電使得C1電壓極性為左負右正，此時C1右端又是接近0電位，同理根據電容電壓不能突變原理,C左端電壓由高電位被強行拉低到負電位，所以可以確保BG1進入截止狀態，此時到達第二個暫穩態：BG1截止，BG2導通。

（8）如此周而復始，BG1與BG2將輪流導通。此時可以在電路中加入二極管使其出現交替閃爍的現象，此時Rb1與Rb2起到限流電阻的作用。多諧振盪電路的振盪周期＝T1+T2. T1≈0.7Rb1C1，T2≈0.7Rb2C2.

以上電路的電阻電容參數都是完全對稱的,如果要獲得兩個LED點亮時間不一樣的現象，改變兩邊RC參數即可。當兩邊對稱時，總周期T=1.4RC

3.波形表示

 

 

•  555多諧振盪器芯片（以TI公司的NE555P芯片為例）

1.實物圖片（DIP封裝） 

 

 

 

 

2. 廠家DATASHEET芯片引腳圖順序說明：

 

3.Overview與一些參數

（1）555計時器是一個易於使用的從10µs到小時或從< 1 mhz到100kHz的定時器。在時延或單穩態運行模式下，時間間隔由單個外部電阻和電容網絡控制。在穩定運行模式下，頻率和占空比可由兩個外部電阻             和一個外部電容獨立控制。VCC越高，最大輸出和放電電流越大，VCC越低，最大輸出和放電電流越小。

（2）VCC供電電壓：4.5 V to 16 V。供電電壓為5V時，可以兼容TTL電平。

 

4.芯片內部大體電路

 

 

 逐一分塊解析

 （1）RS觸發器

與此處連接的RESET腳一般直接與VCC相連即可，RESET輸入為0V時，Vout=0V.

 

 

 （2）THRES與TRIG引腳

英文數據手冊

中文對比

 

 

 

（3）CONT腳

5腳為控制端,平時輸入2/3Vcc作為比較器的參考電平,當5腳外接一個輸入電壓,即改變了比較器的參考電平,從而實現對輸出的另一種控制。如果不在5腳外加電壓通常接0.01uF電容到地,起濾波作用,以消除外來的干擾,確保參考電平的穩定。

（4）DISH腳

為放電端，所接為放電管（三極管）

 5.最小基本電路來控制一個LED的閃爍：

 

 

 R1，R2和C是外接定時元件，電路中將高電平觸發端（6腳）和低電平觸發端（2腳）並接后接到R2和C的連接處，將放電端（7腳）接到R1，R2的連接處。由於接通電源瞬間，電容C來不及充電，電容器兩端電壓為低電平，Uc 小於（1/3）Vcc，故高電平觸發端與低電平觸發端均為低電平，輸出為高電平，放電三極管（接DISCH引腳的內部電路）截止。這時，電源經R1，R2對電容C充電，使電壓按指數規律上升，當Uc 上升到（2/3）Vcc時，輸出為低電平，放電管V1導通，把Uc 從（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc. 由於放電管V1導通，電容C通過電阻R2和放電三極管放電，電路進人第二暫穩態，其維持時間的長短與電容的放電時間有關，隨着C的放電，下降，當下降到（1/3）Vcc時，輸出為高電平，放電管V1截止，Vcc再次對電容C充電，電路又翻轉到第一暫穩態。波形如下圖所示：

 

 

 電路具體參數的設定

 

（1） 改變C的值可以改變周期。調節R1與R2的阻值比可以改變占空比

（2）第一個暫穩態的脈沖寬度：Uc充電時間為Tw1≈0.7*（R1+R2）*C

（3）第二個暫穩態的脈沖寬度：Uc放電時間為Tw2≈0.7*R2*C

（4）因此，振盪周期T=Tw1+Tw2=0.7(R1+2R2)C，振盪頻率f=1/T.正向脈沖寬度Tw1與振盪周期T之比稱矩形波的占空比D，由上述條件可得D=（R1+R2）/（R1+2R2），若使R2>>R1，則D≈1/2，即輸出信號           的正負向脈沖寬度相等的矩形波（方波）。

6. 第二擴展電路：可調節閃爍速度的閃光燈電路

 

 

調節可變電阻RP1可以改變輸出的振盪信號的頻率,信號從3腳輸出一個高低電平,控制LED1和LED2閃爍。當輸出高電平的時候,LED2亮,LED1不亮;當輸出低電平的時候,LED2不亮,LED1亮;3腳不停地輸出高低電平的方波,其效果看起來就是雙燈閃爍,而且閃爍的速度可調。