高中電子學_基本振盪電路_6. 555計時器振盪電路_6.3 555無穩態多諧振盪器_支裕文

各位同學大家好,我是智裕文老師,今天我所要講說的內容是電子學課程裡面的基本振蕩電路單元下的555即時振蕩電路。 在這個part裡面,我們談到的是part c,555的無穩態多寫振蕩器。 555即時IC的常用電路有三個,第一個是斯密特觸發電路, 第二個是無穩態多寫振蕩電路,第三個是單穩態多寫振蕩器。 那在這個部分,我們要談的是555,用作在無穩態多寫振蕩器。 第一個,在電路中,它沒有加任何的觸發角, 我們知道說,雙穩態多寫振蕩器,也就是斯密特振蕩器, 它必須要觸發一個信號,轉態一次,觸發一個信號,轉態一次。 那在單穩態裡面,我們也要觸發一個,它會有一個不穩定的時間,再到穩定的時間。 所以,以上兩個都需要加觸發信號,而在無穩態裡面,我們不需要加任何觸發信號, 我們只要送電,它就會產生振蕩,所以555的無穩態多寫振蕩器也是一樣, 在電路中,它不用加任何的觸發角,只要開啟電源之後,它就會有方波的輸出。 那用555來做無穩態多寫振蕩器,它是屬於一個電阻電容充放電形式的振蕩器。 那當然,這個常常用在石脈產生電路,右邊是一個無穩態多寫振蕩器的電路圖, 那它把555的內部也劃進來,那左邊是它的波形圖,所以我們可以知道, 當它在充電的時候,它由正VCC經由R1,再到R2,再到C去做充電。 所以這樣的路徑就形成了一個充電路徑,所以請同學這邊注意,它的充電電阻是R1加R2, 那充電的電容就是C,那在充電的時候呢,它一樣會產生輸出的波形, 所以左邊是它的波形,那你看到的這個充電曲線是VC的波形,也是電容器兩端的電壓波形。 所以剛開始充電的時候,電容器兩端是0伏特,那隨著時間增加,它就會開始充電,一直到充到三分之二VCC的時候, 也就是充到上限電壓的時候,它就會轉,它就會停止,那在這段期間呢,我的輸出是高電位, 也就是正飽和電壓,接下來我們來看放電的部分,剛才我們的電容器充電充到上限電壓, 也就是三分之二VCC,當它充到三分之二VCC的時候,我的輸出就會開始轉態,那它就會進行放電, 那這個時候呢,它的放電路徑是從電容器的C,經過R2,然後呢,再到第七支腳, 第七支腳進去會有一個放電用的電晶體,這個時候,這個電晶體已經ON導通了, 所以我的放電電流可以透過電晶體一直落到D,那這樣就會形成我的放電路徑,那在輸出的部分, 它會從三分之二VCC開始放,一直放到三分之一VCC,這個是我的VC電壓,那在這個期間呢,我的輸出, 第三支腳的輸出就會輸出LOW,所以它就輸出0,所以如果把555變成方塊的話,那左邊這個圖就是它的電路圖, 那右邊就是它的波形,所以我們從左邊再看一次它的充電路徑,是從VCC經過R1,R2,一直到電容器, 那這個時間,它就會有一個上升曲線出來,那它的輸出呢,就是正飽和電壓,也就是VCC, 那後面的週期呢,因為它會在三分之一VCC跟三分之二VCC之間去做震盪, 充放,充放,所以它只有第一個週期會有0到三分之一VCC的上升曲線, 後面的充電週期都不會有這樣的曲線,都不會從0開始,它就是從三分之一VCC一直充到三分之二VCC。 接下來我們看放電的部分,也是一樣,它的放電路徑是從電源,電容器C經過R2, 對到555的第七支腳,裡面有一個電晶體放電,所以在右邊就會看到一個放電的下降曲線, 那這個時候我的輸出就會輸出low,低電位,那以此類推,它的放電是從三分之二VCC一直放到三分之一VCC。 接下來我們來看綜合討論,第一點,當電容器於充電狀態的時候,它的輸出是為high, 反之,如果我的電容器於放電狀態的時候,它的輸出會為low。 第二點,除了T0,也就是最前面那個剛開始送電之後的那個週期, 它會有一個站態的現象以外,輸出的方坡呢,都是由TH跟TL兩個時間相加所組成的。 接下來我們看綜合討論,我們來分別討論高電位時間跟低電位時間, 高電位時間,它會等於0.693乘上R1加R2再乘上C, 那為什麼是R1加R2,因為在充電路徑上面,它的電阻有兩個,一個是R1,一個是R2, 所以我們必須把這兩個串聯在一起,所以相加,那我們再把0.693淨是於0.7, 所以我們就會得到0.7倍的R1加R2乘上C。 接下來我們來看下面Tlow的部分,Tlow是會等於0.693乘上R2再乘上C, 那為什麼是R2,因為在放電路徑上面,只有一個電阻,R2,所以我們只要乘上R2即可, 那把0.693淨是於0.7,它就會等於0.7倍的R2再乘上C, 所以Thigh的部分跟Tlow的部分,請同學特別注意。 