時基電路555應用種種

時基電路555應用種種

時基集成電路555並不是一種通用型的集成電路，但它卻可以組成上百種實用的電路，可謂變化無窮，故深受人們的歡迎。

555時基電路具有以下幾個特點：

（1）555時基電路，是一種將模擬電路和數字電路巧妙結合在一起的電路；

（2）555時基電路可以採用4．5～15V的單獨電源，也可以和其它的運算放大器和TTL電路共用電源；

（3）一個單獨的555時基電路，可以提供近15分鐘的較准確的定時時間；

（4）555時基電路具有一定的輸出功率，最大輸出電流達200mA，可直接驅動繼電器、小電動機、指示燈及喇叭等負載。

因此，555時基電路可用作：脈衝發生器、方波發生器、單穩態多諧振盪器、雙穩態多諧振盪器、自由振盪器、內振盪器、定時電路、延時電路、脈衝調制電路、儀器儀表的各種控制電路及民用電子產品、電子琴、電子玩具等。

現以5G1555時基集成電路為例，說明其各腳功能。

5G1555時基電路有兩種結構。一種為金屬圓殼封裝（型號為5G1555），其外貌與管腳排列如圖39-1中（a）所示；另一種為陶瓷雙列封裝（型號為5G1555C），其外貌與管腳排列如圖39-1中（b）所示。

圖39-1

無論是進口或國產的時基555集成電路，還是用何種材料封裝，其內部電路原理和管腳的功能則是完全一致的。其各管腳功能如下：

腳接電源地線，即電源的負極；

腳為低電位觸發端，簡稱低觸發端；

腳為輸出端，可將繼電器、小電動機及指示燈等負載的一端與它相連，另一端接地或電源的正極；

腳為低電位複位端；

腳為電壓控制端，主要是用來調節比較器的觸發電位；

腳為高電位觸發端，簡稱高觸發端；

腳為放電端；

腳接電源正極。弄清各管腳的功能後，正確運用555時基集成電路就十分容易了。

今列舉555時基電路若幹種如下，供讀者選用與開拓。

1．救護車鈴聲橫擬電路

救護車鈴聲模擬電路如圖39-2所示。

圖39-2

圖中，IC1555組成頻率為1Hz的振盪電路，IC2555組成高頻振盪器，其振盪頻率被頻率為1Hz的振盪器調制，即當IC1的腳輸出高電平時，IC2振盪器的振盪頻率低；當IC1的腳輸出低電平時，IC2振盪器的振盪頻率高，這樣就導致揚聲器中發出“滴-嘟、滴-嘟”的聲響。

救護車鈴聲模擬印刷電路如圖39-3所示。

圖39-3

2．直流升壓電路

直流升壓器在許多便攜式儀器中有著廣泛的用途，因為這類儀器多是直流（乾電池）供電，而其中有的局部電路需要較高的電壓，便需升壓電路提供。通常採用的升壓電路，是類似變壓器的小電感，電路既複雜製作又麻煩，用555時基電路取而代之，電路既簡單，工作又可靠。

直流升壓器的電路圖如圖39-4所示。

圖39-4

圖中，IC555時基電路是組成自激多諧振盪器，和C決定其振盪頻率在20kHz左右，輸出端的電壓約為輸入電壓（即電源電壓）的2～2．5倍，負載能力可達50mA。

直流升壓器的印刷電路如圖39-5所示。

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圖39-5

3．高壓產生電路

高壓產生電路如圖39-6所示。

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圖39-6

圖中，IC555時基電路與電阻R1、R2和電容C1、C2組成無穩態振盪電路，當電源接通後，電路產生高頻振盪，直接推動功率放大管BG，經放大後的振盪電流由升壓變壓器B的升壓，再經高壓矽堆整流，即可得到3～5kV的直流高壓，可用于負離子發生器及靜電吸塵等方面。

