1、一、555 集成电路原理555 时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在同一硅片上的组合集成电路。它设计新颖，构思奇巧，用途广泛，备受电子专业设计人员和电子爱好者的青睐，人们将其戏称为伟大的小 IC。1972 年，美国西格尼蒂克斯公司(Signetics)研制出 Tmer NE555 双极型时基电路，设计原意是用来取代体积大,定时精度差的热延迟继电器等机械式延迟器。但该器件投放市场后，人们发现这种电路的应用远远超出原设计的使用范围，用途之广几乎遍及电子应用的各个领域，需求量极大。美国各大公司相继仿制这种电路 1974 年西格尼蒂克斯公司又在同一基片上将两个双极型 555 单元集成在一起，取
2、名为NF556。1978 年美国英特锡尔公司(Intelsil)研制成功 CMOS 型时基电路ICM555 1CM556,后来又推出将四个时基电路集成在一个芯片上的四时基电路558 由于采用 CMOS 型工艺和高度集成，使时基电路的应用从民用扩展到火箭、导弹,卫星,航天等高科技领域。在这期间，日本、西欧等各大公司和厂家也竞相仿制、生产。尽管世界各大半导体或器件公司、厂家都在生产各自型号的555556 时基电路，但其内部电路大同小异，且都具有相同的引出功能端。时基集成电路 555 工作原理如下：图 a 所示为 555 时基电路内部电路图。管脚排列如图 b 所示。整个电路包括分压器，比较器，基本
3、RS 触发器和放电开关四个部分。（1）分压器 由三个 5kW 的电阻串联组成分压器，其上端接电源VCC（ 8 端），下端接地（1 端），为两个比较器 A1、A2 提供基准电平。使比较器 A1 的“+”端接基准电平 2VCC3（5 端），比较器 A2 的“-”端接VCC 3。如果在控制端（5 端）外加控制电压。可以改变两个比较器的基准电平。不用外加控制电压时，可用 0.01mF 的电容使 5 端交流接地，以旁路高频干扰。（2）比较器 A1、A7 是两个比较器。其“+”端是同相输人端，“-”端是反相输入端。由于比较器的灵敏度很高，当同相输入端电平略大于反相端时，其输出端为高电平；反之，当同相输入端
4、电平略小于反相输人端电平时，其输出端为低电平。因此，当高电平触发端（6 端）的触发电平大于 2VCC3 时，比较器 A1 的输出为低电平；反之输出为高电平。当低电平触发端（2 端）的触发电平略小于 VCC3 时，比较器 A2 的输出为低电平；反之，输出为高电平。（3）基本 RS 触发器 比较器 A1 和 A2 的输出端就是基本 RS 触发器的输入端 RD 和 SD。因此，基本 RS 触发器的状态（3 端的状态）受 6 端和 2 端的输入电平控制。图中的 4 端是低电平复位端。在 4 端施加低电平时，可以强制复位，使 Q=0。平时，将 4 端接电源 VCC 的正极。（4）放电开关图中晶体管 VT
5、 构成放电开关，使用时将其集电极接正电源，基极接基本 RS 触发器的 Q 端。当 Q=0 时，VT 截止；当 Q=1 时，VT 饱合导通。可见晶体管 VT 作为放电开关，其通断状态由触发器的状态决定。 从 CA555 时基电路的内部等效电路图中可看到，VTl-VT4、VT5、VT7 组成上比较器 Al，VT7 的基极电位接在由三个 5k电阻组成的分压器的上端，电压为 2/3VDD；VT9-VT13 组成下比较器 A2，VTl3 的基极接分压器的下端，参考电 1/3VDD。在电路设计时，要求组成分压器的三个 5k电阻的阻值严格相等，以便给出比较精确的两个参考电位 1/3VDD 和 2/3VDD。
