在这个 555 定时器应用中二极管的用途

电器工程 数字逻辑 计时器 555
2022-01-26 16:38:44

我是电子新手。我需要制作一个 555 定时器基本电路(参见下图),以便555 的O/P引脚在开机时默认保持低电平,而I/P引脚在开机时最初保持在高电平。

我的电路的主要要求是直到I/P引脚保持低电平 200 毫秒,然后只有O/P 引脚必须变为高电平,并且只要 I/P引脚保持低电平就必须保持高电平

对于所有其他情况,在I/P引脚上,O/P 引脚必须保持在低电平,即使小于 200 毫秒的低电平脉冲到达电路的I/P引脚。

下面的示意图显示了我在努力使用 555 定时器可靠地设计这样一个电路时遇到的一个电路。

555 带二极管的电路

现在我对这个电路有6 个 问题:

  1. 二极管 D1 的目的是导致永远不会完成超时,以便555 的O/P引脚在触发为高之前永远不会变为低电平?或者是其他东西?
  2. 如果我通过一个 1k 的电阻将控制引脚上拉到Vcc 并移除电容器 C3,会发生什么?那么该电路的功能是否会受到某种影响?我不记得在哪里,但我肯定看到过这样的电路,它有这个上拉电阻。
  3. 如果我移除 R1 和 C1,只是简单地将放电阈值引脚连接在一起并直接连接到 R4 而不使用二极管 D1,会发生什么?

  4. 如果我保持阈值引脚未连接并且在该电路中其余所有内容都相同怎么办?- 即二极管 D1 的阳极现在只连接到放电引脚、R1、C1 而不是阈值引脚!现在电路可以实现我的目的吗?

  5. 条件 R2xC2 < R1xC1 是否需要在这里成立?这实际上是参考这个问题。对 R2、C2、R1、C1 和 R4 的值有何建议?

  6. 在一些教程中,特别提到了在原理图中使用电解电容器用于 C1 和 C2,即使是 1uF 值(尽管他们没有说你必须使用电解电容,但他们已经用电解电容绘制了原理图。)。有必要吗?会有什么不同吗?为什么我们不能在这里为 C1 和 C2 使用陶瓷电容器?

请赐教。谢谢。

2012-07-06编辑:添加问题# 4,5,6

2012-07-13 更新:

到目前为止,我已经确定了以下 ckt,到目前为止,它似乎始终符合我的要求。 555_定时器4

请参阅我的答案的“2012-07-13 编辑:”部分了解更多信息。

现在我想知道这个电路有多可靠?

我的意思是说我需要考虑什么才能使该电路可靠且准确地运行。不需要绝对精度 - 几十毫秒的容差即可。

例如,我想说, 0.4 x R2 x C2 的最小值为 880 秒,不少于0.4 x R2 x C2 。1 秒值应该是典型值

需要考虑哪些事项?

我是否应该使用铝电解盖。 陶瓷(例如 K7R/K5R)用于此 ckt 中的 C2 和 C3。?

我是否应该为 C2 选择更高的电容,R2 选择更低的电阻,或者为 R2选择更高的电阻为 C2 选择更低的电容,对于 0.4 x R2 x C2 为 = 1 秒典型值 和 880ms最小值

如果 i/p 是从图腾柱 o/p 级或集电极开路级驱动的,会有什么不同吗?

还有其他考虑或建议吗?

3个回答

好吧,我认为这个更新最好作为答案而不是作为对问题的编辑/更新。此外,它会在问题中占用太多空间。所以我把它放在这里。

请随时纠正或改进我。

就这样吧。

请参阅本数据表第 3 页的功能框图

在这个功能框图中,注意实际上Flip-flop(FF) 的o/p Q直接连接到 pin#3,而 FF 的 o/p Q#直接连接到BJT 的极。

我将把Upper Comparator 称为Comp#1将 Lower
Comparator称为Comp#2

我将从单稳态配置开始。

在此配置中,我们在相关原理图中有 R1、C1,但没有 D1、R2、C2。见下图。

555_单稳态

在此图中,将电阻器 R 读取为 R1,将电容器 C 读取为 C1。

从单稳态配置中 555 的工作描述来看,在我看来,SR 触发器(FF)在功能上被实现为 NOR 门 FF 。

回想一下:对于 NOR 门 SR FF:

S=1, R=0 将给出 Q = 1

S=0, R=1 将给出 Q = 0

S=0,R=0 将给出 Q = 先前状态或 Q 没有变化。

S=1,R=1 将给出 Q = 未定义/亚稳态/切换。

假设此时 pin#3 为低电平。(通过将引脚#4 驱动为低电平,可以在通电时将引脚#3 强制为低电平。当引脚#4 为低电平时,会导致 FF 的 o/p Q 为低电平,因此 o/p 引脚#3 被锁存为低电平。)