BG的β＞25，BVCEO＞50V。

B可選用22．9～30．5cm（9～12英寸）電視機行輸出變壓器，高壓包不動，低壓包用φ0．5mm左右的高強度添包線，繞25～30圈，也可直接使用摩托車上的點火線圈。

D為15kV的高壓矽堆。

高壓產生電路的印刷電路如圖39-7所示。

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圖39-7

4．定時循環電路

數控線切割機床，在走絲筒換向期間需關閉高頻脈衝電源，經一段時間換向再開啟高頻電源，以防止因鉬絲抖動發生燒傷工件或斷絲事故，為此多採用交流接觸器、行程開關進行轉換自鎖，以達到走絲筒換向的目的。利用555時基電路，同走絲筒電機兩換向接觸器的常閉觸點相結合，即可省去其它接觸器、行程開關等控制部分，不僅能達到換向目的，而且工作穩定可靠，又無觸點磨損。

定時循環電路如圖39-8所示。

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圖39-8

走絲電機未開啟時，兩接觸器常閉觸頭1CJ、2CJ均處在閉合狀態，使三極管BG的基極為零電位而截止，BG集電極為高電平，IC555複位，其腳輸出呈低電平，繼電器J不動作，J是原機床上用作高頻電源開關控制的繼電器。這樣，即便機床開、關出現順序錯誤（在未啟動走絲筒前卻先打開了高頻電源的控制開關），機床也不會輸出高頻電源，或者鉬絲與工件短路時也不會燒傷鉬絲，因此克服了原機床控制電路的缺點。

當走絲電機開啟後，常閉觸點1CJ斷開，BG管立即導通，集電極呈低電位，IC555置位，腳輸出高電平，繼電器J吸合，其上的常開觸點閉合，接通高頻電源。換向時，CJ、2CJ閉合，IC555迅速複位，腳呈低電平，J釋放，其常開觸點斷開，切斷高頻電源。電容C經555內部的放電管及1CJ、2CJ放電，為C再次充電做好准備。換向後2CJ斷開，電源經R2、555內的放電管向C充電，經1秒的時間C上的充電電壓達到BG管基極工作電壓，BG又導通，使機床開啟高頻電源換向，爾後周而複始地重複上述過程。

定時循環電路的印刷電路如圖39-9所示。

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圖39-9

5.玩具電子琴電路

圖39-10為玩具電子琴電路，它不僅元件少、成本低、容易調試，而且音色也較好。

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圖39-10

IC555組成自激多諧振盪器，在腳與電源之間加入一組音調電阻R1～R15，即是一架玩具電子琴。未按琴鍵K1～K5時，時基電路555不振盪，揚聲器不發聲；按下某一琴鍵時，揚聲器依555的振盪頻率，發出相應的聲響。

電阻R1～R15的選擇調整方法，是用一隻60～100kΩ的電位器，先接入電路，從高音（或低音）開始，轉動電位器，使揚聲器發出一個起始的標準音階，測出電位器的阻值，並換上相同阻值的固定電阻，這樣即可確定各音階所需的電阻阻值。

玩具電子琴不能演奏複音樂曲，可以採用連指演奏，使其音響柔和悅耳。

6．高效率調寬穩壓電路

高效率調寬穩壓電路，是指輸出電壓的高低與電容無關，其輸出電壓只決定于“脈衝寬度”比，那樣便可大大提高電源穩定度。

高效率調寬穩壓電路如圖39-11所示。

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圖39-11

穩壓電路原理：設Tm為時基電路555 腳輸出高電平時的脈衝寬度

Tmin為輸出低電平時的脈衝寬度

Um為脈衝高電平時電壓

Us為輸出的穩壓電壓

則Us=Tm Tm+Tmin·Um

由上式可知：當Tmin為一常數時，則輸出電壓的高低，只取決于Tm。

從圖39-11中又知，三極管BG1集電極電流的大小取決于BG2和輸出電壓Us的高低，而Tmin＝R4C1Ln2，Tm取決于三極管BG1集電極電流大小。可見，合理選擇反饋迴路參數，便可以保證輸出電壓的穩定度。

