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555时基电路构成的压控振荡器

摘要：555电路是集模拟电路和数字电路于一体的集成电路，是在上世纪70年代，为制作定时器而被设计制造的。该电路具有灵活的引出端脚，使用者尽用其能，将其广泛运用于电子行业的各个领域内，并且该电路在科研、仪表、测量、控制等诸多领域内也得到了广泛的应用。本文主要从原理和应用两个方面讲述由555无稳态多谐振荡器电路构成的压控振荡器。

关键词：

1、 引言

如今，555时基电路得到如此广泛的应用，这得益于该电路本身独特的优越性。按照555电路的应用特点，以数字电路的分类方法作为基本方式，可将其分为：多谐振荡器的应用方式、单稳态电路的应用方式、双稳态（R-S触发器）电路的应用方式以及施密特电路的应用方式。本文要讨论的压控振荡器是一种结构特殊的多谐振荡器，全称为电压控制的多谐振荡器，简称VCO。由555电路构成的压控振荡器具有电路简单、成本低、产生脉冲波形的线性度好等特点，因此压控振荡器电路在锁相技术、A/D转换、脉冲调制及遥测技术中有广泛的用途，是一种十分重要的电路。.

2、555电路原理图]1[

+ - A2+A1+-+ && 5KΩR1 5KΩR2 5KΩR3u1+ u2- R4TDDIS7Q∞∞G1G2G31348UCC UO1 UO2256COTH UOTRQR1GND分压器比较器R-S触发器输出级放电电子开关图1、原理电路图S

整个原理电路图有5个部分组成，这5个部分可以分为三大部分进行解释：

（1） 分压器与比较器

三个等值电阻（每个5KΩ）串联进行分压，将电源电压分别分压为UCC/3和2UCC/3。其中2UCC/3加至电压比较器A1的同相输入端，作为它的参考电压；UCC/加之电压比较器A2的反相输入端，作为它的参考电压。A1、A2是由两个差分电路组成的电压比较器，相当于两个运算放大器的输入电路。这两个参考电压决定了555电路的输入特性。

上述原理电路图有两个输入端，分别称为触发端（TR、2脚）和阀值端（TH、6脚），它们分别是A2的同相输入端和A1的反相输入端。根据电压比较器的工作原理：当对输入端2脚上加上低于UCC/3的输入电压时，比较器A2输出低电平；当加上高于UCC/3的输入电压时，A2输出高电平。对于输入端6脚，当对其加上低于2UCC/3的输入电压时，A1输出高电平；当对其加上高于2UCC/3的输入电压时，A1输出低电平。

（2） 基本R-S触发器]1[

在数字电路中，触发器分为同步R-S触发器和基本R-S触发器，555电路中使用

是基本R-S触发器。这种触发器由两个非门交叉连接组成，它的特点是需要低电平触发，即只有在输入端加以低电平或负脉冲，触发器才能翻转。

它的逻辑功能是：当R=0，S=1时，不管触发器原来是什么状态，都会被置成低电平0的状态；当R=1,S=0时，触发器被置成高电平1的状态；当R=1,S=1时，触发器保持原状态不变；当R=0,S=0时，触发器的状态不定，不过这种状态是不允许出现的，也是不可能出现的。

（3）输出级]2[

为了提高555电路带负载的能力，使其能够直接驱动一定功率的负载，并且隔离负载对定时器的影响，在它的R-S触发器之后加入了一级输出级G3。该输出级G3将R-S触发器的输出电平进行反相，并同时给予一定的功率放大后输出，这就使得555电路可以直接驱动小型继电器、扬声器等。

（4）放电电子开关]3[

在由555电路组成的定时定路及各类触发器和振荡器中，它们的工作状态都和电容器的充、放电有关。例如在定时电路中，通常把上比较器的输入端TH（6脚）接到只电容C的正极。这个电容又通过一只串联电阻R接到电源的正极。工作时，电源通过电阻R向电容C充电，当电容充电使其电压达到阀值电平后，比较器A1输出低电平，触发器R-S翻转，它的输出端变为高电平，经过一级反相器反相为低电平后作为一种控制信号输出，实现对电路的一种工作状态的控制。