无论针脚#2 的状态如何——无论是 < 1/3 x Vcc 还是 > 1/3 x Vcc,这都是正确的。

因此,最初,例如 Pin#3 = LOW 和 Pin#2 = HIGH。

现在说在引脚#2 上施加了一个脉冲。

一旦 Pin#2 变为低电平(< 1/3 x Vcc 精确),Comp#2 的 V- < V+,因此 Comp#2 的 o/p 变为高电平。这使得触发器(FF)的“S”i/p 为高,因此我们在 FF 输入处得到 S = 1(高)和 R = 0(低)条件。

=> FF 的 o/p Q 将变为 1(HIGH)。

此 o/p由 o/p 级锁存,因此 pin#3 变为高电平。此时,由于 FF 的 Q# o/p 为 LOW(Q = HIGH),因此 BJT 处于截止区域,因此 C1 的高端现在不在 0V。因此 C1 开始通过 R1 充电。

在这段时间内,由于 FF 的 o/p 阶段的锁存,FF 的 Q 输出将保持高电平,但是 Comp#2 的输出将变为低电平,因为 V- 将变得更加正(由于脉冲持续时间完成后,引脚#2 返回到高电平),而不是比较器的 V+ 输入。

因此此时,对于 Comp#2,V- > V+。=> Comp#2 的 o/p 为 LOW。=> S = 低。但由于 R = LOW(V+ < V- 因为 C1 上的电压尚未达到 Vcc 的 2/3 - 见下文),所以 FF 的 o/p保持在其先前的状态,即 Q = 1(HIGH)。

假设C1 尚未充电到一个时间常数,即持续时间 1.1 x R1 x C1 尚未完成。

这个假设可以通过正确选择 C1 和 R1 值来保证。我在这里假设选择 C1 和 R1 的值,使得 1.1 x R1 x C1 > 脉冲持续时间。当然,也许必须提前知道脉冲持续时间,就像这里的情况一样。

一旦 C1 两端的电压达到 Vcc 的 2/3,引脚#6 也将处于 Vcc 的 2/3。

=> V+ > V- 对于 Comp#1

=> Comp#1 的 o/p 处于高位。=> R = 现在高。

=> R = 高,S = 低。=> Q = 低。

因此,现在 o/p 级将 o/p 即 pin#3 锁存为低电平。

由于现在 Q# = HIGH,所以 BJT 处于其状态。区域即ON,C1的高端现在接地。

这会使 C1 快速放电。Pin#6 再次变为低电平。

现在 V+ < V- 对于 Comp#1。=> Comp#1 的 o/p 处于低电平。即 R = 低

因此我们有 R = LOW 和 S = LOW。

=> Q 不变。即此时 Q = LOW。

但是如果 pin#2 仍然处于低电平怎么办?即脉冲持续时间 > 1.1 x R1 x C1。

如果是这样,我们将有 S = HIGH(1) 和 R = HIGH(1)。或非门 SR FF 的这种状态在 o/p 切换时是亚稳态的,因此应避免。

这意味着当 C1 两端的电压达到 Vcc 的 2/3 时,引脚#2必须变为高电平。

这是我们必须忍受的约束!

但是C1充电到Vcc的2/3需要多少时间呢?

它需要 t = R1 x C1 x ln(1 - 2/3) >= 1.1 x R1 x C1

因此,基本上,pin#2 处 i/p 脉冲的持续时间必须小于 1.1 x R1 x C1,o/p 才能在所有阶段保持一致。

这样就完成了对单稳态配置的讨论。


如果我们希望保持 o/p 即 pin3# 为高电平,而不是在1.1 x R1 x C1 秒后再次变为低电平,该怎么办?

因为一旦 pin#6 达到 Vcc 的 2/3,C1 就开始放电,我们必须以某种方式防止 pin#6 达到 2/3 x Vcc,在这段时间内我们需要 o/p pin#3保持高。

要做到这一点,我们必须在 C1 开始充电后立即提供一条路径以排出 C1 上的电荷,以使 C1 两端的电压永远不会达到 2/3 x Vcc。

但是该路径不能通过引脚#7,因为在这个阶段 BJT 处于关闭状态(这就是 C1 被充电的原因)。

如下图所示,将二极管 D1 连接到引脚#6。 555_TIMER_1

现在当 pin#2 处于高电平时,C1 的高端通过 BJT 连接到 GND。所以pin#6也是0V。=> o/p = 低。

但是一旦 pin#2 变为低电平,BJT 将关闭,C1开始通过 R1 充电。

使用二极管 D1,只要 C1 充电至 0.7V,D1 就会变为正向偏置并将 C1 两端的电压钳位在 0.7V。

如果我们为 D1 使用肖特基二极管会更好。

假设此时 pin#2 仍处于低电平(因为我们希望 o/p pin#3保持高电平,只要 pin#2 为低电平)。

现在,此时 o/p 引脚#3 被锁存为高电平。

如果我们将 pin#2 设为高电平,则 D1 将再次反向偏置并且不会导通。由于 BJT 仍处于关闭状态,C1 将开始充电,一旦 C1 两端的电压变为 Vcc 的 2/3,BJT 就会开启,C1 通过 GND 放电。


但是,如果我们想在 pin#2 变为 HIGH 后尽快将 o/p pin#3 切换到 LOW 怎么办?

