如何看懂電路中的555電路

555 集成電路開始出現(xiàn)時(shí)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。但是后來經(jīng)過開發(fā)，它除了作定時(shí)延時(shí)控制外，還可以用于調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)速等多種控制以及計(jì)量檢測等作用；還可以組成脈沖振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路，作為交流信號(hào)源以及完成電源變換、頻率變換、脈沖調(diào)制等用途。

　　555 集成電路內(nèi)部有幾十個(gè)元器件，有分壓器、比較器、觸發(fā)器、輸出管和放電管等，電路比較復(fù)雜，是模擬電路和數(shù)字電路的混合體。它的性能和參數(shù)要在非線性模擬集成電路手冊中才能查到。 555 集成電路是 8 腳封裝，圖 1 （ a ）是雙列直插型封裝，按輸入輸出的排列可畫成圖 1 （ b ）?！　　∑渲?6 腳稱閥值端（ TH ），是上比較器的輸入。 2 腳稱觸發(fā)端（ ），是下比較器的輸入。 3 腳是輸出端（ V O ），它有 0 和 1 兩種狀態(tài)，它的狀態(tài)是由輸入端所加的電平決定的。 7 腳的放電端（ DIS ），它是內(nèi)部放電管的輸出，它也有懸空和接地兩種狀態(tài)，也是由輸入端的狀態(tài)決定的。 4 腳是復(fù)位端（ ），加上低電砰（＜ 0.3 伏）時(shí)可使輸出成低電平。 5 腳稱控制電壓端（ V C ），可以用它改變上下觸發(fā)電平值。 8 腳是電源， 1 腳為地端。

　　對于初學(xué)者來說，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 2 （ a ）。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（ ）可看成是置位端，低電平有效。它只有 1 個(gè)輸出端 V O ， V O 可等效成觸發(fā)器的 Q 端。放電端（ DIS ）可看成由內(nèi)部的放電開關(guān)控制的一個(gè)接點(diǎn)，放電開關(guān)由觸發(fā)器的 Q 端控制：=1 時(shí) DIS 端接地； =0 時(shí) DIS 端懸空。此外這個(gè)觸發(fā)器還有復(fù)位端 ，控制電壓端 V C ，電源端 V DD 和地端 GND 。

     這個(gè)特殊的 R － S 觸發(fā)器有 2 個(gè)特點(diǎn)：（ 1 ）兩個(gè)輸入端的觸發(fā)電平要求一高一低：置零端 R 即閾值端 TH 要求高電平，而置低端 即觸發(fā)端 則要求低電平。（ 2 ）兩個(gè)輸入端的觸發(fā)電平，也就是使它們翻轉(zhuǎn)的閾值電壓值也不同，當(dāng) V C 端不接控制電壓時(shí)，對 TH （ R ）端來講， > 2 /3 V DD 是高電平 1 ， < 2 /3 V DD 是低電平 0 ；而對 （ ）端來講，＞ 1/ 3 V DD 是高電平 1 ，＜ 1 /3 V DD 是低電平 0 。如果在控制端（ V C ）加上控制電壓 V C ，這時(shí)上觸發(fā)電平就變成 V C 值，而下觸發(fā)電平則變成 1 /2 V C 。可見改變控制端的控制電壓值可以改變上下觸發(fā)電平值。

　　經(jīng)過簡化， 555 電路可以等效成一個(gè)觸發(fā)器，它的功能表見圖 2 （ b ）。

　　555 集成電路有雙極型和 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，其它指標(biāo)則不如 CMOS 型的。

　　此外還有一種 556 雙時(shí)基電路， 14 腳封裝，內(nèi)部包含有兩個(gè)相同的時(shí)基電路單元。 555 的應(yīng)用電路很多，大體上可分為 555 單穩(wěn)、 555 雙穩(wěn)和 555 無穩(wěn)三類。 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)。 555 的單穩(wěn)電路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)型單穩(wěn)

　　將 555 電路的 6 、 2 端并接起來接在 RC 定時(shí)電路上，在定時(shí)電容 C T 兩端接按鈕開關(guān) SB ，就成為人工啟動(dòng)型 555 單穩(wěn)電路，見圖 3 （ a ）。用等效觸發(fā)器替代 555 ，并略去與單穩(wěn)工作無關(guān)的部分后畫成等效圖 3 （ b ）。下面分析它的工作：

