1、多學(xué)時(shí)電子技術(shù)專(zhuān)題報(bào)告時(shí)間： 班級(jí)：學(xué)號(hào)： 姓名：關(guān)于555電路及其應(yīng)用 摘要：555時(shí)基電路是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結(jié)合在同一硅片上的組合集成電路。利用它能極方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等應(yīng)用電路。因使用靈活、方便，所以在生活中應(yīng)用廣泛，廣泛分布于家用電器、電子玩具、防盜報(bào)警等領(lǐng)域，在電子技術(shù)中有了比較詳細(xì)的介紹，本文主要將闡述555電路及其廣泛的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：555定時(shí)器 施密特觸發(fā)器 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 多諧振蕩器 電子技術(shù)一、555定時(shí)器介紹1. 發(fā)展歷史 555時(shí)基電路是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結(jié)合在同一硅片上的組合集成電路。它設(shè)計(jì)新穎，構(gòu)思奇巧，用途廣泛，

2、備受電子專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員和電子愛(ài)好者的青睞，人們將其戲稱(chēng)為偉大的小IC。1972年，美國(guó)西格尼蒂克斯公司(Signetics)研制出Tmer NE555雙極型時(shí)基電路，設(shè)計(jì)原意是用來(lái)取代體積大,定時(shí)精度差的熱延遲繼電器等機(jī)械式延遲器。但該器件投放市場(chǎng)后，人們發(fā)現(xiàn)這種電路的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原設(shè)計(jì)的使用范圍，用途之廣幾乎遍及電子應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域，需求量極大。美國(guó)各大公司相繼仿制這種電路 1974年西格尼蒂克斯公司又在同一基片上將兩個(gè)雙極型555單元集成在一起，取名為NF556。1978年美國(guó)英特錫爾公司(Intelsil)研制成功CMOS型時(shí)基電路ICM555 1CM556,后來(lái)又推出將四個(gè)時(shí)基電路集成在一

3、個(gè)芯片上的四時(shí)基電路558 由于采用CMOS型工藝和高度集成，使時(shí)基電路的應(yīng)用從民用擴(kuò)展到火箭、導(dǎo)彈,衛(wèi)星,航天等高科技領(lǐng)域。在這期間，日本、西歐等各大公司和廠(chǎng)家也競(jìng)相仿制、生產(chǎn)。盡管世界各大半導(dǎo)體或器件公司、廠(chǎng)家都在生產(chǎn)各自型號(hào)的555556時(shí)基電路，但其內(nèi)部電路大同小異，且都具有相同的引出功能端。555時(shí)基電路引腳圖：2. 引腳功能1腳：外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地。2腳：低觸發(fā)端 3腳：輸出端Vo 4腳：是直接清零端。當(dāng)此端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論TR、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。 5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)

4、部?jī)蓚€(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。 6腳：TH高觸發(fā)端。 7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)電容的放電。 8腳：外接電源VCC，雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.5 16V，CMOS型時(shí)基電路VCC的范圍為3 18V。一般用5V。3. 原理 鑒于各種雙極型的555集成塊的內(nèi)部電路大同小異，下面我們以CA555為例分析其內(nèi)部電路和原理。從CA555時(shí)基電路的內(nèi)部等效電路圖中可看到，VTl-VT4、VT5、VT7組成上比較器Al，VT7的基極電位接在由三個(gè)5k電阻組成的分壓器的上端，電壓為VDD；VT9-VT13組成下比較器A2，

5、VTl3的基極接分壓器的下端，參考電位為VDD。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，要求組成分壓器的三個(gè)5k電阻的阻值嚴(yán)格相等，以便給出比較精確的兩個(gè)參考電位VDD和VDD。VTl4-VTl7與一個(gè)4.7k的正反饋電阻組合成一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。VTl8-VT21組成一個(gè)推挽式功率輸出級(jí)，能輸出約200mA的電流。VT8為復(fù)位放大級(jí)，VT6是一個(gè)能承受50mA以上電流的放電晶體三極管。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的工作狀態(tài)由比較器A1、A2的輸出決定。555時(shí)基電路的工作過(guò)程如下：當(dāng)2腳，即比較器A2的反相輸入端加進(jìn)電位低于VDD的觸發(fā)信號(hào)時(shí)，則VT9、VTll導(dǎo)通，給雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中的VTl4提供一偏流，使VTl4飽和導(dǎo)通，它的飽