接下來我們來看不對稱方坡的震盪週期,所以根據剛才 我們可以整理出來,T總週期的時間就會等於充電時間加放電時間, 也就是Thigh的時間加Tlow的時間,那它會等於0.7倍的R1加R2乘上C,再加上0.7倍的R2乘上C, 那我們把0.7倍提出來,C提出來,就會變成總週期會淨是於 0.7倍的R1加2倍的R2再乘上C,所以這個結論是很重要的結論, 所以一般我們在設計555震盪器的時候,都會以這個的結論去做設計。 接下來我們來討論工作週期的部分,工作週期的定義是等於總週期分支高電位週期, 所以剛好就是總週期分支,充電的週期,那把前面的式子帶進來之後,再經過化減, 我們可以把0.693約掉,跟C約掉,之後就會得到R1加2倍的R2分支, R1加R2,所以請同學看這邊,R1加R2剛好是充電路徑上面的電阻, 那R1加2倍的R2剛好是充電的電阻加上放電的電阻,所以會變成這樣子, 最後乘上百分之百,這就是我的工作週期。接下來我們來看一個實例討論, 這個圖是一個555的無穩態多寫震盪器的電路圖,R1等於1kΩ, R2等於2kΩ,C等於0.2micro法拉,那請問你第一個震盪週期為多少, 第二個工作週期又為多少,所以我們看第一個,它的總週期會等於 0.7倍的R1加2倍的R2,之後再乘上C, 把數值代進去,就會等於0.7倍的1k加上2倍的2kΩ, 再乘上0.2micro法拉,就會等於0.7mini second,那第二個部分我們求工作週期, 它會等於R1加2倍的R2分支R1加R2,所以把數值代進去之後,就會變成5分之3, 那它會等於60%,所以它的工作週期就是60%,接下來我們來看, 剛才的部分是它的high low是不對稱的,那接下來我們要設計的是工作週期是50%, 它是對稱的防波,那我們該怎麼設計呢,我們利用二極體的特性, 順向導通,逆向不導通,也就是順向是短路的,逆向是開路的特性, 來看,我們加入兩個二極體,所以在充電的時候, 我們會從VCC經由R,再經由D1,這個時候因為D2不導通, 所以電流會從D1流過來對C充電,那形成我們高電位的時間, 那接下來我們來看放電的部分,放電的部分會從C經由D2到R放電, 那為什麼不走D1,是因為這時候D1是逆向,所以電流不會從D1走,它會從D2走, 再經過R,再對第七隻腳去做放電,那這樣就形成我的放電路徑, 那我只要把上面的R跟下面的R,充電路徑上面的R跟放電路徑上面的R設計成一樣的時候, 那這時候高電位時間會跟低電位時間一樣,那它的工作週期就是50%, 所以它就會形成一個對稱的方坡,所以我們整理一下, 輸出VO等於VCC的時間,就是充電時間,就是0.7倍的R乘上C, 那輸出為0的時間呢,就是電容的放電時間,也就是0.7倍的RC,所以剛好 上下高電位跟低電位對稱,時間一樣,所以對稱方坡的輸出週期會等於充電時間加放電時間, 那就會近似於1.4倍的RC,所以這個結論請同學特別要記下來。 接下來我們來看一個實例討論,以致555的無穩態多鞋振盪電路, 那我們加了二極體之後就會變成輸出是對稱方坡, R等於10K,C等於10個microfarad,請問你它的振盪週期為多少? 所以直接代進去,T等於1.4倍的RC,所以等於1.4乘上10K歐姆,再乘上10個microfarad, 所以最後會得到140個minisecond,所以這就是它的振盪週期。 接下來我們把part C做一個總結,常用的555振盪電路可以分成三種, 一個是4m速發,也就是雙穩態多鞋振盪器,第二個是無穩態多鞋振盪器,第三個是單穩態多鞋振盪器, 那我們在這個單元裡面談的是無穩態多鞋振盪器,那無穩態呢,它沒有任何的觸發角,它也不需要觸發, 開電之後就會有方坡輸出,那它是屬於電阻電容式的振盪器, 那它常用做來當作是時脈產生電路,不對稱方坡的輸出, 它是週期T是等於充電加放電的時間,所以它會等於0.7倍的R1加R2, 括號乘上C,再加上0.7倍的R2乘上C,所以整理完之後就會得到0.7倍的R1加2倍的R2乘上C, 那如果用工作週期來看的話,剛好是總週期分之高電位週期, 所以它的結論是R1加2倍的R2再分之R1加R2乘上百分之百, 那如果對稱的方坡呢,有時候工作週期是百分之五十的方坡, 它一樣總週期會等於充電時間加放電時間,它的結論是1.4倍的Rc, 以上是part c的內容,希望各位同學回去能夠多加練習並且收讀,謝謝大家。