　 ① 穩(wěn)態(tài)：接上電源后，電容 C T 很快充到 V DD ，從圖 3 （ b ）看到，觸發(fā)器輸入 R=1 ， =1 ，從功能表查到輸出 V o =0 ，這是它的穩(wěn)態(tài)。

?、?暫穩(wěn)態(tài)：按下開關(guān) SB ， C T 上電荷很快放到零，相當(dāng)于觸發(fā)器輸入 R=0 ， =0 ，輸出立即翻轉(zhuǎn)成 V o =1 ，暫穩(wěn)態(tài)開始。開關(guān)放開后，電源又向 C T 充電，經(jīng)時(shí)間 t d 后， C T 上電壓升到 > 2 /3 V DD 時(shí)，輸出又翻轉(zhuǎn)成 V =0 ，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。 t d 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 R T 和定時(shí)電容 C T 的值有關(guān)； t d=1.1R T C T 。

?。?2 ）脈沖啟動(dòng)型單穩(wěn)

　　把 555 電路的 6 、 7 端并接起來接到定時(shí)電容 C T 上，用 2 端作輸入就成為脈沖啟動(dòng)型單穩(wěn)電路，見圖 4 （ a ）。電路的 2 端平時(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 電路后可畫成圖 4 （ b ）。這個(gè)電路利用放電端使定時(shí)電容能快速放電。下面分析它的工作狀態(tài)：

　① 穩(wěn)態(tài)：通電后， R=1 ， =1 ，輸出 V o =0 ， DIS 端接地， C T 上電壓為 0 即 R=0 ，輸出仍保持 V o =0 ，這是它的穩(wěn)態(tài)。

?、?暫穩(wěn)態(tài)：輸入負(fù)脈沖后，輸入=0 ，輸出翻轉(zhuǎn)成 V o =1 ， DIS 端開路，電源通過 R T 向 C T 充電，暫穩(wěn)態(tài)開始。經(jīng)過 t d 后， C T 上電壓升到＞ 2 /3 V DD ，這時(shí)負(fù)脈沖已經(jīng)消失，輸入又成為 R=1 ，=1 ，輸出又翻轉(zhuǎn)成 V o =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， C T 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 t d =1.1R T C T 。

　　這兩種單穩(wěn)電路常用作定時(shí)延時(shí)控制。

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)

把 555 電路的 6 、 2 端作為兩個(gè)控制輸入端， 7 端不用，就成為一個(gè) R － S 觸發(fā)器。要注意的是兩個(gè)輸入端的電平要求和閾值電壓都不同，見圖 5 （ a ）。有時(shí)可能只有一個(gè)控制端，這時(shí)另一個(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，見圖 5 （ b ），也可以把 S 端接地，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)電路常作為單端比較器用作各種檢測電路。

?。?2 ）施密特觸發(fā)器型雙穩(wěn)

　　把 555 電路的 6 、 2 端并接起來成為只有一個(gè)輸入端的觸發(fā)器，見圖 6 （ a ）。這個(gè)觸發(fā)器因?yàn)檩敵鲭妷汉洼斎腚妷旱年P(guān)系是一個(gè)長方形的回線形，見圖 6 （ b ），所以被稱為施密特觸發(fā)器。從曲線看到，當(dāng)輸入 V i =0 時(shí)輸出 V o =1 。當(dāng)輸入電壓從 0 上升時(shí)，要升到＞ 2/ 3 V DD 以后， V o 才翻轉(zhuǎn)成 0 。而當(dāng)輸入電壓從最高值下降時(shí)，要降到 < 1 /3 V DD 以后， V o 才翻轉(zhuǎn)成 1 。所以輸出電壓和輸入電壓之間是一個(gè)回線形曲線。由于它的輸入有兩個(gè)不同的閾值電壓，所以這種電路被用作電子開關(guān)，各種控制電路，波形變換和整形的用途。

555 無穩(wěn)電路

　　無穩(wěn)電路有 2 個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，它不需要外觸發(fā)就能自動(dòng)從一種暫穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一種暫穩(wěn)態(tài)，它的輸出是一串矩形脈沖，所以它又稱為自激多諧振蕩器或脈沖振蕩器。 555 的無穩(wěn)電路有多種，這里介紹常用的 3 種。

?。?1 ）直接反饋型 555 無穩(wěn)

　　利用 555 施密特觸發(fā)器的回滯特性，在它的輸入端接電容 C ，再在輸出 V 0 與輸入之間接一個(gè)反饋電阻 R f ，就能組成直接反饋型多諧振蕩器，見圖 7 （ a ）。用等效觸發(fā)器替代 555 電路后可畫成圖 7 （ b ）。現(xiàn)在來看看它的振蕩工作原理：