6、和壓降Vces箝制VTl5的基極處于低電平，使VTl5截止，VTl7飽和，從而使VTl8截止，VTl9導(dǎo)通，VT20完全飽和導(dǎo)通，VT21截止。因此，輸出端3腳輸出高電平。此時(shí)，不管6端(閾值電壓)為何種電平，由于雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(VTl4-VTl7)中的47k電阻的正反饋?zhàn)饔?VTl5的基極電流是通過(guò)該電阻提供的)，3腳輸出高電平狀態(tài)一直保持到6腳出現(xiàn)高于VDD的電平為止。當(dāng)觸發(fā)信號(hào)消失后，即比較器A2反相輸入端2腳的電位高于VDD，則VT9、VTll截止，VTl4因無(wú)偏流而截止，此時(shí)若6腳無(wú)觸發(fā)輸入，則VTl7的Vces飽和壓降通過(guò)4.7k電阻維持VTl3截止，使VTl7飽和穩(wěn)態(tài)不變，故輸出端

7、3腳仍維持高電平。同時(shí)，VTl8的截止使VT6也截止。當(dāng)觸發(fā)信號(hào)加到6腳時(shí)，且電位高于VDD時(shí)，則VTl、VT2、VT3皆導(dǎo)通。此時(shí)，若2腳無(wú)外加觸發(fā)信號(hào)使VT9、VTl4截止，則VT3的集電極電流供給VTl5偏流，使該級(jí)飽和導(dǎo)通，導(dǎo)致VTl7截止，進(jìn)而VTl8導(dǎo)通，VTl9、VT2。都截止，VT21飽和導(dǎo)通，故3腳輸出低電平。當(dāng)6腳的觸發(fā)信號(hào)消失后，即該腳電位降至低于VDD時(shí)，則VTl、VT2、VT3皆截止，使VTl5得不到偏流。此時(shí)，若2腳仍無(wú)觸發(fā)信號(hào)，則VTl5通過(guò)4.7k電阻得到偏流，使VTl5維持飽和導(dǎo)通，VTl7截止的穩(wěn)態(tài)，使3腳輸出端維持在低電平狀態(tài)。同時(shí)，VTl8的導(dǎo)通，使放電

8、級(jí)VT6飽和導(dǎo)通。通過(guò)上面兩種狀態(tài)的分析，可以發(fā)現(xiàn)：只要2腳的電位低于VDD，即有觸發(fā)信號(hào)加入時(shí)，必使輸出端3腳為高電平；而當(dāng)6腳的電位高于VDD時(shí)，即有觸發(fā)信號(hào)加進(jìn)時(shí)，且同時(shí)2腳的電位高于VDD時(shí)，才能使輸出端3腳有低電平輸出。4腳為復(fù)位端。當(dāng)在該腳加有觸發(fā)信號(hào)，即其電位低于導(dǎo)通的飽和壓降0.3V時(shí)，VT8導(dǎo)通，其發(fā)射極電位低于lV，因有D3接入，VTl7為截止?fàn)顟B(tài)，VTl8、VT21飽和導(dǎo)通，輸出端3腳為低電平。此時(shí)，不管2腳、6腳為何電位，均不能改變這種狀態(tài)。因VT8的發(fā)射極通過(guò)D3及VTl7的發(fā)射極到地，故VT8的發(fā)射極電位任何情況下不會(huì)比1.4V電壓高。因此，當(dāng)復(fù)位端4腳電位高于1.

9、4V時(shí)，VT8處于反偏狀態(tài)而不起作用，也就是說(shuō)，此時(shí)輸出端3腳的電平只取決于2腳、6腳的電位。根據(jù)上面的分析，CA555時(shí)基電路的內(nèi)部等效電路可簡(jiǎn)化為如圖所示的等效功能電路。顯然，555電路(或者專(zhuān)556電路)內(nèi)含兩個(gè)比較器A1和A2、一個(gè)觸發(fā)器、一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)放電晶體管。兩個(gè)比較器分別被電阻R1、R2和R3構(gòu)成的分壓器設(shè)定的VDD和VDD。參考電壓所限定。為進(jìn)一步理解其電路功能，并靈活應(yīng)用555集成塊，下面簡(jiǎn)要說(shuō)明其作用機(jī)理。從圖15可見(jiàn)，三個(gè)5k電阻組成的分壓器，使內(nèi)部的兩個(gè)比較器構(gòu)成一個(gè)電平觸發(fā)器，上觸發(fā)電平為VDD，下觸發(fā)電平為VDD。在5腳控制端外接一個(gè)參考電源Vc，可以改變上、下

10、觸發(fā)電平值。比較器Al的輸出同或非門(mén)l的輸入端相接，比較器A2的輸出端接到或非門(mén)2的輸入端。由于由兩個(gè)或非門(mén)組成的RS觸發(fā)器必須用負(fù)極極性信號(hào)觸發(fā)，因此，加到比較器Al同相端6腳的觸發(fā)信號(hào)，只有當(dāng)電位高于反相端5腳的電位時(shí)，RS觸發(fā)器才翻轉(zhuǎn)；而加到比較器A2反相端2腳的觸發(fā)信號(hào)，只有當(dāng)電位低于A(yíng)2同相端的電位VDD時(shí)，RS觸發(fā)器才翻轉(zhuǎn)。二、555定時(shí)器的功能 555定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng)5腳懸空時(shí)，則電壓比較器C1的反相輸入端的電壓為2VCC/3，C2的同相輸入端的電壓為VCC/3。若觸發(fā)輸入端TR的電壓小

