555時(shí)基電路應(yīng)用和工作原理

1、555時(shí)基電路應(yīng)用和工作原理時(shí)間：2009-12-28 15:07:12 來源： 作者:1 555時(shí)基電路的特點(diǎn)555集成電路開始是作定時(shí)器應(yīng)用的，所以叫做555定時(shí)器或555時(shí)基電路。但后來經(jīng)過開發(fā)，它除了作定時(shí)延時(shí)控制 外，還可用于調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)速等多種控制及計(jì)量檢測(cè)。此外，還可以組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路，用于 交流信號(hào)源、電源變換、頻率變換、脈沖調(diào)制等。由于它工作可 靠、使用方便、價(jià)格低廉，目前被廣泛用于各種電子產(chǎn)品中，555 集成電路內(nèi)部有幾十個(gè)元器件，有分壓器、比較器、基本 R-S 觸發(fā)器、放電管以及緩沖器等，電路比較復(fù)雜，是模擬電路和數(shù) 字電路的混合體，如圖1所

2、示。ffil 555集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖1 555集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖555集成電路是8腳封裝，雙列直插型，如圖2(A)所示， 按輸入輸出的排列可看成如圖2(B)所示。其中6腳稱閾值端(TH),是上比較器的輸入；2腳稱觸發(fā)端(TR),是下比較器的輸 入；3腳是輸出端(Vo),它有O和1兩種狀態(tài)，由輸入端所加的 電平?jīng)Q定；7腳是放電端(DIS),它是內(nèi)部放電管的輸出，有懸 空和接地兩種狀態(tài)，也是由輸入端的狀態(tài)決定；4腳是復(fù)位端(MR),加上低電平時(shí)可使輸出為低電平；5腳是控制電壓端(Vc), 可用它改變上下觸發(fā)電平值；8腳是電源端，1腳是地端。加心卜 1 16卜TH|MV.)TRz 7|disJp

3、 h“力 3|' GND TH V hr* cm(A)(B)圖2 555集成電路封裝圖我們也可以把555電路等效成一個(gè)帶放電開關(guān)的 R-S觸 發(fā)器，如圖3(A)所示，這個(gè)特殊的觸發(fā)器有兩個(gè)輸入端：閾值 端(TH)可看成是置零端 R,要求高電平，觸發(fā)端(TR)可看成是 置位端S,要求低電平，有一個(gè)輸出端 Vo, Vo可等效成觸發(fā)器 的Q端，放電端(DIS)可看成是由內(nèi)部放電開關(guān)控制的一個(gè)接點(diǎn)， 由觸發(fā)器的Q端控制：Q=1時(shí)DIS端接地，Q=0時(shí)DIS端懸空。 另外還有復(fù)位端 MR,控制電壓端 Vc,電源端VDD和地端GND。這個(gè)特殊的觸發(fā)器有兩個(gè)特點(diǎn)：(1)兩個(gè)輸入端的觸發(fā)電平要求一高一

4、低，置零端R即閾值端(TH)要求高電平，而置位端 s即觸發(fā)端(TR)則要求低電乎；(2)兩個(gè)輸入端的觸發(fā)電平使輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)的閾值電壓值也不同，當(dāng)V c端不接控制電壓時(shí)，對(duì)TH(R)端來講，>2/3VDD是高電平1,<2/3VDD 是低電平0:而對(duì)TR(S)端來講，>1/3VDD是高電平1, <1/3VDD是低電平0。如果在控制端(Vc)上控制電壓Vc時(shí)，這時(shí)上觸發(fā)電平就變成 Vc值，下觸發(fā)電平就變成1/2Vc 值，可 見改變控制端的控制電壓值就可以改變上下觸發(fā)電平值。它的功能表見圖3(B)所示。555電路等效R-S觸發(fā)器圖3 555電路等效RS觸發(fā)器555集成電路有雙極