　剛接通電源時(shí)， C 上電壓為零，輸出 V 0 =1 。通電后電源經(jīng)內(nèi)部電阻、 V 0 端、 R f 向 C 充電，當(dāng) C 上電壓升到＞ 2 /3 V DD 時(shí)，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn) V 0 =0 ，于是 C 上電荷通過 R f 和 V 0 放電入地。當(dāng) C 上電壓降到＜ 1 /3 V DD 時(shí)，觸發(fā)器又翻轉(zhuǎn)成 V 0 =1 。電源又向 C 充電，不斷重復(fù)上述過程。由于施密特觸發(fā)器有 2 個(gè)不同的閥值電壓，因此 C 就在這 2 個(gè)閥值電壓之間交替地充電和放電，輸出得到的是一串連續(xù)的矩形脈沖，見圖 7 （ c ）。脈沖頻率約為 f=0.722 ／ R f C 。

?。?2 ）間接反饋型無穩(wěn)

　　另一路多諧振蕩器是把反饋電阻接在放電端和電源上，如圖 8 （ a ），這樣做使振蕩電路和輸出電路分開，可以使負(fù)載能力加大，頻率更穩(wěn)定。這是目前使用最多的 555 振蕩電路。

　　這個(gè)電路在剛通電時(shí)， V 0 =1 ， DIS 端開路， C 的充電路徑是：電源 →R A →DIS→R B →C ，當(dāng) C 上電壓上升到＞ 2 /3 V DD 時(shí)， V 0 =1 ， DIS 端接地， C 放電， C 放電的路徑是： C→R B →DIS→ 地?？梢钥吹匠潆姾头烹姇r(shí)間常數(shù)不等，輸出不是方波。 t 1 =0.693 （ R A ＋ B B ） C 、 t 2 =0.693R B C ，脈沖頻率 f=1.443 ／（ R A ＋ 2R ） C

?。?3 ） 555 方波振蕩電路

　　要想得到方波輸出，可以用圖 9 的電路。它是在圖 8 的電路基礎(chǔ)上在 R B 兩端并聯(lián)一個(gè)二極管 VD 組成的。當(dāng) R A =R B 時(shí)， C 的充放電時(shí)間常數(shù)相等，輸出就得到方波。方波的頻率為 f=0.722 ／ R A C （ R A =R B ）

二極管的方法可以得到占空比可調(diào)的脈沖振蕩電路。

　　在這個(gè)電路的基礎(chǔ)上，在 R A 和 R B 回路內(nèi)增加電位器以及采用串聯(lián)或并聯(lián)

　　555 脈沖振蕩電路常被用作交流信號(hào)源，它的振蕩頻率范圍大致在零點(diǎn)幾赫到幾兆赫之間。因?yàn)殡娐泛唵慰煽浚允褂脴O廣。

555 電路讀圖要點(diǎn)及舉例

　　555 集成電路經(jīng)多年的開發(fā)，實(shí)用電路多達(dá)幾十種，幾乎遍及各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。但對初學(xué)者來講，常見的電路也不過是上述幾種，因此在讀圖時(shí)，只要抓住關(guān)鍵，識(shí)別它們是不難的。

　　從電路結(jié)構(gòu)上分析，三類 555 電路的區(qū)別或者說它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要在輸入端。因此當(dāng)我們拿到一張 555 電路圖時(shí)，在大致了解電路的用途之后，先看一下電路是 CMOS 型還是雙極型，再看復(fù)位端（）和控制電壓端（ V c ）的接法，如果復(fù)位端（ ）是接高電平、控制電壓端（ V c ）是接一個(gè)抗干擾電容的
那就可以按以下的次序先從輸入端開始進(jìn)行分析：

　（ 1 ） 6 、 2 端是分開的

　?、? 端懸空不用的一定是雙穩(wěn)電路。如有兩個(gè)輸入的則是雙限比較器；如只有一個(gè)輸入的則是單端比較器。這類電路一般都是作電子開關(guān)、控制和檢測電路的用途。

　?、? 、 6 端短接并接有電阻電容、取 2 端作輸入的一定是單穩(wěn)電路。它的輸入可以用開關(guān)人工啟動(dòng)，也可以用輸入脈沖啟動(dòng)，甚至為了取得較好的啟動(dòng)效果在輸入端帶有 RC 微分電路。這類電路一般用作定時(shí)延時(shí)控制和檢測的用途。

