时基电路555应用种种

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时基电路555应用种种


时基集成电路555并不是一种通用型的集成电路，但它却可以组成上百种实用的电路，可谓变化无穷，故深受人们的欢迎。        555时基电路具有以下几个特点：
（1）555时基电路，是一种将模拟电路和数字电路巧妙结合在一起的电路；
（2）555时基电路可以采用4．5～15V的单独电源，也可以和其它的运算放大器和TTL电路共用电源；
（3）一个单独的555时基电路，可以提供近15分钟的较准确的定时时间；
（4）555时基电路具有一定的输出功率，最大输出电流达200mA，可直接驱动继电器、小电动机、指示灯及喇叭等负载。
         因此，555时基电路可用作：脉冲发生器、方波发生器、单稳态多谐振荡器、双稳态多谐振荡器、自由振荡器、内振荡器、定时电路、延时电路、脉冲调制电路、仪器仪表的各种控制电路及民用电子产品、电子琴、电子玩具等。
        现以5G1555时基集成电路为例，说明其各脚功能。
        5G1555时基电路有两种结构。一种为金属圆壳封装（型号为5G1555），其外貌与管脚排列如图39-1中（a）所示；另一种为陶瓷双列封装（型号为5G1555C），其外貌与管脚排列如图39-1中（b）所示。


图39-1
         无论是进口或国产的时基555集成电路，还是用何种材料封装，其内部电路原理和管脚的功能则是完全一致的。其各管脚功能如下：
①脚接电源地线，即电源的负极；
②脚为低电位触发端，简称低触发端；
③脚为输出端，可将继电器、小电动机及指示灯等负载的一端与它相连，另一端接地或电源的正极；
④脚为低电位复位端；
⑤脚为电压控制端，主要是用来调节比较器的触发电位；
⑤脚为高电位触发端，简称高触发端；
⑦脚为放电端；
⑧脚接电源正极。弄清各管脚的功能后，正确运用555时基集成电路就十分容易了。
          今列举555时基电路若干种如下，供读者选用与开拓。
1．救护车铃声横拟电路
救护车铃声模拟电路如图39-2所示。


图39-2
          图中，IC1555组成频率为1Hz的振荡电路，IC2555组成高频振荡器，其振荡频率被频率为1Hz的振荡器调制，即当IC1的③脚输出高电平时，IC2振荡器的振荡频率低；当IC1的③脚输出低电平时，IC2振荡器的振荡频率高，这样就导致扬声器中发出“滴-嘟、滴-嘟”的声响。
救护车铃声模拟印刷电路如图39-3所示。


图39-3
2．直流升压电路
          直流升压器在许多便携式仪器中有着广泛的用途，因为这类仪器多是直流（干电池）供电，而其中有的局部电路需要较高的电压，便需升压电路提供。通常采用的升压电路，是类似变压器的小电感，电路既复杂制作又麻烦，用555时基电路取而代之，电路既简单，工作又可靠。
直流升压器的电路图如图39-4所示。


图39-4
        图中，IC555时基电路是组成自激多谐振荡器，和C决定其振荡频率在20kHz左右，输出端的电压约为输入电压（即电源电压）的2～2．5倍，负载能力可达50mA。
直流升压器的印刷电路如图39-5所示。



图39-5
3．高压产生电路
高压产生电路如图39-6所示。


图39-6
         图中，IC555时基电路与电阻R1、R2和电容C1、C2组成无稳态振荡电路，当电源接通后，电路产生高频振荡，直接推动功率放大管BG，经放大后的振荡电流由升压变压器B的升压，再经高压硅堆整流，即可得到3～5kV的直流高压，可用于负离子发生器及静电吸尘等方面。
        BG的β＞25，BVCEO＞50V。
         B可选用22．9～30．5cm（9～12英寸）电视机行输出变压器，高压包不动，低压包用φ0．5mm左右的高强度添包线，绕25～30圈，也可直接使用摩托车上的点火线圈。
D为15kV的高压硅堆。
高压产生电路的印刷电路如图39-7所示。


图39-7
4．定时循环电路
         数控线切割机床，在走丝筒换向期间需关闭高频脉冲电源，经一段时间换向再开启高频电源，以防止因钼丝抖动发生烧伤工件或断丝事故，为此多采用交流接触器、行程开关进行转换自锁，以达到走丝筒换向的目的。利用555时基电路，同走丝筒电机两换向接触器的常闭触点相结合，即可省去其它接触器、行程开关等控制部分，不仅能达到换向目的，而且工作稳定可靠，又无触点磨损。
定时循环电路如图39-8所示。


