555定時呼叫器在通電后,將等待經(jīng)設(shè)定的時間長度,然后驅(qū)動蜂鳴器不斷鳴叫,最終實現(xiàn)延時發(fā)出呼叫提示聲音的效果。
實物圖如上,對應(yīng)的電路圖如下。
采用4節(jié)干電池供電,1節(jié)干電池為1.5V,總電壓為6V。
(注意電路圖中有一根線畫錯了,U1的第8腳VCC連接到了電池BATTERY的負極,實際應(yīng)為連接到電池BATTERY的正極。)
將短路帽插在“定時選擇開關(guān)”排針的不同位置,來設(shè)定不同的延遲時間。
要分析采用555定時器芯片設(shè)計的電路,應(yīng)從了解芯片的內(nèi)部工作原理入手,建議看完星球號文章《收藏備查:最全面的555定時器芯片內(nèi)部電路分析555定時器芯片內(nèi)部電路分析》后,再回到本文繼續(xù)閱讀。
一、電路原理分析——U1“單穩(wěn)態(tài)”定時電路
555定時呼叫器電路中用了U1、U2共兩個555定時器芯片。
其中的U1及其外圍電路構(gòu)成“單穩(wěn)態(tài)”定時電路。
在關(guān)機狀態(tài)時,開關(guān)SA是切換到“2”的位置。此時電容C1通過電阻R1、開關(guān)SA放電,電容C1的電壓最終被放到0。
將開關(guān)SA切到“1”的位置時,555定時呼叫器通電開機。
先來關(guān)注一下電阻R2。
電阻R2與555定時器芯片U1內(nèi)部三個5kΩ電阻的關(guān)系如下圖所示,由于電池電壓是6V,所以經(jīng)電阻分壓,得到兩個電壓:5.5V、2.8V。
再來關(guān)注R5、R6、R7、R8、R9,它們用來設(shè)定定時觸發(fā)的時間長度。假設(shè)短路帽將電阻R5連通,則剛通電開機時,電池通過R5對電容C1充電。
電容C1開始充電的初始電壓為0,充電時間 t 的計算公式為:
其中R為電阻阻值,C為電容容量,E為電容充滿電時的電壓,Vt為時刻t時電容充到的電壓。
可知電容C1充到5.5V時,此時充電時間 t :
這樣就實現(xiàn)了通過改變電阻R來設(shè)定不同的時間 t :
當(dāng)R = 510K 時,t = 1267.3 秒
當(dāng)R = 100K 時,t = 248.5 秒
當(dāng)R = 47K 時,t = 116.8 秒
當(dāng)R = 22K 時,t = 54.7 秒
當(dāng)R = 10K 時,t = 24.8 秒
直接拿出文章《555定時器芯片內(nèi)部電路分析》總結(jié)的速查表來分析電路:(注意表格中的“2/3Vcc”相當(dāng)于本電路中的5.5V,表格中的“1/3Vcc”相當(dāng)于本電路中的2.8V)
電容C1從0V開始充電,此時處在狀態(tài)4,充到2.8V以上進入狀態(tài)3,充到5.5V以上進入狀態(tài)2,最終充到6V,并維持為狀態(tài)2:
所以,U1的第3腳在電路剛通電時輸出High(6V),最終輸出Low(0V)。
U1在到達狀態(tài)2后一直維持不變,不再變到別的狀態(tài),所以這個電路也叫“單穩(wěn)態(tài)”電路。
二、電路原理分析——U2“無穩(wěn)態(tài)”電路
555定時呼叫器電路中用了U1、U2共兩個555定時器芯片。
其中的U2及其外圍電路構(gòu)成“無穩(wěn)態(tài)”電路。
在關(guān)機狀態(tài)時,開關(guān)SA是切換到“2”的位置,此時電路沒有接入電源,各處的電壓都為0。
將開關(guān)SA切到“1”的位置時,555定時呼叫器通電開機。
由于剛開機時U1的“延時”作用,其第3腳輸出High(6V),通過二極管VD1對電容C2進行充電,最終C2被充電到 6V - 0.7V = 5.3V。
從電路圖可以看出,U2的第2、6腳均接在電容C2上,電壓為5.3V。
查看速查表,此時U2處于狀態(tài)2,其第3腳(Pin 3)輸出Low,即0V,蜂鳴器不響。同時U2的第7腳(Pin 7)的內(nèi)部三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。
當(dāng)U1完成延時后,其第3腳輸出Low(0V),不再對電容C2充電。
同時由于U2的Pin 7的內(nèi)部三極管處于導(dǎo)通狀態(tài),其通過R4對電容C2進行放電。
電容C2從5.3V開始放電,一直放到稍低于2V時,U2變?yōu)闋顟B(tài)4:
進入狀態(tài)4后,Pin 7的內(nèi)部三極管截止,不再對電容C2放電。
電池通過R3、R4對電容C2進行充電:
最終充到稍高于4V,進入狀態(tài)2:
然后又開始對電容C2放電:
如此循環(huán)。
在循環(huán)過程中,U2的第3腳交替輸出High(6V)和Low(0V),驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出聲音。
由于U2的狀態(tài)不斷變化,所以這個電路也叫“無穩(wěn)態(tài)”電路。
三、最后
555定時呼叫器的電路到此解析完畢,下次再見啦!