11、于VCC/3，則比較器C2的輸出為0，可使RS觸發(fā)器置1，使輸出端OUT=1。如果閾值輸入端TH的電壓大于2VCC/3，同時(shí)TR端的電壓大于VCC/3，則C1的輸出為0，C2的輸出為1，可將RS觸發(fā)器置0，使輸出為0電平。在1腳接地，5腳未外接電壓，個(gè)比較器A1、A2基準(zhǔn)電壓分別為的情況下，555時(shí)基電路的功能表如下所示。清零端高觸發(fā)端低處發(fā)端Q放電管功能0xx0導(dǎo)通直接清零101x保持保持1101截止置11001截止置11110導(dǎo)通清零三、555定時(shí)器的應(yīng)用1.構(gòu)成施密特觸發(fā)器用于TTL系統(tǒng)的接口，整形電路或脈沖鑒幅等。 將555定時(shí)器的TH端(2)、端（6）連接起來(lái)作為信號(hào)輸入端ui，便構(gòu)

12、成了施密特觸發(fā)器，如圖10.20所示。555中的晶體三極管TD集電極引出端（7），通過(guò)電阻R接電源VDD，成為輸出端uO1，其高電平可通過(guò)改變VDD進(jìn)行調(diào)節(jié)；uO2是555的信號(hào)輸出端（3）。如圖所示是當(dāng)ui為三角波時(shí)施密特電路的工作波形。2. 構(gòu)成多諧振蕩器組成信號(hào)產(chǎn)生電路。多諧振蕩器又稱(chēng)為無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒(méi)有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器。接通電源后，假定是高電平，則T截止，電容C充電。充電回路是VCCR1R2C地，按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)上升到時(shí)（TH、端電平

13、大于），輸出翻轉(zhuǎn)為低電平。是低電平，T導(dǎo)通，C放電，放電回路為CR2T地，按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)下降到時(shí)（TH、端電平小于），輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，放電管T截止，電容再次充電，如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，經(jīng)分析可得輸出高電平時(shí)間T=(R1+R2)Cln2輸出低電平時(shí)間T=R2Cln2振蕩周期T=(R1+2R2)Cln2。輸出方波的占空比為：3. 構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器用于定時(shí)延時(shí)整形及一些定時(shí)開(kāi)關(guān)中。前面介紹的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)的輸出狀態(tài)和，且兩個(gè)狀態(tài)始終相反。而單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。在未加觸發(fā)信號(hào)之前，觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)觸發(fā)后，觸發(fā)器由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)狀態(tài)，暫穩(wěn)狀態(tài)保持一段時(shí)間后，又會(huì)自動(dòng)

14、翻轉(zhuǎn)回原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一般用于延時(shí)和脈沖整形電路。右圖（a）電路只能用窄負(fù)脈沖觸發(fā)，即觸發(fā)脈沖寬度ti必須小于tW 555定時(shí)器用于實(shí)際中的實(shí)例有：能發(fā)出“叮、咚”聲門(mén)鈴的電路和旋光彩燈控制電路。4.555定時(shí)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器上圖為由555定時(shí)器和外接定時(shí)元件R、C構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。D為鉗位二極管，穩(wěn)態(tài)時(shí)555電路輸入端處于電源電平，內(nèi)部放電開(kāi)關(guān)管T導(dǎo)通，輸出端Vo輸出低電平，當(dāng)有一個(gè)外部負(fù)脈沖觸發(fā)信號(hào)加到Vi端。并使2端電位瞬時(shí)低于1/3VCC，低電平比較器動(dòng)作，單穩(wěn)態(tài)電路即開(kāi)始一個(gè)穩(wěn)態(tài)過(guò)程，電容C開(kāi)始充電，Vc按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。當(dāng)Vc充電到2/3VCC時(shí)，高電平比較器動(dòng)作，比較器

