阈值电压自浮动的555多谐振荡电路探讨

由555 集成定时器构成的多谐振荡电路有多种形式。本文探讨增大其振荡周期的新方法，开发了一种简单且颇具特色的555 多谐振荡电路。该电路延时的思路新颖，引入反馈使555 阈值电压自动浮动。在定时元件参数相同、甚至不需增加任何元件时，就可把振荡周期提高到３倍以上；而在振荡周期相同的情况下，定时元件参数可减小1/3。电路简单、实用。电路组成

图1 基本电路

由555 定时器构成的阈值电压自浮动的多谐振荡器的基本电路如图1 所示。R 和C 构成电阻、电容充放电时间常数电路。555的7 引脚放电端(DIS端)也是555 的辅助输出端，把它和5 引脚电压控制端(VCO端)相连，即构成了反馈和阈值电压自浮动电路。 阈值电压自浮动的555 多谐振荡器等效电路如图2 所示。

图2 等效电路

当555的3 引脚(Vo 输出端)输出电压为高电平VOH 时，电源电压VCC 经内部等效输出电阻ro(上输出管T20 导通的等效电阻)和R 给电容C 充电，C上电压vc 逐渐上升，同时7引脚(DIS放电端)内部的放电三极管T6 截止，5 引脚的基准电压由VCC 及内部三个5KW 电阻分压决定为2VCC/3，即高阈值电压VTH 和低阈值电压VTR 则被分别上浮为2VCC/3 和VCC/3。故当vc 被充电到大于2VCC/3 时，由555 功能知，vo输出端3 引脚电压跳变为低电平VOL，同时7 引脚(DIS 放电端)内部的放电三极管T6 导通。一方面，电容C 上的电压vc 经R 和输出端3 引脚内部导通的下输出管T21 对地放电，C 上电压vc 逐渐下降。另一方面，5 引脚的(控制电压)基准电压VCO 即被下拉到三极管T6 的饱和压降值VCES,而使两个阈值电压分别下浮为VTH=VCES 和VTR=VCES/2。 当C 上电压vc 随放电下降到VTR 即VCES/2 以下时，由555 的功能知，3 引脚输出端的电压vo 才跳变为高电平VOH，同时，7 引脚(DIS放电端)内部的放电三极管T6 又截止。5 引脚电压又被上浮为2/3VCC，使高阈值电压VTH和低阈值电压VTR又分别被上浮为2VCC/3和VCC/3。同时，电容C 从VCES/2 电压又被充电，如此周而复始，循环往复，形成周期性振荡。 上述分析可见，7 引脚往5 引脚的反馈实现了阈值电压的自动浮动,使555振荡电路中电容C上电压vc 在VCES/2 和VCC/3 范围之间反复进行充放电，远大于不反馈浮动的VCC/3 和2VCC/3 的范围，使充放电时间都大大被延长，使振荡周期和输出信号的周期被大大延长。电路的工作波形如图3 所示。

图3 振荡波形

实验测试结果 实验测得的图1 电路输出矩形波vo 的高电平时间tH 和周期T 见表1。 阈值电压可调的 自浮动电路 在图1 中，如果用可调电阻RF 代替5557 引脚和5 引脚间的连接线，就构成了阈值电压自浮动且可调的555 振荡电路，如图4 所示。

图4 可调的阈值电压自浮动电路 基准电压电路的等效电路如图5 所示。

图5 图4 电路的等效电路

当放电管T6 截止时，RF支路相当于开路，基准电压和阈值电压由VCC 和三个KW 电阻分压

决定：高阈值电压VTH=2VCC/3，低阈值电压VTR=VCC/3。

当放电管T6 饱和导通时，导通压降VCES 约为0.3V 左右，7 引脚近似于接地：

当RF≈0 时，VCES 不能忽略，VTH≈VCES=VOL

当RF 为其它情况时，VCES可以忽略，设T6 管导通压降为0V，则：

VTH=VCC(10K//RF)/(5K+10K//RF)=VCC/(5K/RF+1.5)

VTR=VTH/2=VCC/(10K/RF+3)

据此可推得：当RF=1KW 时VTH=VCC/6.5，VTR=VCC/13；

RF=10KW 时VTH=VCC/2，VTR=VCC/4；

RF=100KW 时VTH=VCC/1.55≈2VCC/3，VTR=VCC/3.1≈VCC/3

阈值电压VT 和反馈电阻RF 的关系曲线,如图6 所示。

图6 VT 和RF 的关系曲线

       可见，RF可在0 到几十KW 范围内选择。 电路的振荡周期和输出高电平时间可以根据电容充、放电公式和阈值电压算出。 根据上述原理，可以用555 集成定时器设计构成各种不同形式的阈值电压自浮动的多谐振荡器电路(见图7)。

图7 几种应用电路

结语

反馈使555 定时器的阈值电压自浮动，是延长定时时间的一个新的思路。用电容反馈时，延时时间与反馈电容量(在一定范围内)的大小成正比。 参考文献：

1.闫石主编，‘数字电子技术基础’,第4 版.北京,高等教育出版社,2000.