?。?2 ） 6 、 2 端短接的

?、?輸入沒有電容的是施密特觸發(fā)器電路。這類電路常用作電子開關(guān)、告警、檢測和整形的用途。

?、?輸入端有電阻電容而 7 端懸空的，這時(shí)要看電阻電容的接法：（ a ） R 和 C 串聯(lián)接在電源和地之間的是單穩(wěn)電路， R 和 C 就是它的定時(shí)電阻和定時(shí)電容。（ b ） R 在上 C 在下， R 的一端接在 V 0 端上的是直接反饋型無穩(wěn)電路，這時(shí) R 和 C 就是決定振蕩頻率的元件。

?、? 端也接在輸入端，成“ R A － 7 － R B － 6 、 2—C ”的形式的就是最常用的無穩(wěn)電路。這時(shí) R A 和 R B 及 C 就是決定振蕩頻率的元件。這類電路可以有很多種變型：如省去 R A ，把 7 端接在 V 0 上；或者在 R B 兩端并聯(lián)二極管 VD 以獲得方波輸出，或者用電阻和電位器組成 R A 和 R B ，而且在 R A 和 R B 兩端并聯(lián)有二極管以獲得占空比可調(diào)的脈沖波等等。這類電路是用途最廣的，常用于脈沖振蕩、音響告警、家電控制、電子玩具、醫(yī)療電器以及電源變換等用途。

?。?3 ）如果控制電壓（ V c ）端接有直流電壓，則只是改變了上下兩個(gè)閥值電壓的數(shù)值，其它分析方法仍和上面的相同。

　　只要按上述步驟細(xì)心分析核對，一定能很快地識(shí)別 555 電路的類別和了解它的工作原理。下面的問題就比較好辦了，例如定時(shí)時(shí)間、振蕩頻率等都可以按給出的公式進(jìn)行估算。

　例 1 相片曝光定時(shí)器

　　圖 10 是用 555 電路制成的相片曝光定時(shí)器。從圖看到，輸入端 6 、 2 并接在 RC 串聯(lián)電路中，所以這是一個(gè)單穩(wěn)電路， R1 和 RP 是定時(shí)電阻， C1 是定時(shí)電容。

　　電路在通電后， C1 上電壓被充到 6 伏，輸出 V 0 =0 ，繼電器 KA 不吸動(dòng)，常開接點(diǎn)是打開的，曝光燈 HL 不亮。這是它的穩(wěn)態(tài)。

　　按下 SB 后， C1 快速放電到零，輸出 V 0 =1 ，繼電器 K

A 吸動(dòng)，點(diǎn)亮曝光燈 HL ，暫穩(wěn)態(tài)開始。 SB 放開后電源向 C1 充電，當(dāng) C1 上電壓升到 4 伏時(shí)，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，定時(shí)時(shí)間到，電路恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。輸出翻轉(zhuǎn)成 V 0 =0 ，繼電器 KA 釋放，曝光燈熄滅。電路定時(shí)時(shí)間是可調(diào)的，大約是 1 秒～ 2 分鐘。

　例 2 光電告警電路

　　圖 11 是 555 光電告警電路。它使用 556 雙時(shí)基集成電路，有兩個(gè)獨(dú)立的 555 電路。前一個(gè)接成施密特觸發(fā)器，后一個(gè)是間接反饋型無穩(wěn)電路。圖中引腳號(hào)碼是 556 的引腳號(hào)碼。

三極管 VT 導(dǎo)通， VT 的集電極電壓只有 0.3 伏，加在 555b 的復(fù)位端（ MR ），使 555b 處于復(fù)位狀態(tài)，即無振蕩輸出。

　　圖中 R1 是光敏電阻，無光照時(shí)阻值為幾～幾十兆歐，所以 555a 的輸入相當(dāng)于 R=0 、 S=0 ，輸出 V 0 =1 ，

　　當(dāng) R1 受光照后，阻值突然下降到只有幾～幾十千歐，于是 555a 的輸入電壓升到上閥值電壓以上，輸出翻轉(zhuǎn)成 V 0 =0 ， VT 截止， VT 集電極電壓升高， 555b 被解除復(fù)位狀態(tài)而振蕩，于是揚(yáng)聲器 BL 發(fā)聲告警。 555b 的振蕩頻率大約是 1 千赫。

　　如果把整個(gè)裝置放入公文包內(nèi)，那么當(dāng)打開公文包時(shí)，這個(gè)裝置會(huì)發(fā)聲告警而成為防盜告警裝置。