15、A1翻轉(zhuǎn)，輸出Vo從高電平返回低電平，放電開(kāi)關(guān)管T重新導(dǎo)通，電容C上的電荷很快經(jīng)放電開(kāi)關(guān)管放電，暫態(tài)結(jié)束，恢復(fù)穩(wěn)定，為下個(gè)觸發(fā)脈沖的來(lái)到作好準(zhǔn)備。波形圖見(jiàn)右圖。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間Tw（即為延時(shí)時(shí)間）決定于外接元件R、C的大小。Tw=1.1RC通過(guò)改變R、C的大小，可使延時(shí)時(shí)間在幾個(gè)微秒和幾十分鐘之間變化。當(dāng)這種單穩(wěn)態(tài)電路作為計(jì)時(shí)器時(shí)，可直接驅(qū)動(dòng)小型繼電器，并可采用復(fù)位端接地的方法來(lái)終止暫態(tài)，重新計(jì)時(shí)。此外需用一個(gè)續(xù)流二極管與繼電器線(xiàn)圈并接，以防繼電器線(xiàn)圈反電勢(shì)損壞內(nèi)部功率管。5.555觸摸定時(shí)開(kāi)關(guān) 集成電路IC1是一片555定時(shí)電路，在這里接成單穩(wěn)態(tài)電路。平時(shí)由于觸摸片P端無(wú)感應(yīng)電壓，電容C1通

16、過(guò)555第7腳放電完畢，第3腳輸出為低電平，繼電器KS釋放，電燈不亮。當(dāng)需要開(kāi)燈時(shí)，用手觸碰一下金屬片P，人體感應(yīng)的雜波信號(hào)電壓由C2加至555的觸發(fā)端，使555的輸出由低變成高電平，繼電器KS吸合，電燈點(diǎn)亮。同時(shí)，555第7腳內(nèi)部截止，電源便通過(guò)R1給C1充電，這就是定時(shí)的開(kāi)始。當(dāng)電容C1上電壓上升至電源電壓的2/3時(shí)，555第7腳道通使C1放電，使第3腳輸出由高電平變回到低電平，繼電器釋放，電燈熄滅，定時(shí)結(jié)束。定時(shí)長(zhǎng)短由R1、C1決定：T1=1.1R1*C1。按圖中所標(biāo)數(shù)值，定時(shí)時(shí)間約為4分鐘。D1可選用1N4148或1N4001。6相片曝光定時(shí)器 附圖電路是用555單穩(wěn)電路制成的相片曝光

17、定時(shí)器。用人工啟動(dòng)式單穩(wěn)電路。工作原理：電源接通后，定時(shí)器進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。此時(shí)定時(shí)電容CT的電壓為：VCT=VCC=6V。對(duì)555這個(gè)等效觸發(fā)器來(lái)講，兩個(gè)輸入都是高電平，即VS=0。繼電器KA不吸合，常開(kāi)點(diǎn)是打開(kāi)的，曝光照明燈HL不亮。.按一下按鈕開(kāi)關(guān)SB之后，定時(shí)電容CT立即放到電壓為零。于是此時(shí)555電路等效觸發(fā)的輸入成為：R=0、S=0，它的輸出就成高電平：V0=1。繼電器KA吸動(dòng)，常開(kāi)接點(diǎn)閉合，曝光照明燈點(diǎn)亮。按鈕開(kāi)關(guān)按一下后立即放開(kāi)，于是電源電壓就通過(guò)RT向電容CT充電，暫穩(wěn)態(tài)開(kāi)始。當(dāng)電容CT上的電壓升到2/3VCC既4伏時(shí)，定時(shí)時(shí)間已到，555等效電路觸發(fā)器的輸入為：R=1、S=1，于是

18、輸出又翻轉(zhuǎn)成低電平：V0=0。繼電器KA釋放，曝光燈HL熄滅。暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，有恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。曝光時(shí)間計(jì)算公式為：T=1.1RT*CT。本電路提供參數(shù)的延時(shí)時(shí)間約為1秒2分鐘，可由電位器RP調(diào)整和設(shè)置。電路中的繼電器必需選用吸合電流不應(yīng)大于30mA的產(chǎn)品，并應(yīng)根據(jù)負(fù)載（HL）的容量大小選擇繼電器觸點(diǎn)容量。7. 單電源變雙電源電路 附圖電路中，時(shí)基電路555接成無(wú)穩(wěn)態(tài)電路，3腳輸出頻率為20KHz、占空比為1：1的方波。3腳為高電平時(shí)，C4被充電；低電平時(shí)，C3被充電。由于VD1、VD2的存在，C3、C4在電路中只充電不放電，充電最大值為EC，將B端接地，在A(yíng)、C兩端就得到+/-EC的雙電源。本電路輸出電流超過(guò)50mA。8. 用555制作的D類(lèi)放大器由IC 555和R1、R2、C1等組成100KHz可控多諧振蕩器，占空比為50%，控制端5腳輸入音頻信號(hào)，3腳便得到脈寬與輸入信號(hào)幅值成正比的脈沖信號(hào)，經(jīng)L、C3接調(diào)、濾波后推動(dòng)揚(yáng)聲器。四、設(shè)計(jì)與實(shí)踐1.“叮咚”門(mén)鈴的制作2. 簡(jiǎn)易催眠器