( 5 ) 555定时器的基本功能]4[

①R=0，无论其他输入为何值（用×表示），必有Q=1，UO为低电平0，TD饱和导通，故R端称为置0端或复位端。

②R=1，UTH>2UCC/3、UTR>UCC/3时，UO1为低电平，UO2为高电平，使Q=1、Q=0，UO为低电平0，TD饱和导通。

③R=1，UTH<2UCC/3、UTR>UCC/3时，UO1和UO2均为高电平，基本R-S触发器维持原状态，故UO和TD也维持原状态。

④R=1，UTH<2UCC/3、UTR

将上述555电路的功能总结如下表：

UTHUTRRUOTD的状态>2UCC/3<2UCC/3<2UCC/3>UCC/3>UCC/3

3、压控振荡器

（1）压控振荡器的组成原理图

RARBC47625 155538UCCUOUCTUCCR1RPCRARB76251348555UCT(a)(b)图2、由555电路组成的压控振荡器 压控振荡器的组成原理如图2所示，其中图（a）是模拟一个电压可变的工作电源加至控

制 端5脚；图（b）是用一只电位器RP，通过RP对控制信号源电压进行调节，将调节后的电压加至控制端5脚。两电路结构不尽相同，但其原理是一样的。

上述压控振荡器的控制电压加在555电路的UC端，即第5脚，它对振荡电路振荡频率的控制过程如下。

从555电路的内部结构可知，这个控制端UC电压是取自3只分压电阻R1与R2间，即取自比较器A1的同相输入端。UC端的固定电压即比较器A1的参考电压，由电路内的3只分压电阻决定，为固定的2UCC/3。如果对UC端另加一个随时变化的电压，那么这个参考电压就不再是固定的2UCC/3，而是一个随外加电压变化的参考电压。

在多种多谐振荡器中，5脚总是通过一只电容接地的，其目的是防止外界杂波的干扰使5脚电压发生变化，以使其保持一个稳定的2UCC/3。而在压控振荡器电路中，5脚则是用来加入控制电压的。当对5脚加上不同的控制电压后，两个比较器的参考电压就发生了变化，555电路的阀值电压和触发电压就跟着发生变化，整个振荡电路的振荡频率也就随之发生了变化。

]5[在555电路的实验过程中，它有一个接通电压UT+和一个断开电压UT-，它们分别是UT+=2UCC/3和UT-=UCC/3。这一工作特性是当UCT=0时的情况。在这一情况下，振荡电路的输出脉冲频率可按公式

CRRCRRTfBABA)2(443.1)2(7.011 式①

计算。

当UC端加上某一控制电压后，例如加上低于2UCC/3的电压时，电路的阀值电压UTH（即UT+）跟着发生变化，使UTH变为UCT，UTR变为UCT/2。由于新的阀值电压比原来的阀值电压要低，所以电容C充电到新的阀值电压所需的时间比原来需要的时间要短。而电容C的放电时间是和UT+与UT-的比值有关的，虽然新的阀值电压低了，但他们的比值不变，所以放电时间不变。这样，就使得新的输出波形的脉冲周期t1和T变短了，也就是振荡频率变快了。曲线如图3]6[所示。

UO'UoUT-UT+UCUT+'（UCT）UT-'（1/2UCT）t1t2t1't2'图3、输出波形的周期 根据上述分析指导，如果在控制端UC上加上高于2UCC/3的电压，则输出波形的脉冲周期t1和T要变长，对应的振荡频率就会变低。 综上所述，当对UC端加上低于2UCC/3的控制电压后，会使输出脉冲的周期t1和T变短，振荡频率加快；反之，当对UC断加上了高于2UCC/3的控制电压后，会使输出脉冲的周期t1和T变长，振荡频率变低。压控振荡器就是根据这一原理工作的。在具体的实用电路中，加在5脚的控制电压有各种各样的形式，随着电路在不同的应用处所而不同。

4、压控振荡器的应用]7[

（1）在脉宽调制电路中的应用

脉宽调制就是将输入交流信号的电压变化变化为脉冲宽度的变化，而脉冲宽度的变化实际上就是占空比q的变化，占空比由下式确定

BABARRRRq2 式②。

其中，RA和RB为图2所示电路中的电阻元件。

如果将555时基电路按间接反馈式多谐振荡器的方式连接好，并使得RB》RA。这样，所接好的电路输出的就近似为方波信号。如果进一步在5脚电压控制端加上音频调制电压Ui，由于所加的Ui电压变化会改变555电路的阀值电压，这样，555电路输出地脉冲宽度就会随着音频电压的幅度变化而变化，从而实现了对脉冲的宽度进行调制的目的。

（2）在锁相环路中的应用

锁相环是一种由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器三部分组成的环路。锁相环路是一个闭合的相位反馈系统，其构成图如下图所示。

鉴相器环路滤波器UiUdUCTUO φ i φ O压控振荡器图4、锁相环路的构成方框图 当没有输入信号，即Ui=0时，压控振荡器输出的是其固有的中心频率f。

当有Ui信号加到压控振荡器输入端时，压控振荡器输出信号的相位φO在鉴相器中和输入信号的相位φi进行比较，产生一个与相位误差有关的直流电压Ud，该信号经环路滤波器滤除高频成分后作为压控振荡器的控制电压UCT。