穩壓過程：當某種原因使輸出電壓升高時，BG2管集電極電流增大，BG1集電極電流也隨之增大，電容C1充電速度加快，TTm變窄，而Tmin不變，故Us降低，達到穩定輸出的目的。

在滿足R1＝R2＝R3的條件下，反饋迴路的關鍵元件的參數，按下式計算：

Us=Rw1+Rw2 Rw2·E2 [R4 R (Um-0.9)+E]

從公式中可看出，輸出電壓的高低只決定“脈衝寬度比”，而與電容C1無關，故提高了輸出電源的穩定性。

高效率調寬穩壓電路的印刷電路如圖39-12所示。

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圖39-12

7．線性溫度-頻率變換電路

線性溫度-頻率變換電路如圖39-13所示。

在圖中，當時基電路555的腳輸出高電平時，三極管BG1、BG2均導通，定時電容C便以時間常數τ＝Rt·C的速率充電。當C上的充電電壓達2/3電源電壓時，時基電路555被複位，腳輸出低電平，使BG1、BG2截止。電容C便通過時基電路555的內部放電管、Rt及腳以τ＝Rt·C的速率放電，則BG2管輸出的脈衝週期與熱敏元件Rt的關係是：

T＝K·Rt（K=1．4CK為一常數）

由此可見，輸出週期T與Rt成正比。合理地選擇Rt的工作區域，便可以保持溫度與其阻值成線性關係，即輸出頻率與溫度成線性關係。

線性溫度一頻率變換電路的印刷電路如圖39-14所示。

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8.快速響應過流保護電路

快速響應過流保護電路如圖39-15所示。

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圖39-15

用時基電路555組成的穩壓過流保護電路，其動作時間可達100μs。

正常情況下，電位器W中心頭的電位被箝在2/3·UDW，則UR3＝0V，三極管BG1截止，時基電路555的腳輸出高電位，對電源調整管BG2不起作用；當負載過流時，UR3電位上升，使BG1導通，時基電路555的腳電位變低電位，腳輸出亦是低電位，調整管BG2截止，實現過流保護。當輸出超過一定電壓（即 (Rw1+Rw2) Rw2 UDW）時，時基電路555被複位，輸出低電位，達到過壓保護的目的。

在出現“保護動作”後，按一下複位起動按鈕AN，即可複位。

快速響應過流保護電路的印刷電路如圖39-16所示。

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圖39-16

9．逆變時序觸發脈衝產生電路

在大功率直流-交流三相逆變電源系統中，為達到將直流逆變為三相交流電的目的，對可控矽組系列的觸發脈衝是有嚴格要求的。如：要求每隻可控矽的導通角相等，以保持相與相之間的波形一致；觸發脈衝占空比為0．5，以保持波形的對稱性；觸發脈衝的時序相差為T／6（即60°），以保證其相位差為120°；觸發脈衝的波形為方波並有足夠的脈寬，以滿足大電流可控矽的觸發需要；以及觸發脈衝應用隔離方式輸出，來實現可控矽的不同聯接方式等。

鑑於對觸發脈衝的要求條件十分苛刻，一般的時序觸發脈衝產生電路都較複雜，可靠性也差，故採用時基電路555為核心組成的逆變時序觸發脈衝產生電路，不僅時序准確，工作可靠性高、功耗小，而且電路簡單、元件少、成本低，適于批量生產和新產品開發。

逆變時序觸發脈衝產生電路如圖39-17所示。

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圖39-17

（1）電路組成

IC1時基電路組成50Hz方波發生器；

BG1、C2、D2形成線性鋸齒波；

IC2、IC3時基電路組成脈衝移相；

IC4、IC5時基電路組成脈衝展寬；

三極管BG2～BG7組成脈衝功率放大。

（2）工作原理

50Hz方波發生器

當電容C1以τ1＝R1·C1速率充電，且充電電壓＜2／3電源電壓時，IC1處于置位狀態，其腳輸出高電平；當C1上的充電電壓上升到2／3電源電壓時，IC1由置位狀態轉為複位狀態，則腳輸出低電平，電容C1經IC1內部的放電管，以τ＝R2·C1的速率放電。當電容C1的放電電壓降至1／3電源電壓時，IC1又由複位狀態轉為置位狀態，開始周而複始地循環，IC1 腳便輸出與電源電壓高低無關的50Hz方波。