图39-8
          走丝电机未开启时，两接触器常闭触头1CJ、2CJ均处在闭合状态，使三极管BG的基极为零电位而截止，BG集电极为高电平，IC555复位，其③脚输出呈低电平，继电器J不动作，J是原机床上用作高频电源开关控制的继电器。这样，即便机床开、关出现顺序错误（在未启动走丝筒前却先打开了高频电源的控制开关），机床也不会输出高频电源，或者钼丝与工件短路时也不会烧伤钼丝，因此克服了原机床控制电路的缺点。
         当走丝电机开启后，常闭触点1CJ断开，BG管立即导通，集电极呈低电位，IC555置位，③脚输出高电平，继电器J吸合，其上的常开触点闭合，接通高频电源。换向时，CJ、2CJ闭合，IC555迅速复位，③脚呈低电平，J[img]http://www.sogou.com/sogoupedia?query=释放]释放，其常开触点断开，切断高频电源。电容C经555内部的放电管及1CJ、2CJ放电，为C再次充电做好准备。换向后2CJ断开，电源经R2、555内的放电管向C充电，经1秒的时间C上的充电电压达到BG管基极工作电压，BG又导通，使机床开启高频电源换向，尔后周而复始地重复上述过程。
定时循环电路的印刷电路如图39-9所示。


图39-9
5.玩具电子琴电路
图39-10为玩具电子琴电路，它不仅元件少、成本低、容易调试，而且音色也较好。


图39-10
         IC555组成自激多谐振荡器，在⑦脚与电源之间加入一组音调电阻R1～R15，即是一架玩具电子琴。未按琴键K1～K5时，时基电路555不振荡，扬声器不发声；按下某一琴键时，扬声器依555的振荡频率，发出相应的声响。
         电阻R1～R15的选择调整方法，是用一只60～100kΩ的电位器，先接入电路，从高音（或低音）开始，转动电位器，使扬声器发出一个起始的标准音阶，测出电位器的阻值，并换上相同阻值的固定电阻，这样即可确定各音阶所需的电阻阻值。
        玩具电子琴不能演奏复音乐曲，可以采用连指演奏，使其音响柔和悦耳。
6．高效率调宽稳压电路
       高效率调宽稳压电路，是指输出电压的高低与电容无关，其输出电压只决定于“脉冲宽度”比，那样便可大大提高电源稳定度。
高效率调宽稳压电路如图39-11所示。


图39-11

     稳压电路原理：设Tm为时基电路555③脚输出高电平时的脉冲宽度
Tmin为输出低电平时的脉冲宽度
Um为脉冲高电平时电压
Us为输出的稳压电压
则Us=Tm Tm+Tmin·Um
由上式可知：当Tmin为一常数时，则输出电压的高低，只取决于Tm。
       从图39-11中又知，三极管BG1集电极电流的大小取决于BG2和输出电压Us的高低，而Tmin＝R4C1Ln2，Tm取决于三极管BG1集电极电流大小。可见，合理选择反馈回路参数，便可以保证输出电压的稳定度。
        稳压过程：当某种原因使输出电压升高时，BG2管集电极电流增大，BG1集电极电流也随之增大，电容C1充电速度加快，TTm变窄，而Tmin不变，故Us降低，达到稳定输出的目的。
       在满足R1＝R2＝R3的条件下，反馈回路的关键元件的参数，按下式计算：
                     Us=Rw1+Rw2 Rw2·E2 [R4 R (Um-0.9)+E]
      从公式中可看出，输出电压的高低只决定“脉冲宽度比”，而与电容C1无关，故提高了输出电源的稳定性。
高效率调宽稳压电路的印刷电路如图39-12所示。


图39-12
7．线性温度-频率变换电路
线性温度-频率变换电路如图39-13所示。
         在图中，当时基电路555的③脚输出高电平时，三极管BG1、BG2均导通，定时电容C便以时间常数τ＝Rt·C的速率充电。当C上的充电电压达2/3电源电压时，时基电路555被复位，③脚输出低电平，使BG1、BG2截止。电容C便通过时基电路555的内部放电管、Rt及③脚以τ＝Rt·C的速率放电，则BG2管输出的脉冲周期与热敏元件Rt的关系是：
T＝K·Rt（K=1．4CK为一常数）
由此可见，输出周期T与Rt成正比。合理地选择Rt的工作区域，便可以保持温度与其阻值成线性关系，即输出频率与温度成线性关系。
线性温度一频率变换电路的印刷电路如图39-14所示。


8.快速响应过流保护电路
快速响应过流保护电路如图39-15所示。


图39-15
        用时基电路555组成的稳压过流保护电路，其动作时间可达100μs。
        正常情况下，电位器W中心头的电位被箝在2/3·UDW，则UR3＝0V，三极管BG1截止，时基电路555的③脚输出高电位，对电源调整管BG2不起作用；当负载过流时，UR3电位上升，使BG1导通，时基电路555的④脚电位变低电位，③脚输出亦是低电位，调整管BG2截止，实现过流保护。当输出超过一定电压（即 (Rw1+Rw2) Rw2 UDW）时，时基电路555被复位，输出低电位，达到过压保护的目的。
       在出现“保护动作”后，按一下复位起动按钮AN，即可复位。
      快速响应过流保护电路的印刷电路如图39-16所示。