6、VTl4-VTl7 与一个4.7k的正反馈电阻组合成一个双稳态触发电路。VTl8-VT21 组成一个推挽式功率输出级，能输出约 200mA 的电流。VT8 为复位放大级，VT6 是一个能承受 50mA 以上电流的放电晶体三极管。双稳态触发电路的工作状态由比较器A1、 A2 的输出决定。555 时基电路的工作过程如下：当 2 脚，即比较器 A2 的反相输入端加进电位低于 1/3VDD 的触发信号时，则 VT9、VTll 导通，给双稳态触发器中的 VTl4 提供一偏流，使 VTl4 饱和导通，它的饱和压降 Vces 箝制 VTl5 的基极处于低电平，使 VTl5 截止，VTl7 饱和，从而使 VT
7、l8 截止，VTl9 导通，VT20 完全饱和导通，VT21 截止。因此，输出端 3 脚输出高电平。此时，不管 6 端( 阈值电压)为何种电平，由于双稳态触发器(VTl4-VTl7)中的 47k 电阻的正反馈作用(VTl5 的基极电流是通过该电阻提供的)，3 脚输出高电平状态一直保持到 6 脚出现高于 1/3VDD 的电平为止。当触发信号消失后，即比较器 A2 反相输入端 2 脚的电位高于 1/3VDD，则VT9、VTll 截止， VTl4 因无偏流而截止，此时若 6 脚无触发输入，则 VTl7 的Vces 饱和压降通过 4.7k电阻维持 VTl3 截止，使 VTl7 饱和稳态不变，故输出端
8、3 脚仍维持高电平。同时，VTl8 的截止使 VT6 也截止。当触发信号加到 6 脚时，且电位高于 2/3VDD 时，则 VTl、VT2 、VT3 皆导通。此时，若 2 脚无外加触发信号使 VT9、VTl4 截止，则 VT3 的集电极电流供给 VTl5 偏流，使该级饱和导通，导致 VTl7 截止，进而 VTl8 导通，VTl9、VT2。都截止，VT21 饱和导通，故 3 脚输出低电平。当 6 脚的触发信号消失后，即该脚电位降至低于 2/3VDD 时，则 VTl、VT2、VT3 皆截止，使VTl5 得不到偏流。此时，若 2 脚仍无触发信号，则 VTl5 通过 4.7k电阻得到偏流，使 VTl5
9、维持饱和导通， VTl7 截止的稳态，使 3 脚输出端维持在低电平状态。同时，VTl8 的导通，使放电级 VT6 饱和导通。通过上面两种状态的分析，可以发现：只要 2 脚的电位低于 1/3VDD，即有触发信号加入时，必使输出端 3 脚为高电平；而当 6 脚的电位高于 2/3VDD时，即有触发信号加进时，且同时 2 脚的电位高于 1/3VDD 时，才能使输出端3 脚有低电平输出。 4 脚为复位端。当在该脚加有触发信号，即其电位低于导通的饱和压降 0.3V 时，VT8 导通，其发射极电位低于 lV，因有 D3 接入，VTl7 为截止状态， VTl8、 VT21 饱和导通，输出端 3 脚为低电平。此
10、时，不管2 脚、6 脚为何电位，均不能改变这种状态。因 VT8 的发射极通过 D3 及 VTl7的发射极到地，故 VT8 的发射极电位任何情况下不会比 1.4V 电压高。因此，当复位端 4 脚电位高于 1.4V 时，VT8 处于反偏状态而不起作用，也就是说，此时输出端 3 脚的电平只取决于 2 脚、6 脚的电位。根据上面的分析，CA555 时基电路的内部等效电路可简化为如图所示的等效功能电路。显然，555 电路(或者专 556 电路)内含两个比较器 A1 和 A2、一个触发器、一个驱动器和一个放电晶体管。两个比较器分别被电阻 R1、R2 和R3 构成的分压器设定的 2/3VDD 和 1/3VD