这样，压控振荡器在控制电压UCT的控制下，使其输出信号UO的频率逐渐向输入信号Ui的频率逼近，因此差拍频率越来越小，直至为零。上述过程通常也叫做“跟踪”或者“捕捉”。经过跟踪或捕捉过程后，最终就会使压控振荡器的输出频率与输入信号的频率完全同步达到稳定。当压控振荡器是接收机中的本地振荡器时，利用锁相环路就可以是本地振荡器的振荡频率与远处发射的高频信号频率达到一致，以使接收到的广播或电视信号稳定。

5、结论

本文经过对555时基电路的原理进行基本的讨论，讲述了555时基电路在组成压控电路时的原理及其重要性，说明了555时基电路作为一种基本电路的广泛用途。555时基电路不仅能组成压控振荡器，压控振荡器也不仅仅只有上述两种应用，事实上，555电路在日常生活中的应用已无处不在。555电路作为一种如此被广泛应用的电路，对它的研究必然会带来更多的实际益处。

参考文献

【1】【2】【3】肖景和 555集成电路应用精粹

【4】朱承高 贾学堂 郑益慧 等 电工学概论（第二版）

【5】【6】【7】孙余凯 吴鸣山 项绮明 等 555时基电路识图

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双稳态电路图

双稳态电路图

作者:

日期:

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1 1. 1人工启动单稳 NE555为8脚时基集成电路， 各脚主要功能（集成块图在下面）

1 地 GND

2触发

3输出

4复位

应用十分广泛，可装如下几种电路：

1。 单稳类电路

作用：定延时，消抖动，分（倍）频，脉冲输出，速率检测等。

2。 双稳类电路

作用：比较器，锁存器，反相器，方波输出及整形等。

3。 无稳类电路

作用：方波输出，电源变换，音响报警，玩具，电控测量，定时等。

我们知道，555电路在应用和工作方式上一般可归纳为 3类。每类工作方式又有很多个 不同的电路。在实际应用中，除了单一品种的电路外，还可组合出很多不同电路，如： 多个单稳、多个双稳、单稳和无稳，双稳和无稳的组合等。这样一来，电路变的更加复 杂。为了便于我们分析和识别电路，更好的理解 555电路，这里我们这里按555电路的 结构特点进行分类和归纳，把555电路分为3大类、8种、共18个单元电路。每个电路 除画出它的标准图型，指出他们的结构特点或识别方法外，还给出了计算公式和他们的 用途。方便大家识别、分析555电路。下面将分别介绍这3类电路。

单稳类电路 单稳工作方式，它可分为3种。见图示

第1种（图1）是人工启动单稳，又因为定时电阻定时电容位置不同而分为 2个不同的 单元，并分别以1.1.1和1.1.2为代号。他们的输入端的形式，也就是电路的结构特点 是：“ RT-6.2- CT'和“ CT-6.2- RT'。 5控制电压

6门限（阈值）

7放电

8电源电压Vcc

---------- -------------------- Q

IT VC1 3 特点；KT-5 ^-CT,人

工启鲂f ^T）=0 ＞稳态r vn=i・普稳直（td） B 2〉公式! ra-1. 1ET*CT 37用逮：定时J延时・ 1-L.2人丁启动单穩

1）特点:CT-&.2-RT, A

工启动＞ TO- 1 J稳态i vo=Or 暂穏态 t «a＞ D

NE555最详细最权威指南

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一． 基本原理

555定时器由3个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电三极管TD和缓冲反相器G4组成。虚线边沿标注的数字为管脚号。其中，1脚为接地端；2脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；6脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；4脚为复位端，输入负脉冲（或使其电压低于0.7V）可使555定时器直接复位；5脚为电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时，经0.01uF的电容接地，以防止引入干扰；7脚为放电端，555定时器输出低电平时，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；3脚为输出端，输出高电压约低于电源电压1V—3V，输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等；8脚为电源端，可在5V—18V范围内使用。

555定时器工作时过程分析如下：

5脚经0.01uF电容接地，比较器C1和C2的比较电压为：UR1=2/3VCC、UR2=1/3VCC。

当VI1＞2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平。

当VI1＜2/3VCC，VI2＞1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器保持原状态不变，555定时器输出状态保持不来。

当VI1＞2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器两端都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。