5、型和 CMOS型兩種。CMOS型的優(yōu)點(diǎn)是功耗低、電源電壓低、輸入阻抗高，但輸出功率較小，輸出驅(qū)動(dòng)電流只有幾毫安。雙極型的優(yōu)點(diǎn)是輸出功率大，驅(qū)動(dòng)電流達(dá)200毫安，其他指標(biāo)則不如 CMOS型的。555的應(yīng)用電路很多，只要改變 555集成電路的外部附加電路，就可以構(gòu)成幾百種應(yīng)用電路，大體上可分為555單穩(wěn)、555雙穩(wěn)及555無(wú)穩(wěn)(即振蕩器)三類。2 555單穩(wěn)電路單穩(wěn)電路有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，是利用電容的充放 電形成暫穩(wěn)態(tài)的，因此它的輸入端都帶有定時(shí)電阻和定時(shí)電容， 常見的555單穩(wěn)電路有兩種：1)人工啟動(dòng)型將555電路的6、2腳弁接起來接在RC定時(shí)電路上，在 定時(shí)電容CT,兩端接按鈕開關(guān)SB,就

6、成為人工啟動(dòng)型555單穩(wěn) 電路，如圖4(a)所示，用等效觸發(fā)器替代 555,弁略去與單穩(wěn)工 作無(wú)關(guān)的部分后見圖4(b)所示，下面分析它的工作原理：穩(wěn)態(tài)：接上電源后，電容CT很快充電到VDD，從圖4(b) 看到，觸發(fā)器輸入 R=1, S=1,從功能表看到輸出 Vo=0 ,這是 它的穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)：按下開關(guān)SB, CT上電荷很快放到零，相當(dāng)于 觸發(fā)器輸入R=0 , S=0 ,輸出立即翻轉(zhuǎn)成 Vo=l ,暫穩(wěn)態(tài)開始。 開關(guān)放開后，電源又向CT充電，經(jīng)過時(shí)間TD后，CT上電壓上 升至U>2/3VDD時(shí)，輸出又翻轉(zhuǎn)成Vo=O ,暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。TD就是 單穩(wěn)電路的定時(shí)時(shí)間或延時(shí)時(shí)間，它和定時(shí)電阻RT和定

7、時(shí)電容 CT的值有關(guān)：TD= o圖4人工啟動(dòng)型555單穩(wěn)電路2)脈沖啟動(dòng)型將555電路的6、7腳弁接起來接在定時(shí)電容 CT上，用 2腳作輸入就成為脈沖啟動(dòng)型單穩(wěn)電路，如圖5(a)所示，電路的2腳平時(shí)接高電平，當(dāng)輸入接低電平或輸入負(fù)脈沖時(shí)才啟動(dòng)電路， 用等效觸發(fā)器替代555后見圖5 6)所示，下面分析它的工作原理：穩(wěn)態(tài)：接上電源后，R=1, S=1,輸出Vo=0 , DIS端接 地，CT上的電壓為0即R=0 ,輸出仍保持Vo=0 ,這是它的穩(wěn) 態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)：輸入負(fù)脈沖后，輸入 S=0,輸出立即翻轉(zhuǎn)成 Vo=1 , DIS端開路，電源通過 RT向CT充電，暫穩(wěn)態(tài)開始。經(jīng) 過時(shí)間TD后，CT上電壓上升

8、到2/3VDD 時(shí)，輸入又成為R=1 , S=1,這時(shí)負(fù)脈沖已經(jīng)消失，輸出又翻轉(zhuǎn)成Vo=0 ,暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。這時(shí)內(nèi)部放電開關(guān)接通，DIS端接地，CT上電荷很快放到零， 為下一次定時(shí)控制作準(zhǔn)備。電路的定時(shí)時(shí)間TD= o這兩種單穩(wěn)電路常用作定時(shí)延時(shí)控制。圖5脈沖啟動(dòng)型單穩(wěn)電路3 555雙穩(wěn)電路常見的555雙穩(wěn)電路有兩種：1)R-S觸發(fā)器型雙穩(wěn)將555電路的6、2腳作為兩個(gè)控制輸入端，7端不用, 就成為一個(gè)R-S觸發(fā)器。注意兩個(gè)輸入端的觸發(fā)電平和閾值電壓 不同，如圖6(a)所示，有時(shí)可能只有一個(gè)控制端， 這時(shí)另外一個(gè) 控制端要設(shè)法接死，根據(jù)電路要求可以把R端接到電源端，如圖6(b)所示，也可以把S接地

