閾值電壓自浮動的555多諧振蕩電路探討

由555 集成定時器構(gòu)成的多諧振蕩電路有多種形式。本文探討增大其振蕩周期的新方法，開發(fā)了一種簡單且頗具特色的555 多諧振蕩電路。該電路延時的思路新穎，引入反饋使555 閾值電壓自動浮動。在定時元件參數(shù)相同、甚至不需增加任何元件時，就可把振蕩周期提高到３倍以上；而在振蕩周期相同的情況下，定時元件參數(shù)可減小1/3。電路簡單、實(shí)用。電路組成

圖1 基本電路

由555 定時器構(gòu)成的閾值電壓自浮動的多諧振蕩器的基本電路如圖1 所示。R 和C 構(gòu)成電阻、電容充放電時間常數(shù)電路。555的7 引腳放電端(DIS端)也是555 的輔助輸出端，把它和5 引腳電壓控制端(VCO端)相連，即構(gòu)成了反饋和閾值電壓自浮動電路。 閾值電壓自浮動的555 多諧振蕩器等效電路如圖2 所示。

圖2 等效電路

當(dāng)555的3 引腳(Vo 輸出端)輸出電壓為高電平VOH 時，電源電壓VCC 經(jīng)內(nèi)部等效輸出電阻ro(上輸出管T20 導(dǎo)通的等效電阻)和R 給電容C 充電，C上電壓vc 逐漸上升，同時7引腳(DIS放電端)內(nèi)部的放電三極管T6 截止，5 引腳的基準(zhǔn)電壓由VCC 及內(nèi)部三個5KW 電阻分壓決定為2VCC/3，即高閾值電壓VTH 和低閾值電壓VTR 則被分別上浮為2VCC/3 和VCC/3。故當(dāng)vc 被充電到大于2VCC/3 時，由555 功能知，vo輸出端3 引腳電壓跳變?yōu)榈碗娖絍OL，同時7 引腳(DIS 放電端)內(nèi)部的放電三極管T6 導(dǎo)通。一方面，電容C 上的電壓vc 經(jīng)R 和輸出端3 引腳內(nèi)部導(dǎo)通的下輸出管T21 對地放電，C 上電壓vc 逐漸下降。另一方面，5 引腳的(控制電壓)基準(zhǔn)電壓VCO 即被下拉到三極管T6 的飽和壓降值VCES,而使兩個閾值電壓分別下浮為VTH=VCES 和VTR=VCES/2。 當(dāng)C 上電壓vc 隨放電下降到VTR 即VCES/2 以下時，由555 的功能知，3 引腳輸出端的電壓vo 才跳變?yōu)楦唠娖絍OH，同時，7 引腳(DIS放電端)內(nèi)部的放電三極管T6 又截止。5 引腳電壓又被上浮為2/3VCC，使高閾值電壓VTH和低閾值電壓VTR又分別被上浮為2VCC/3和VCC/3。同時，電容C 從VCES/2 電壓又被充電，如此周而復(fù)始，循環(huán)往復(fù)，形成周期性振蕩。 上述分析可見，7 引腳往5 引腳的反饋實(shí)現(xiàn)了閾值電壓的自動浮動,使555振蕩電路中電容C上電壓vc 在VCES/2 和VCC/3 范圍之間反復(fù)進(jìn)行充放電，遠(yuǎn)大于不反饋浮動的VCC/3 和2VCC/3 的范圍，使充放電時間都大大被延長，使振蕩周期和輸出信號的周期被大大延長。電路的工作波形如圖3 所示。

圖3 振蕩波形

實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果 實(shí)驗(yàn)測得的圖1 電路輸出矩形波vo 的高電平時間tH 和周期T 見表1。 閾值電壓可調(diào)的 自浮動電路 在圖1 中，如果用可調(diào)電阻RF 代替5557 引腳和5 引腳間的連接線，就構(gòu)成了閾值電壓自浮動且可調(diào)的555 振蕩電路，如圖4 所示。

圖4 可調(diào)的閾值電壓自浮動電路 基準(zhǔn)電壓電路的等效電路如圖5 所示。

圖5 圖4 電路的等效電路

當(dāng)放電管T6 截止時，RF支路相當(dāng)于開路，基準(zhǔn)電壓和閾值電壓由VCC 和三個KW 電阻分壓

決定：高閾值電壓VTH=2VCC/3，低閾值電壓VTR=VCC/3。

當(dāng)放電管T6 飽和導(dǎo)通時，導(dǎo)通壓降VCES 約為0.3V 左右，7 引腳近似于接地：

當(dāng)RF≈0 時，VCES 不能忽略，VTH≈VCES=VOL

當(dāng)RF 為其它情況時，VCES可以忽略，設(shè)T6 管導(dǎo)通壓降為0V，則：

VTH=VCC(10K//RF)/(5K+10K//RF)=VCC/(5K/RF+1.5)

VTR=VTH/2=VCC/(10K/RF+3)

據(jù)此可推得：當(dāng)RF=1KW 時VTH=VCC/6.5，VTR=VCC/13；

RF=10KW 時VTH=VCC/2，VTR=VCC/4；

RF=100KW 時VTH=VCC/1.55≈2VCC/3，VTR=VCC/3.1≈VCC/3

閾值電壓VT 和反饋電阻RF 的關(guān)系曲線,如圖6 所示。

圖6 VT 和RF 的關(guān)系曲線

       可見，RF可在0 到幾十KW 范圍內(nèi)選擇。 電路的振蕩周期和輸出高電平時間可以根據(jù)電容充、放電公式和閾值電壓算出。 根據(jù)上述原理，可以用555 集成定時器設(shè)計(jì)構(gòu)成各種不同形式的閾值電壓自浮動的多諧振蕩器電路(見圖7)。

圖7 幾種應(yīng)用電路

結(jié)語

反饋使555 定時器的閾值電壓自浮動，是延長定時時間的一個新的思路。用電容反饋時，延時時間與反饋電容量(在一定范圍內(nèi))的大小成正比。 參考文獻(xiàn)：

1.閆石主編，‘?dāng)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)’,第4 版.北京,高等教育出版社,2000.