11、D。参考电压所限定。为进一步理解其电路功能，并灵活应用 555 集成块，下面简要说明其作用机理。从图 15可见，三个 5k电阻组成的分压器，使内部的两个比较器构成一个电平触发器，上触发电平为 2/3VDD，下触发电平为 1/3VDD。在 5 脚控制端外接一个参考电源 Vc，可以改变上、下触发电平值。比较器 Al 的输出同或非门 l 的输入端相接，比较器 A2 的输出端接到或非门 2 的输入端。由于由两个或非门组成的 RS 触发器必须用负极极性信号触发，因此，加到比较器 Al 同相端 6 脚的触发信号，只有当电位高于反相端 5 脚的电位时，RS 触发器才翻转；而加到比较器 A2反相端 2 脚的触
12、发信号，只有当电位低于 A2 同相端的电位 1/3DD 时，R S触发器才翻转。通过上面对等效功能电路和 CA555 时基电路的内部等效电路的分析，可得出 555 各功能端的真值表。 引脚 2 6 4 3 7电平 1/3VDD 1.4V * 高电平 悬空状态电平 2/3VDD 1.4V 保持电平 保持电平 * * 0.3V 低电平 低电平由表可看出，S、R、MR 的输入不一定是逻辑电平，可以是模拟电平，因此，该集成电路兼有模拟和数字电路的特色。二、555 的应用我们知道,555 电路在应用和工作方式上一般可归纳为 3 类。每类工作方式又有很多个不同的电路。在实际应用中,除了单一品种的电路外,还
13、可组合出很多不同电路,如：多个单稳、多个双稳、单稳和无稳,双稳和无稳的组合等。这样一来 ,电路变的更加复杂。为了便于我们分析和识别电路,更好的理解 555 电路, 这里我们这里按 555电路的结构特点进行分类和归纳,把 555 电路分为 3 大类、8 种、共 18 个单元电路。每个电路除画出它的标准图型,指出他们的结构特点或识别方法外 ,还给出了计算公式和他们的用途。方便大家识别、分析 555 电路。下面将分别介绍这3 类电路。 单稳类电路单稳工作方式,它可分为 3 种。见图示。 第 1 种（图 1）是人工启动单稳 ,又因为定时电阻定时电容位置不同而分为2 个不同的单元 ,并分别以 1.1.1
14、 和 1.1.2 为代号。他们的输入端的形式,也就是电路的结构特点是：“RT-6.2-CT” 和“CT-6.2-RT” 。第 2 种（图 2）是脉冲启动型单稳 ,也可以分为 2 个不同的单元。他们的输入特点都是“RT-7.6-CT”,都是从 2 端输入。1.2.1 电路的 2 端不带任何元件,具有最简单的形式;1.2.2 电路则带有一个 RC 微分电路。第 3 种（图 3）是压控振荡器。单稳型压控振荡器电路有很多,都比较复杂。为简单起见,我们只把它分为 2 个不同单元。不带任何辅助器件的电路为 1.3.1;使用晶体管、运放放大器等辅助器件的电路为 1.3.2。图中列出了 2 个常用电路。双稳类
15、电路这里我们将对 555 双稳电路工作方式进行总结、归纳。555 双稳电路可分成 2 种。第一种（见图 1）是触发电路 ,有双端输入（2.1.1）和单端输入（2.1.2）2个单元。单端比较器（2.1.2）可以是 6 端固定,2 段输入; 也可是 2 端固定,6 端输入。第 2 种（见图 2）是施密特触发电路 ,有最简单形式的（2.2.1）和输入端电阻调整偏置或在控制端（5）加控制电压 VCT 以改变阀值电压的（2.2.2）共 2个单元电路。双稳电路的输入端的输入电压端一般没有定时电阻和定时电容。这是双稳工作方式的结构特点。2.2.2 单元电路中的 C1 只起耦合作用,R1 和 R2 起直流偏置
16、作用。 无稳类电路第三类是无稳工作方式。无稳电路就是多谐振荡电路,是 555 电路中应用最广的一类。电路的变化形式也最多。为简单起见,也把它分为三种。 第一种（见图 1）是直接反馈型 ,振荡电阻是连在输出端 VO 的。第二种（见图 2）是间接反馈型 ,振荡电阻是连在电源 VCC 上的。其中第1 个单元电路（ 3.2.1）是应用最广的。第 2 个单元电路（3.2.2 ）是方波振荡电路。第 3、4 个单元电路都是占空比可调的脉冲振荡电路,功能相同而电路结构略有不同,因此分别以 3.2.3a 和 3.2.3b 的代号。 第三种(见图 3)是压控振荡器。由于电路变化形式很复杂 ,为简单起见,只分成最简