9、，用R端作輸入。有兩個(gè)輸入端的雙穩(wěn)電路常用作電機(jī)調(diào)速、電源上下限 告警等用途。有一個(gè)輸入端的雙穩(wěn)電路作為單端比較器用于各種 檢測(cè)電路。riTClT圖6 555構(gòu)成R-S觸發(fā)器2)施密特觸發(fā)器型雙穩(wěn)將555電路的6、2腳弁接起來接成只有一個(gè)輸入端的 觸發(fā)器，如圖7(a)所示，這個(gè)觸發(fā)器輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系 是一個(gè)長(zhǎng)方形的同線形，如圖 7(b)所示，從曲線可知，當(dāng)輸入 V1=0時(shí)輸出Vo=1 ,當(dāng)輸入電壓從 0上升到>2/3VDD 后，Vo 翻轉(zhuǎn)成0,當(dāng)輸入電壓從最高值下降到 <1/3VDD后，Vo又翻轉(zhuǎn) 成1。由于它的輸入有兩個(gè)不同的閾值電壓，所以，這種電路常 用于電子開關(guān)，各種

10、控制電路、波形的變換和整形，如圖8所示。ciTc 正圖7 555構(gòu)成施密特觸發(fā)器圖8波形的變換和整形4 555無(wú)穩(wěn)電路(振蕩器)由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖9(a)所示，其工作波形見圖9(b) o接通電源后，電源 VDD通過R1和R2對(duì)電容C充電， 當(dāng)Uc<1/3VDD 時(shí)，振蕩器輸出 Vo=1 ,放電管截止。當(dāng) Uc充 電到>2/3VDD后，振蕩器輸出Vo翻轉(zhuǎn)成0,此時(shí)放電管導(dǎo)通， 使放電端(DIS)接地，電容C通過R2對(duì)地放電，使Uc下降。當(dāng) Uc下降到w 1/3VDD后，振蕩器輸出Vo又翻轉(zhuǎn)成1,此時(shí)放電 管又截止，使放電端(DIS)不接地，電源 VDD通過R1和R2又

11、 對(duì)電容C充電，又使Uc從1/3VDD上升到2/3VDD,觸發(fā)器又 發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，從而在輸出端Vo得到連續(xù)變化的振蕩脈沖波形。脈沖寬度 TL= 2C,由電容C放電時(shí)間決定； TH=(R1+R2)C ,由電容C充電時(shí)間決定，脈沖周期T=TH+TL。圖9 555構(gòu)成多諧振蕩器上面僅討論了由555定時(shí)器構(gòu)成的幾種典型應(yīng)用實(shí)例。實(shí)際上，由于555定時(shí)器靈敏度高，功能靈活，因而在電子電路 中獲得廣泛應(yīng)用。555定時(shí)器百科名片555是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。 一般用雙 極性工藝制作的稱為555 ,用CMOS工藝制作的稱為7555 ,除 單定時(shí)器外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器 556/7

12、556 。555定時(shí)器的電 源電壓范圍寬，可在 16V工作，7555可在318V工作，輸出 驅(qū)動(dòng)電流約為200mA,因而其輸出可與 TTL、CMOSK者模擬電 路電平兼容。目錄簡(jiǎn)介555定時(shí)器555成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可 以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變 換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、 電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。555定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖2.9.1 和圖 所示。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS觸發(fā)器，一個(gè)放 電管T及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓 VCC/3和2VCC /3555定