当VI1＜2/3VCC，VI2＜1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。

二．典型应用详解

在实际应用中,除了单一品种的电路外,还可组合出很多不同电路,如：多个单稳、多个双稳、单稳和无稳,双稳和无稳的组合等。这样一来,电路变的更加复杂。为了便于我们分析和识别电路,更好的理解555电路,这里我们这里按555电路的结构特点进行分类和归纳,把555电路分为3大类、8种、共18个单元电路。每个电路除画出它的标准图型,指出他们的结构特点或识别方法外,还给出了计算公式和他们的用途。方便大家识别、分析555电路。下面将分别介绍这3类电路。

数字电路实验报告7.-555时基电路

数字电路实验报告7.-555时基电路

1

555时基电路

1. 实验目的

➢ 掌握555时基电路的结构和工作原理、学会对此芯片的正确使用；

➢ 学会分析和测试用555时基电路构成的多谐振荡器、单稳态触发器、R-S触发器等三种典型电路。

2. 实验器材

序号 名 称 型号与规格 数

量 备

注

1 直流稳压电源 DP1308A 1

2 数字示波器 TDS2012C 1

3 函数信号发生器 DG1022 1

4 模电数电综合实验箱 TPE-ADII 1

5 元器件 NE556 双时基电路 1片，

二极管 1N4148 2只，

电位器 20K、1K 2只 5

3. 实验内容

3.1 555时基电路功能测试

本实验所用的555时基电路芯片为NE556，同一芯片上集成了两个各自独立的555时基电路，各管脚的功能描述如下：

THRES高电平触发端：当THRES端电平大于2/3Vcc，输出端OUT呈低电平，DISCH端导通。

TRIG低电平触发端：当TRIG端电平小于1/3Vcc，OUT呈高电平，DISCH端关断。

2 RESET复位端：低电平时输出端OUT输出低电平，DISCH端导通。

CONT控制电压端：接不同的电压值可以改变THRES和TRIG的触发电平值。

DISCH放电端：其导通或关断为RC回路提供了放电或充电的通路。

OUT：输出端。

按如下图示接线

3

按照功能表逐项测试基本功能。

3.2 555时基电路构成的多谐振荡器

1) 按如图示接线，图中元件参数如下：，，，10,01,0dtttBuf，用示波器观察并测量OUT端波形的频率，并计算频率的理论值以及相对误差。

实验值：263.2𝐻𝑧

理论值：𝑓=1𝑇=1𝑇1+𝑇2=1(𝑅1+𝑅2)𝐶1×𝑙𝑛2+𝑅2𝐶1×𝑙𝑛2=262.308𝐻𝑧

相对误差：0.892𝐻𝑧

2) 若将电阻值改为，210RK，电容不变，记录测试的波形频率，同时计算理论值及相对误差。

555时基电路工作原理

555时基电路工作原理

555时基电路工作原理

概述：

555时基电路是一种集成电路，常用于产生精确的时间延迟、脉冲宽度调制、频率分频和多谐振荡等应用。本文将详细介绍555时基电路的工作原理及其相关参数和特性。

一、555时基电路的基本原理：

555时基电路由比较器、RS触发器、RS锁存器和输出驱动器组成。其基本原理如下：

1. RS触发器：555时基电路的核心是一个RS触发器，由两个交叉耦合的双稳态触发器构成。RS触发器有两个输入端(S和R)和两个输出端(Q和Q')。当S=0，R=1时，Q=1，Q'=0；当S=1，R=0时，Q=0，Q'=1；当S=0，R=0时，Q和Q'保持原状态。

2. 比较器：555时基电路的比较器用于将输入电压与内部参考电压进行比较，以确定RS触发器的状态。

3. RS锁存器：555时基电路的RS锁存器用于锁存RS触发器的状态，以保持输出稳定。

4. 输出驱动器：555时基电路的输出驱动器将RS触发器的状态转换为输出信号。

二、555时基电路的工作模式：

555时基电路有三种基本工作模式：单稳态触发器模式、自由运行多谐振荡模式和单稳态触发器与多谐振荡器混合模式。

1. 单稳态触发器模式(Monostable mode)： 在单稳态触发器模式下，555时基电路可以产生一个精确的时间延迟脉冲。当输入一个触发脉冲时，输出会在一定时间后保持高电平，然后恢复为低电平。这个时间延迟由外部电容和电阻决定。具体工作原理如下：

- 当触发脉冲输入时，555时基电路的RS触发器被置于SET状态，输出Q=1，Q'=0。

- 同时，电容开始充电，电压逐渐增加。

- 当电容电压达到2/3 Vcc时，比较器检测到这个电压并将RS触发器置于RESET状态，输出Q=0，Q'=1。

- 输出保持在RESET状态直到电容电压通过外部电阻放电至1/3 Vcc。

- 一旦电容电压低于1/3 Vcc，RS触发器恢复到SET状态，输出Q=1，Q'=0，完成一个脉冲输出。