555 集成時基電路的特點

555 集成時基電路的特點

     555 集成電路開始出現時是作定時器應用的，所以叫做 555 定時器或 555 時基電路。但是后來經過開發，它除了作定時延時控制外，還可以用于調光、調溫、調壓、調速等多種控制以及計量檢測等作用；還可以組成脈沖振蕩、單穩、雙穩和脈沖調制電路，作為交流信號源以及完成電源變換、頻率變換、脈沖調制等用途。由于它工作可靠、使用方便、價格低廉，因此目前被廣泛用于各種小家電中。

     555 集成電路內部有幾十個元器件，有分壓器、比較器、觸發器、輸出管和放電管等，電路比較復雜，是模擬電路和數字電路的混合體。它的性能和參數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 ）。其中 6 腳稱閥值端（ TH ），是上比較器的輸入。 2 腳稱觸發端（），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，它的狀態是由輸入端所加的電平決定的。 7 腳的放電端（ DIS ），它是內部放電管的輸出，它也有懸空和接地兩種狀態，也是由輸入端的狀態決定的。 4 腳是復位端（ ），加上低電砰（＜ 0.3 伏）時可使輸出成低電平。 5 腳稱控制電壓端（ V C ），可以用它改變上下觸發電平值。 8 腳是電源， 1 腳為地端。

  對于初學者來說，可以把 555 電路等效成一個帶放電開關的 R － S 觸發器，如圖 2 （ a ）。這個特殊的觸發器有兩個輸入端；閾值端（ TH ）可看成是置零端 R ，要求高電平；觸發端（ ）可看成是置位端 ，低電平有效。它只有 1 個輸出端 V O ， V O 可等效成觸發器的 Q 端。放電端（ DIS ）可看成由內部的放電開關控制的一個接點，放電開關由觸發器的 Q 端控制： =1 時 DIS 端接地； =0 時 DIS 端懸空。此外這個觸發器還有復位端 ，控制電壓端 V C ，電源端 V DD 和地端 GND 。

    這個特殊的 R － S 觸發器有 2 個特點：（ 1 ）兩個輸入端的觸發電平要求一高一低：置零端 R 即閾值端 TH 要求高電平，而置低端 S 即觸發端 則要求低電平。（ 2 ）兩個輸入端的觸發電平，也就是使它們翻轉的閾值電壓值也不同，當 V C 端不接控制電壓時，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 ，這時上觸發電平就變成 V C 值，而下觸發電平則變成 1 /2 V C ?？梢姼淖兛刂贫说目刂齐妷褐悼梢愿淖兩舷掠|發電平值。

    經過簡化， 555 電路可以等效成一個觸發器，它的功能表見圖 2 （ b ）。

     555 集成電路有雙極型和 CMOS 型兩種。 CMOS 型的優點是功耗低、電源電壓低、輸入阻抗高，但輸出功率較小，輸出驅動電流只有幾毫安。雙極型的優點是輸出功率大，驅動電流達 200 毫安，其它指標則不如 CMOS 型的。

    此外還有一種 556 雙時基電路， 14 腳封裝，內部包含有兩個相同的時基電路單元。 555 的應用電路很多，大體上可分為 555 單穩、 555 雙穩和 555 無穩三類。 555 單穩電路單穩電路有一個穩態和一個暫穩態。 555 的單穩電路是利用電容的充放電形成暫穩態的，因此它的輸入端都帶有定時電阻和定時電容，常見的 555 單穩電路有兩種。

    （ 1 ）人工啟動型單穩

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

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

     ② 暫穩態：按下開關 SB ， C T 上電荷很快放到零，相當于觸發器輸入 R=0 ， =0 ，輸出立即翻轉成 V o =1 ，暫穩態開始。開關放開后，電源又向 C T 充電，經時間 t d 后， C T 上電壓升到 > 2 /3 V DD 時，輸出又翻轉成 V =0 ，暫穩態結束。 t d 就是單穩電路的定時時間或延時時間，它和定時電阻 R T 和定時電容 C T 的值有關； t d=1.1R T C T 。（ 2 ）脈沖啟動型單穩

    把 555 電路的 6 、 7 端并接起來接到定時電容 C T 上，用 2 端作輸入就成為脈沖啟動型單穩電路，見圖 4 （ a ）。電路的 2 端平時接高電平，當輸入接低電平或輸入負脈沖時才啟動電路。用等效觸發器替代 555 電路后可畫成圖 4 （ b ）。這個電路利用放電端使定時電容能快速放電。下面分析它的工作狀態：

    ① 穩態：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 ，這是它的穩態。

     ② 暫穩態：輸入負脈沖后，輸入=0 ，輸出翻轉成 V o =1 ， DIS 端開路，電源通過 R T 向 C T 充電，暫穩態開始。經過 t d 后， C T 上電壓升到＞ 2 /3 V DD ，這時負脈沖已經消失，輸入又成為 R=1 ，=1 ，輸出又翻轉成 V o =0 ，暫穩態結束。這時內部放電開關接通， DIS 端接地， C T 上電荷很快放到零，為下一次定時控制作準備。電路的定時時間 t d =1.1R T C T 。

    這兩種單穩電路常用作定時延時控制。

555 雙穩電路

    常見的 555 雙穩電路有兩種。

    （ 1 ） R-S 觸發器型雙穩把 555 電路的 6 、 2 端作為兩個控制輸入端， 7 端不用，就成為一個 R － S 觸發器。要注意的是兩個輸入端的電平要求和閾值電壓都不同，見圖 5 （ a ）。有時可能只有一個控制端，這時另一個控制端要設法接死，根據電路要求可以把 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。

    有兩個輸入端的雙穩電路常用作電機調速、電源上下限告警等用途，有一個輸入端的雙穩電路常作為單端比較器用作各種檢測電路。

    （ 2 ）施密特觸發器型雙穩

    把 555 電路的 6 、 2 端并接起來成為只有一個輸入端的觸發器，見圖 6 （ a ）。這個觸發器因為輸出電壓和輸入電壓的關系是一個長方形的回線形，見圖 6 （ b ），所以被稱為施密特觸發器。從曲線看到，當輸入 V i =0 時輸出 V o =1 。當輸入電壓從 0 上升時，要升到＞ 2/ 3 V DD 以后， V o 才翻轉成 0 。而當輸入電壓從最高值下降時，要降到 < 1 /3 V DD 以后， V o 才翻轉成 1 。所以輸出電壓和輸入電壓之間是一個回線形曲線。由于它的輸入有兩個不同的閾值電壓，所以這種電路被用作電子開關，各種控制電路，波形變換和整形的用途。