NE555是为8脚时基集成电路,只需简单的电阻器、电容器,即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广,可由几微秒至几小时之久。其输出端的供给电流大,可直接推动多种自动控制的负载。
这张图片展示的是NE555的封装结构,其大小和我们的大拇指的指甲盖一样大。
其中8个引脚的功能分别为:
1脚:外接电源负端VSS或GND接地,一般情况下接地。
2脚:低触发端TRIG。
3脚:输出端Vout
4脚:是直接清零端。当此端接低电平(和电源的负端或者接地),则时基电路不工作,此时不论TRIG、THRES处于何电平,时基电路输出为“0”,该端不用时应接高电平。
5脚:CONT为控制电压端。若此端外接电压,则可改变内部两个比较器的基准电压,当该端不用时,应将该端串入一只0.01μF电容接地,以防引入干扰。
6脚:高触发端TH。
7脚:放电端。该端与放电管集电极相连,用做定时器时电容的放电。
8脚:外接电源VCC,双极型时基电路VCC的范围是4.5 ~ 16V,CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。一般用5V。
引脚虽然不多,但是不知道如何应用!这得结合着内部的结构才能综合理解NE555的美妙!
内部结构是由:两个电压比较器、一个RS触发器、一个反相器、三个等阻值的电阻(5kΩ)和一个三极管。
应用NE555最多的是方波的输出,其中5引脚(CONT)电压控制端我们先不用,可以让其与地(GND)用一个电容相连防止电压干扰。
我们先来了解一下RS触发器的工作原理,其方波就是由RS触发器的Q引脚发生的。
RS触发器的Q引脚的电压高低是通过R和S引脚控制,Q(—)是和Q引脚输出相反的电压。我们根据RS触发器的真值表来判断Q段的电压。
RS触发器的真值表:
X:状态不定,在NE555中上电不会出现这种情况。
在NE555中与RS触发器的R和S引脚相连接的是电压比较器A1和A2
a端为正相输入引脚,b端为反相输入引脚,out是输出端口。当Va>Vb时,out输出高电压(1)。当Vb>Va时,out输出低电压(0)。我们可以看到A1的“反相”和A2的“正相”是与三个等阻值的电阻相连,所以A1的b和A2的a分别是2Vcc/3和Vcc/3的恒定电压值。
接下来我们根据外部电路和内部电路一起分析NE555如何产生一定频率的方波。
其中参与形成方波的引脚有6(高触发端TH)、2(低触发端TRIG)和7(放电端)。其他引脚电压不会自己改变,可以先不用看。
外部电路中6、2引脚和1(GND)相连接的电容是充当电压储存功能,目的是为了让电压从0到VCC连续升高(或者从VCC到0连续降低)。
我们先看第一步,当VCC瞬间上电,电容两端电压不会瞬间改变而是慢慢改变。即电容的电压差从0V升高,当电压在0V到Vcc/3时,A1输出1,A2输出0(图中电压比较器的0和1是代表着电压值相比较的大小,不是真正意义上的大小,下图一致)。根据RS真值表,可以推出Q输出高电位,三极管截止。
第二步,电压在Vcc/3到2Vcc/3值时,A1输出1,A2输出1,根据真值表输出是上一次RS触发器的状态,那么还是高电平。此时三极管还是截止。
第三步,电压升至2Vcc/3到Vcc之间时,A1输出0,A2输出1,根据真值表输出是0低电平,而三极管的基极有电压存在导致导通,图中的红色线条是引脚6和2的电压与地连接,导致电压下降。
第四步,当电压下降到Vcc/3到2Vcc/3值时,A1输出1,A2输出1,根据真值表输出是上一次RS触发器的状态,那么还是低电平。而且三极管还是导通并且电压值继续下降。
第五步,当电压值下降到0V到Vcc/3时,A1输出1,A2输出0,根据真值表输出1。此时NE555输出高电平,三极管截止,电压值开始升高,之后往复周期。
我们通过一组时序图来看一下,各个引脚不同时期的电平对电路的影响。
NE555输出方波的周期和占空比是和其电容和电阻所决定的,他们的计算公式有:
TH (高电平时间s) = 0.693* (R1+ R2) * C
TL (低电平时间s) = 0.693*R2 * C
F(输出频率) = 1.443 / ((R1+R2 *2) *C)
DCP(占空比%) = (TH / (TH + TL)) * 100
下图是我用multisim仿真的NE555输出方波。