鋸齒波的形成

場效應管BG1與電位器W組成恒流源，提供一個恒定的漏極電流，隨時間增加，電容C2上的充電電壓以K·t（斜率K＝漏極電流 C2）的直線規律上升。當時間達到方波結束財，輸入電壓躍變為零，C2又以K·T充的速率經二極管D2和IC1內部的RS觸發器迅速放電，使電容C2兩端形成與輸入脈衝寬度，頻率均相等的50Hz斜率為K的鋸齒波形。

脈衝移相

時基電路IC2、IC3為移相電路。其中IC2時基移相電路，其電源是取自穩壓管D3、D4，穩壓值為十10V。當鋸齒波電壓＜2／3穩壓值時，IC2處于置位狀態，腳輸出高電平；當鋸齒波電壓 2／3穩壓值時，IC2由置位狀態轉為複位狀態，腳輸出低電平。

對於IC3時基移相電路，電源電壓是取自穩壓管D4，穩壓值為十5V。當鋸齒波電壓＜2／3穩壓值時，IC3處于置位狀態，腳輸出高電平；當鋸齒波電壓 2／3穩壓值時，IC3由置位狀態轉為複位狀態，腳輸出低電平。

顯而易見，IC2的腳輸出脈衝下降沿比IC3 腳輸出脈衝下降沿滯後T／6時間（相當60°），而IC1 腳輸出脈衝下降沿又滯後IC2 腳輸出脈衝下降沿T／6時間，故完成三脈衝移相任務。

脈衝展寬

脈衝展寬，是為了實現每個系列脈衝串的寬度及占空比的一致性。IC2、IC3輸出的脈衝下降沿為後一級的觸發信號，使IC4、IC5輸出相應的脈衝寬度，IC4、IC5時基電路均工作在單穩狀態。

對於IC5單穩電路，當鋸齒波電壓＜2／3穩壓值時，由于電容C5不與IC5的腳相連，腳輸出高電平的時間裏，IC5是處于複位狀態，而電容C5處于充電狀態時，則IC5的腳輸出低電平。當時間到達一定時刻時，輸出的脈衝產生負跳變，使IC5由複位轉為置位，腳輸出高電平，電容C5以τ=R9·C5的速率充電，待C5上的充電電壓達到2／3電源電壓時，IC3又轉為複位狀態，腳輸出低電平，達到脈衝展寬的目的。

對於IC4單穩電路，所不同的是IC4被置位的時間滯後T／6，IC4的腳置位輸入端接的是分壓器R6、R7，以獲得與IC5一致的觸發脈衝幅度。

脈衝功率放大及脈衝分配

由圖39-17可知，U1與U4、U2與U5、U3與U6的正脈衝均是交替出現，利用這一規律，可以使三相脈衝變為6組功率放大的順序脈衝，使電路簡化。

以IC1和三極管BG6、BG7電路為例：當IC1 腳輸出高電平正脈衝時，三極管BG6反偏截止，BG7管正偏導通，其集電極電流以線性增大，經脈衝變壓器互感耦合，在次級上輸出矩形脈衝；當IC1的腳為低電平輸出時，BG，管零偏截止，BG6管因發射極電位升高而導通，其集電極電流也以線性增大，經脈衝變壓器在次級上輸出矩形脈衝。由此可見，BG6、BG7兩管交替地導通與截止，在次級上輸出的U4滯後U1180°。同理U5滯後U2180°，U6滯後U3180°，而輸入脈衝U2滯後U160°，U3滯後U460°，U6滯後U560°，完成整個系列觸發脈衝時序分配及脈衝功率放大的任務。

