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555定时器之无稳态电路详解及占空比可调电路的实现

上期我们介绍了如何使用 555定时器实现电子门铃

,按下开关后门铃发出1.2KHZ的方波持续十秒钟。 其核心是使用无稳态振荡电路来产生方波以及RC电路来实现10秒时间的控制。
本期我们详细讲解一下无稳态振荡电路以及利用无稳态振荡电路的一些拓展。 ** 细说555定时器 **

555定时器的内部构造图中我们可以看到,其内部的主要结构是由 两个比较器C1,C2以及一个RS触发器
,RS触发器的输出Q经过一个与非门和非门作为输出。并且当OUT输出低电平时, 非门前是高电平 ,NPN三极管导通, 7脚导通到地 ,所以
** 7脚状态和3脚相同 ** ,并且其低电平是导通到地。

比较器C1的正输入端电压为2/3VCC,也可以由5脚(CO)决定,比较器C2的正输入端的电压为1/3VCC。 **
当正输入端的电压大于负输入端时输出高电平,反之输出低电平。 **

RS触发器的真值表如上所示,当RS均为高电平时,Q输出状态不变。否则为对角输出,即Q对应R(这里的R可以看作Reset,S看作Set,分别为高电平有效,低电平有效)。

结合比较器的正输入端电压,我们可以得到555定时器的功能表。

我们结合波形图来进行阐述。

  1. 初始状态下电容C上无电荷,电压为0,所以THR,TRI引脚均为低电平,OUT输出高电平。因此 DIS(7)三极管不导通 。电流经电源->R1->R2->C构成充电路线。

  2. 电容器C上电荷量增加,电压上升,上升到1/3VCC的时候,此时 RS触发器属于RS均为高电平状态,保持不变 ,电容器继续充电。

  3. 电容上电压到达2/3VCC时,状态改变,OUT输出为低电平,此时DIS(7)经三极管导通到地。 ** 此时电容通过电阻R2向DIS放电 ** 。

  4. 电容电压降低,但是 未降到1/3VCC以下,RS触发器均处于高电平状态,Q输出保持不变 ,因此OUT输出为低电平,DIS依旧导通到地。电容继续放电。

  5. 当电容降到1/3VCC时,状态改变,OUT输出高电平,DIS三极管截止,电源向电容充电,之后重复3~4~5的过程形成振荡。

** 改变相关参数 **

经典无稳态振荡的两大参数为频率和占空比,我们已经知道了充电回路是R1、R2、C,放电回路是R2、C,因此频率
*F=1.44/((R1+2R2)C) 其中电阻的单位是kΩ,电容单位为uF,频率单位为kHZ,占空比 D=R1/(R1+R2)
所以我们可以看到,想要在 ** 频率不变 **
的情况下改变占空比显然是不可能的,但是我们可以另辟蹊径,利用2、6脚波形是锯齿波的特性,利用比较器设置一阈值将锯齿波转换为方波

如图,利用运放作为比较器,将锯齿波转为方波,调节R4(R3)改变比较的阈值从而实现占空比的调节

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