为 R1 和 C1 选择最小值。:)

如果我们从 ckt 中删除 R1、C1 和 D1 会怎样?

然后不需要引脚#7,可以不连接。

然后将 Pin#6直接连接到 R4,R4 直接连接到 Pin#2,如下图所示:

555_TIMER_2

当 pin#2 为 HIGH 时,BJT 为 ON,并且 o/p pin#3 为 LOW。

一旦 pin#2 变低,pin#6 也会变低。

现在 BJT 处于关闭状态,并且 o/p 引脚#3 被锁存为高电平。因为只要引脚#2 保持低电平,引脚#6 也处于低电平,即 < Vcc 的 2/3。

因此,只要pin#2 保持在低电平,o/p pin#3就会保持高电平。

一旦 pin#2 变为高电平,pin#6 也变为高电平。

由于 pin#6 为高电平,因此 R 将被驱动为高电平。

由于 S = LOW,所以 Q 将被驱动为 LOW,因此 o/p 将被锁存为 LOW。

因此,在没有 R1、C1 和 D1 的情况下,电路与以前一样使用 R1、C1 和 D1 工作。唯一的区别是,现在只要 pin#2 变为高电平,pin#6 就变为 > 2/3 x Vcc,因此 R 变为高电平(当 pin#2 变为高电平时,S 将变为低电平),因此 Q 变为低电平。这将 o/p 驱动为低电平,并且 BJT 现在为 ON。

因此,在这种情况下,不使用引脚#7,因为 C1 不存在。此 ckt 可用于快速恢复 pin#3 到低电平状态。

此 ckt(带或不带 R1、C1 和 D1)将防止任何噪声脉冲导致引脚#3 改变其状态。只有持续时间为 1 秒或更长的脉冲才能改变引脚#3 的状态。


如何修改这个ckt。这样只有一个持续时间为 1 秒或更长的脉冲可以改变 pin#3 的状态?

如上图所示,添加 R2 和 C2。现在这个 ckt 将在 R2 x C2 秒后开始改变 pin#2 的状态。

取 C2 = 1uF 和 R2 = 1Mohm。现在这个 RC 网络的 RC 时间常数是 1 秒。

一旦 i/p 变为低电平,C2 就开始通过 R2 放电。所以1秒后。或更多,pin#2 将变为低电平。如前所述,这将导致引脚#3 变为高电平。

现在 pin#3 将保持在高电平,直到 pin#2 保持在低电平。BJT 关闭,C1 开始充电,但被 D1 耗尽,因此 C1 上的电压永远不会达到 2/3 x Vcc,直到 pin#2 处于低电平。

一旦 i/p 变为高电平,C2 就开始通过 R2 充电,并在 1 秒后开始充电。或更多,pin#2 变为高电平,D1 变为反向偏置,C1 开始通过 R1 充电。

一旦 C1 两端的电压达到 2/3 x Vcc(即在 1.1 x R1 x C1 秒后),pin#3 变为低电平,BJT 导通,C1 开始通过 GND 放电。

因此,在 i/p 变为高电平后,需要 (R2 x C2 + 1.1 x R1 x C1) 秒来更改 pin#3 状态。

这将防止任何噪声脉冲导致引脚#3 改变其状态。只有持续时间为 1 秒或更长的脉冲才能改变引脚#3 的状态。

注意:由于当 C1 两端的电压达到 2/3 x Vcc 时,此时 pin#2 已经变为高电平,正如单稳态配置所预期的那样,因此条件 R2 x C2 < 1.1 x R1 x C1 没有任何意义。事实上,这两个时间常数没有关系,因为只有当 pin#2 变为高电平时,C1 才开始充电。

