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liyf 发表于 2014-10-5 12:12:51

时基电路555应用种种

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,Jhttp://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
      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/6http://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/6http://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 发表于 2021-6-30 15:36:12

谢谢分享!:D
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