17、单的形式（3.3.1 ）和带辅助器件的(3.3.2)两个单元。图中举了两个应用实例。无稳电路的输入端一般都有两个振荡电阻和一个振荡电容。只有一个振荡电阻的可以认为是特例。例如：3.1.2 单元可以认为是省略 RA 的结果。有时会遇上 7.6.2 三端并联 ,只有一个电阻 RA 的无稳电路,这时可把它看成是 3.2.1 单元电路省掉 RB 后的变形。以上归纳了 555 的 3 类 8 种 18 个单元电路,虽然它们不可能包罗所有 555应用电路,古话讲：万变不离其中,相信它对我们理解大多数 555 电路还是很有帮助的。各种应用电路555 触摸定时开关集成电路 IC1 是一片 555 定时电路,在
18、这里接成单稳态电路。平时由于触摸片 P 端无感应电压,电容 C1 通过 555 第 7 脚放电完毕,第 3 脚输出为低电平, 继电器 KS 释放 ,电灯不亮。当需要开灯时,用手触碰一下金属片 P,人体感应的杂波信号电压由 C2 加至555 的触发端 ,使 555 的输出由低变成高电平,继电器 KS 吸合,电灯点亮。同时,555 第 7 脚内部截止,电源便通过 R1 给 C1 充电,这就是定时的开始。当电容 C1 上电压上升至电源电压的 2/3 时,555 第 7 脚道通使 C1 放电,使第 3脚输出由高电平变回到低电平,继电器释放,电灯熄灭,定时结束。定时长短由 R1、C1 决定：T1=1.1
19、R1*C1 。按图中所标数值 ,定时时间约为 4 分钟。D1 可选用 1N4148 或 1N4001。相片曝光定时器附图电路是用 555 单稳电路制成的相片曝光定时器。用人工启动式单稳电路。 工作原理： 电源接通后,定时器进入稳态。此时定时电容 CT 的电压为：VCT=VCC=6V。对 555 这个等效触发器来讲,两个输入都是高电平, 即 VS=0。继电器 KA 不吸合 ,常开点是打开的 ,曝光照明灯 HL 不亮。按一下按钮开关 SB 之后,定时电容 CT 立即放到电压为零。于是此时 555电路等效触发的输入成为：R=0 、S=0, 它的输出就成高电平： V0=1。继电器KA 吸动,常开接点闭
20、合 ,曝光照明灯点亮。按钮开关按一下后立即放开,于是电源电压就通过 RT 向电容 CT 充电,暂稳态开始。当电容 CT 上的电压升到 2/3VCC既 4 伏时,定时时间已到 ,555 等效电路触发器的输入为：R=1、S=1,于是输出又翻转成低电平：V0=0。继电器 KA 释放 ,曝光灯 HL 熄灭。暂稳态结束,有恢复到稳态。 曝光时间计算公式为：T=1.1RT*CT。本电路提供参数的延时时间约为 1秒2 分钟,可由电位器 RP 调整和设置。电路中的继电器必需选用吸合电流不应大于 30mA 的产品,并应根据负载（HL）的容量大小选择继电器触点容量。单电源变双电源电路附图电路中,时基电路 555 接成无稳态电路,3 脚输出频率为 20KHz、占空比为1：1 的方波。3 脚为高电平时,C4 被充电;低电平时,C3 被充电。由于VD1、VD2 的存在,C3、C4 在电路中只充电不放电,充电最大值为 EC,将 B 端接地,在 A、C 两端就得到+/-EC 的双电源。本电路输出电流超过 50mA。简易催眠器时基电路 555 构成一个极低频振荡器,输出一个个短的脉冲 ,使扬声器发出类似雨滴的声音（见附图）。扬声器采用 2 英寸、8 欧姆小型动圈式。雨滴声的速度可以通过 100K 电位器来调节到合适的程度。如果在电源端增加一简单
