模拟电路-NE555方波发生电路

发表于 2021-8-17 23:43

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。

gzh：天启电子技术

ID:840402 *发表于 2021-9-9 10:19* | 只看该作者 · 发表于 2021-9-9 10:19

文中当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。
这里A1的“反相”和A2的“正相”有点问题，应该是高电平比较器A1的同向输入端和低电平比较器A2的反向输入端与三个等阻值电阻相连参考电平为2/3Vcc与1/3Vcc

ID:816824 *发表于 2021-9-12 16:17* | 只看该作者 · 发表于 2021-9-12 16:17

xiaomada0532 发表于 2021-9-9 10:19
文中当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 ...

感谢指正！！！！

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