13、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的同相輸入 端的電壓為 2VCC /3 , C2的反相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR的電壓小于 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。它的各個(gè)引腳功能如下：1腳：外接電源負(fù)端 VSS或接地，一般情況下接地。8腳：外接電源VCC雙極型時(shí)

14、基電路 VCC勺范圍是 16V, CMOSS時(shí)基電路VCC的范圍為3 18V 。一般用5V。3腳：輸出端Vo2腳：低觸發(fā)端6腳：TH高觸發(fā)端4腳：是直接清零端。當(dāng)端接低電平，則時(shí)基電路不工作， 此時(shí)不論、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) 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 只電容接地，以防引入干擾。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。在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個(gè)比較器A1、A2基準(zhǔn)電壓分別為的情況下，555時(shí)基電路的功能表如表 6-1示。表6-1 555定時(shí)器的功

15、能表清零端高觸發(fā)端TH低觸發(fā)端Q放電管T功能00導(dǎo)通直接清零10導(dǎo)通置011截止置11Q小艾保持發(fā)展概述 是Signetics 公司1972年研制的用于取代機(jī)械式 定時(shí)器的，因輸入端設(shè)計(jì)有三個(gè)5kQ的電阻而得名。此電路后來竟風(fēng)靡世界。目前，流行的產(chǎn)品主要有4個(gè)：BJT兩個(gè)：555, 556 （含有兩個(gè) 555） ; CMO輛個(gè)：7555, 7556 （含有 兩個(gè)7555）。555定時(shí)器可以說是結(jié)合的典范。兩個(gè)比較器 C1和C2各有一個(gè)輸入端連接到三個(gè)電阻R組成的分壓器上，比較器的輸出接到RS觸發(fā)器上。此外還有輸出級(jí)和放電管。輸出級(jí)的驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)200mA比較器C1和C2的參考電壓分別為UA和U

16、B,根據(jù)C1和RSC2的另一個(gè)輸入端一一觸發(fā)輸入和閾值輸入，可判斷出觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。當(dāng)復(fù)位端為低電平時(shí)，RS觸發(fā)器被強(qiáng)制復(fù)位。若無(wú)需復(fù)位操作，復(fù)位端應(yīng)接高電平。應(yīng)用555的應(yīng)用：1cjooipir555定時(shí)器(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；(2)構(gòu)成多諧振蕩器，組成信號(hào)產(chǎn)生電路；如右圖，振蕩周期：T= (R1+2R2) C1(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)開關(guān)中。555應(yīng)用電路采用這 3種方式中的1種或多種組合起來可以組成各種實(shí)用的電子電路，如定時(shí)器、分頻器、元件參數(shù)和電路檢測(cè)電路、玩具游戲機(jī)電路、音響告警電路、電源 交換電路、頻率變換

17、電路、自動(dòng)控制電路等。實(shí)例單穩(wěn)態(tài)電路前面介紹的具有兩個(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)翻 轉(zhuǎn)回原來的穩(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。修 muMWi-m接通電源后，未加負(fù)脈沖， ，而C充電， 上升，當(dāng) 時(shí)，電 路輸出為低電平，放電管 T導(dǎo)通，C快速放電，使=0 o這樣，在加負(fù)脈沖前，為低電平，=0 ,這是電路的穩(wěn)態(tài)。在t = t0 時(shí)亥ij負(fù)跳變（ 端電平小于 ），而二0 （TH端電 平小于），所以輸出 翻為高電平，T截

18、止，C充電。 按指 數(shù)規(guī)律上升。t = t1時(shí)，負(fù)脈沖消失。t = t2時(shí) 上升到 （此時(shí)TH端電平大于 ，端電平大于 ）， 又自動(dòng)翻為低電平。 在 這段時(shí)間電路處于暫穩(wěn)態(tài)。t > t2 , T導(dǎo)通，C快速放電,電路又恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。由分析可得：輸出正脈沖寬度 tW =注意：圖63 （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多諧振蕩器多諧振蕩器又稱為無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(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。f4« %' 41 I 1 /U171L 7 I葉計(jì)1 ：工J |J&#