（3）元件作用

電位器W，用來調整場效管恒流值，控制充電速度，確保可靠移相。

電阻R4、R5，分別用來改變IC2、IC3的觸發靈敏度，以補償穩壓管D3、D4的參數不一致性。

二極管D5～D10，是用來吸收脈衝變壓器產生的反峰電壓，保護三極管BG2～BG7。

二極管D11、D12，是用來降低BG2、BG4、BG6的發射極電位，以保證在輸入為高電平情況下可靠地截止。

電容C6、C7，是確保在電源接通後，時基電路IC4、IC5工作在複位狀態。

電容C3、C4，為電源去耦電容。

（4）元件選擇

IC為時基集成電路，選用NE555或5G1555。

二極管D1、D2，選用反向電壓大于20V、反向電流小于20μA型的2AK2開關管。

D3、D4為穩壓管，穩壓值為5V，溫度係數小于士0．04％的2CW12。

電容C1、C2、C4、C5為CA型鉭電容，切記勿使用電解電容。

BG1為場效應管，選用IDSS＞2mA的3DJ6F。

BG2、BG4、BG6選用ICBO＜10μA、β＞70、BVCEO 20V的PNP型3CK系列中功率管。

BG3、BG5、BG7選用β＞70、BVCEO 20V的PNP型中功率管3DG12A。

D11、D12為整流二極管，可選用最大整流電流300mA的2CP系列管。

脈衝變壓器B的參數，由逆變可控矽最大觸發電流決定，對於100A以下的可控矽，可用XE8X16型鐵芯，初級繞組用φ0．2mm的漆包線繞150圈；次級繞組用φ0．38mm的漆包線繞75圈。

R1、R2、R8、R914．3kΩ

R3100ΩR4、R568kΩ

R6、R710kΩR10～R151kΩ

C1、C2、C4、C51μF

C3、C8220μFC6、C70．047μF

三相逆變電源可控矽序號圖如圖39-18所示。

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圖39-18

逆變時序觸發脈衝產生電路的印刷電路如圖39-19所示。

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圖39-19

10．大功率循環彩燈控制電路

大功率循環彩燈控制電路如圖39-20所示，該控制電路是由3個時基集成電路循環振盪器所構成的。

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圖39-20

在圖中，當時基電路IC1的腳輸出高電平時，雙向可控矽SCR1被觸發導通，由它控制的一路燈泡點亮；與此同時，IC1 腳輸出的高電平經二極管D1、電阻R3對電容C3充電，當C3上的充電電壓達到2／3電源電壓時，IC2的、腳因處高電位而複位，則IC2的腳轉為低電平，雙向可控矽SCR2因失去觸發電壓而關斷，它所控制的一路燈泡熄滅；與此同時，因IC2的腳輸出低電平，則IC3置位，腳輸出高電平，使可控矽SCR3觸發導通，它所控制的一路燈泡點亮，而IC3又控制IC1複位，使SCR1控制的燈泡熄滅，從而進行周而複始地循環，實現了彩燈變換。

之所以能實現周而複始地循環，是利用了IC的、腳的電容C。當SCR關斷時，IC的腳內部的放電三極管導通，電容C經腳上的電阻R放電，在C上的放電電壓降到1/3電源電壓時，IC置位，即腳又輸出高電平的緣故。所以，改變充電時間常數τ＝R·C，即改變彩燈變換速度，使彩燈的變化象流水似的效果。

雙向可控矽應選用10A／600V型，並加裝10×10cm的鋁散熱片。

安裝時，零線應接可控矽的陰極，火線接可控矽的陽極，切勿接錯。

由于時基電路IC的輸出電流可達200mA，則圖示電路功率可達6kW，可用于大型廣告、商標、燈展及舞廳等的彩燈裝飾，工作可靠、壽命長，且無噪聲。