实际上,对于一般用途来说,噪声脉冲为 1 秒。对我来说似乎很少见,至少对于一个业余爱好者来说。


在 i/p 处去除噪声需要时间 R2 x C2。但是 1.1 x R1 x C1 是不可取的。

因此,可以移除 R1、C1 和 D1,st pin#7 保持未连接状态,pin#6 连接到 R2 和 R4 的连接点。现在 pin#3 将在 i/p 更改其状态后几乎 R2 x C2 秒更改其状态。

ckt 如下图所示。 555_TIMER_3

此 ckt 可用于快速恢复 pin#3 到低电平状态。

注意:在这个问题中,希望 pin#3 必须保持高电平,直到 pin#2 保持低电平。这个电路解决了这个目的。

只有在 R2 x C2 x ln(2/3) = 0.4 x R2 x C2 秒后,引脚#2 才会变为低电平(即 < 1/3 x Vcc)。

因此,一个脉冲必须保持低电平至少 0.4 x R2 x C2 持续时间才能使引脚#3 变为高电平。并且脉冲必须保持高电平至少 0.4 x R2 x C2 才能将引脚#3 变为低电平。

对于 C2 = 1uF 和 R2 = 1Mohm,i/p 必须保持低电平至少 400ms,pin#3 变为高电平,并且必须保持高电平至少 400ms,pin#3 变为低电平。

于 2012 年 7 月 13 日编辑:

上述ckt的唯一问题。是当 i/p 从 LOW 变为 HIGH 时。

一旦 i/p 变高,C2 就开始通过 R2 和 R4 充电,而 pin#2仍然处于低电平,因此 FF i/p S 仍然是高电平,并且 o/p pin#3 也是高电平,因为R 处于低电平。

然而,只要i/p 变高,pin#6 也会变高。这导致 R 从 LOW 变为 HIGH。

现在对于 NOR SR FF,如果 S = R = HIGH(即 1),那么这是一个亚稳态,无法确定 FF 的 o/p。

因此,pin#3 将切换大约 0.7 x (R2+R4) x C2 秒。因此 o/p pin#3 也会切换。这是不希望的!

更好的解决方案是直接将 pin#6 连接到 pin#2,如下图所示。

555_TIMER4

这样,FF 可能出现的唯一 i/p 组合是:

S = R = 低

S = 低,R = 高

S = 高,R = 低

o/p 将在所有操作阶段保持一致。

通电时,C2 通过 R2 和 R4 充电,在 0.4 x (R2+R4) x C2 秒后,pin#2 上的电压将 > 1/3 x Vcc。

IOWs 为 0.4 x (R2+R4) x C2 秒,S = HIGH 和 R = LOW。这使得 pin#3 在此期间为高电平。我们需要在这段时间内保持 pin#4 为低电平,以便 pin#3 为低电平。

C2 在 1.1 x (R2+R4) x C2 秒内充电至 2/3 x Vcc。此时 R = HIGH 且 S = LOW,因此 pin#3 处于低电平!

当 C2 充电时,从 C2 处于 1/3 x Vcc 的瞬间到 C2 处于 2/3 x Vcc 的瞬间(即 0.7 x (R2+R4) x C2 秒),S 和 R 都是低,因此 o/p 不变,即 pin#3保持在低。

现在,当 i/p 从 HIGH 变为 LOW 时,pin#2 需要 0.4 x R2 x C2 秒才能低于 1/3 x Vcc。

请注意,在 C2 放电期间,在 0.7 x R2 x C2 秒内,S 和 R 均为低电平,因此 o/p保持在低电平。只有当 pin#2 处于 1/3 x Vcc 时,o/p pin#3 才会变为高电平。

因此,当 i/p 从 HIGH 变为 LOW 时,pin#2 根据 i/p 变化需要 0.4 x R2 x C2 秒,当 i/p 从 LOW 变为 1.1 x (R2+R4) x C2 秒到高。

所以我们必须在 i/p 处应用逻辑低电平至少 0.4 x R2 x C2 秒,然后只有 pin#3 会从低电平变为高电平。

而且,我们必须在 i/p 处应用逻辑高电平至少 1.1 x (R2+R4) x C2 秒,然后只有 pin#3 会从高电平变为低电平。


这个答案试图回答问题号。1,3,4,5。

控制引脚上的电阻器会将默认阈值更改为 2/3xVcc。但这里不需要这样做。

剩下的唯一问题是问题#6。

一种更简单的“模拟”解决方案,在输出上具有简单的逻辑覆盖。

在此处输入图像描述

操作理论

  1. 上电时,C1=0V,用户输入定义为 Hi 到 U1A,因此反相输出为低电平,驱动 D1 低电平有效,同时 C1 为低电平 ~ 0.2V 最大值。上电时。

  2. U1B 施密特与非门由任一输入低电平强制为高电平,这意味着如果用户输入在任何时候为高电平。这意味着当输入变高时“立即”低到 Hi。

0.2S 滤波器的例子,但没有脉冲展宽。 在此处输入图像描述

当可靠性对于抗噪性至关重要时,我不会将 555 用于此设计或任何其他设计的原因也可能有。

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