图39-16
9．逆变时序触发脉冲产生电路
         在大功率直流-交流三相逆变电源系统中，为达到将直流逆变为三相交流电的目的，对可控硅组系列的触发脉冲是有严格要求的。如：要求每只可控硅的导通角相等，以保持相与相之间的波形一致；触发脉冲占空比为0．5，以保持波形的对称性；触发脉冲的时序相差为T／6（即60°），以保证其相位差为120°；触发脉冲的波形为方波并有足够的脉宽，以满足大电流可控硅的触发需要；以及触发脉冲应用隔离方式输出，来实现可控硅的不同联接方式等。
        鉴于对触发脉冲的要求条件十分苛刻，一般的时序触发脉冲产生电路都较复杂，可靠性也差，故采用时基电路555为核心组成的逆变时序触发脉冲产生电路，不仅时序准确，工作可靠性高、功耗小，而且电路简单、元件少、成本低，适于批量生产和新产品开发。
      逆变时序触发脉冲产生电路如图39-17所示。


图39-17
（1）电路组成
IC1时基电路组成50Hz方波发生器；
BG1、C2、D2形成线性锯齿波；
IC2、IC3时基电路组成脉冲移相；
IC4、IC5时基电路组成脉冲展宽；
三极管BG2～BG7组成脉冲功率放大。
（2）工作原理
①50Hz方波发生器
          当电容C1以τ1＝R1·C1速率充电，且充电电压＜2／3电源电压时，IC1处于置位状态，其③脚输出高电平；当C1上的充电电压上升到2／3电源电压时，IC1由置位状态转为复位状态，则③脚输出低电平，电容C1经IC1内部的放电管，以τ＝R2·C1的速率放电。当电容C1的放电电压降至1／3电源电压时，IC1又由复位状态转为置位状态，开始周而复始地循环，IC1③脚便输出与电源电压高低无关的50Hz方波。
②锯齿波的形成
         场效应管BG1与电位器W组成恒流源，提供一个恒定的漏极电流，随时间增加，电容C2上的充电电压以K·t（斜率K＝漏极电流 C2）的直线规律上升。当时间达到方波结束财，输入电压跃变为零，C2又以K·T充的速率经二极管D2和IC1内部的RS触发器迅速放电，使电容C2两端形成与输入脉冲宽度，频率均相等的50Hz斜率为K的锯齿波形。
③脉冲移相
        时基电路IC2、IC3为移相电路。其中IC2时基移相电路，其电源是取自稳压管D3、D4，稳压值为十10V。当锯齿波电压＜2／3稳压值时，IC2处于置位状态，③脚输出高电平；当锯齿波电压≥2／3稳压值时，IC2由置位状态转为复位状态，③脚输出低电平。
        对于IC3时基移相电路，电源电压是取自稳压管D4，稳压值为十5V。当锯齿波电压＜2／3稳压值时，IC3处于置位状态，③脚输出高电平；当锯齿波电压≥2／3稳压值时，IC3由置位状态转为复位状态，③脚输出低电平。
       显而易见，IC2的③脚输出脉冲下降沿比IC3③脚输出脉冲下降沿滞后T／6[img]http://www.sogou.com/sogoupedia?query=时间]时间（相当60°），而IC1③脚输出脉冲下降沿又滞后IC2③脚输出脉冲下降沿T／6[img]http://www.sogou.com/sogoupedia?query=时间]时间，故完成三脉冲移相任务。
④脉冲展宽
        脉冲展宽，是为了实现每个系列脉冲串的宽度及占空比的一致性。IC2、IC3输出的脉冲下降沿为后一级的触发信号，使IC4、IC5输出相应的脉冲宽度，IC4、IC5时基电路均工作在单稳状态。
        对于IC5单稳电路，当锯齿波电压＜2／3稳压值时，由于电容C5不与IC5的②脚相连，③脚输出高电平的时间里，IC5是处于复位状态，而电容C5处于充电状态时，则IC5的③脚输出低电平。当时间到达一定时刻时，输出的脉冲产生负跳变，使IC5由复位转为置位，③脚输出高电平，电容C5以τ=R9·C5的速率充电，待C5上的充电电压达到2／3电源电压时，IC3又转为复位状态，③脚输出低电平，达到脉冲展宽的目的。
       对于IC4单稳电路，所不同的是IC4被置位的时间滞后T／6，IC4的②脚置位输入端接的是分压器R6、R7，以获得与IC5一致的触发脉冲幅度。
⑤脉冲功率放大及脉冲分配
      由图39-17可知，U1与U4、U2与U5、U3与U6的正脉冲均是交替出现，利用这一规律，可以使三相脉冲变为6组功率放大的顺序脉冲，使电路简化。
        以IC1和三极管BG6、BG7电路为例：当IC1③脚输出高电平正脉冲时，三极管BG6反偏截止，BG7管正偏导通，其集电极电流以线性增大，经脉冲变压器互感耦合，在次级上输出矩形脉冲；当IC1的③脚为低电平输出时，BG，管零偏截止，BG6管因发射极电位升高而导通，其集电极电流也以线性增大，经脉冲变压器在次级上输出矩形脉冲。由此可见，BG6、BG7两管交替地导通与截止，在次级上输出的U4滞后U1180°。同理U5滞后U2180°，U6滞后U3180°，而输入脉冲U2滞后U160°，U3滞后U460°，U6滞后U560°，完成整个系列触发脉冲时序分配及脉冲功率放大的任务。
（3）元件作用
       电位器W，用来调整场效管恒流值，控制充电速度，确保可靠移相。
       电阻R4、R5，分别用来改变IC2、IC3的触发灵敏度，以补偿稳压管D3、D4的参数不一致性。
       二极管D5～D10，是用来吸收脉冲变压器产生的反峰电压，保护三极管BG2～BG7。
       二极管D11、D12，是用来降低BG2、BG4、BG6的发射极电位，以保证在输入为高电平情况下可靠地截止。
        电容C6、C7，是确保在电源接通后，时基电路IC4、IC5工作在复位状态。
       电容C3、C4，为电源去耦电容。
（4）元件选择
      IC为时基集成电路，选用NE555或5G1555。
二极管D1、D2，选用反向电压大于20V、反向电流小于20μA型的2AK2开关管。
D3、D4为稳压管，稳压值为5V，温度系数小于士0．04％的2CW12。
电容C1、C2、C4、C5为CA型钽电容，切记勿使用电解电容。
BG1为场效应管，选用IDSS＞2mA的3DJ6F。
BG2、BG4、BG6选用ICBO＜10μA、β＞70、BVCEO≥20V的PNP型3CK系列中功率管。
BG3、BG5、BG7选用β＞70、BVCEO≥20V的PNP型中功率管3DG12A。
D11、D12为整流二极管，可选用最大整流电流300mA的2CP系列管。
        脉冲变压器B的参数，由逆变可控硅最大触发电流决定，对于100A以下的可控硅，可用XE8X16型铁芯，初级绕组用φ0．2mm的漆包线绕150圈；次级绕组用φ0．38mm的漆包线绕75圈。
R1、R2、R8、R914．3kΩ
R3100ΩR4、R568kΩ
R6、R710kΩR10～R151kΩ
C1、C2、C4、C51μF
C3、C8220μFC6、C70．047μF
三相逆变电源可控硅序号图如图39-18所示。


图39-18
逆变时序触发脉冲产生电路的印刷电路如图39-19所示。


图39-19
10．大功率循环彩灯控制电路
大功率循环彩灯控制电路如图39-20所示，该控制电路是由3个时基集成电路循环振荡器所构成的。


图39-20
          在图中，当时基电路IC1的③脚输出高电平时，双向可控硅SCR1被触发导通，由它控制的一路灯泡点亮；与此同时，IC1③脚输出的高电平经二极管D1、电阻R3对电容C3充电，当C3上的充电电压达到2／3电源电压时，IC2的②、⑥脚因处高电位而复位，则IC2的③脚转为低电平，双向可控硅SCR2因失去触发电压而关断，它所控制的一路灯泡熄灭；与此同时，因IC2的③脚输出低电平，则IC3置位，③脚输出高电平，使可控硅SCR3触发导通，它所控制的一路灯泡点亮，而IC3又控制IC1复位，使SCR1控制的灯泡熄灭，从而进行周而复始地循环，实现了彩灯变换。
        之所以能实现周而复始地循环，是利用了IC的②、⑤脚的电容C。当SCR关断时，IC的⑦脚内部的放电三极管导通，电容C经⑦脚上的电阻R放电，在C上的放电电压降到1/3电源电压时，IC置位，即③脚又输出高电平的缘故。所以，改变充电时间常数τ＝R·C，即改变彩灯变换速度，使彩灯的变化象流水似的效果。
双向可控硅应选用10A／600V型，并加装10×10cm的铝散热片。
       安装时，零线应接可控硅的阴极，火线接可控硅的阳极，切勿接错。
        由于时基电路IC的输出电流可达200mA，则图示电路功率可达6kW，可用于大型广告、商标、灯展及舞厅等的彩灯装饰，工作可靠、寿命长，且无噪声。

李小路

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