如何看懂電路中的555電路

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。

　　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。

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　　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 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 。可見改變控制端的控制電壓值可以改變上下觸發電平值。

　　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。

555 無穩電路

　　無穩電路有 2 個暫穩態，它不需要外觸發就能自動從一種暫穩態翻轉到另一種暫穩態，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 的無穩電路有多種，這里介紹常用的 3 種。

　（ 1 ）直接反饋型 555 無穩

　　利用 555 施密特觸發器的回滯特性，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 ）。用等效觸發器替代 555 電路后可畫成圖 7 （ b ）。現在來看看它的振蕩工作原理：

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

　（ 2 ）間接反饋型無穩

　　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，可以使負載能力加大，頻率更穩定。這是目前使用最多的 555 振蕩電路。

　　這個電路在剛通電時， V 0 =1 ， DIS 端開路， C 的充電路徑是：電源 →R A →DIS→R B →C ，當 C 上電壓上升到＞ 2 /3 V DD 時， V 0 =1 ， DIS 端接地， C 放電， C 放電的路徑是： C→R B →DIS→ 地。可以看到充電和放電時間常數不等，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 的電路基礎上在 R B 兩端并聯一個二極管 VD 組成的。當 R A =R B 時， C 的充放電時間常數相等，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的脈沖振蕩電路。

　　在這個電路的基礎上，在 R A 和 R B 回路內增加電位器以及采用串聯或并聯

　　555 脈沖振蕩電路常被用作交流信號源，它的振蕩頻率范圍大致在零點幾赫到幾兆赫之間。因為電路簡單可靠，所以使用極廣。

555 電路讀圖要點及舉例

　　555 集成電路經多年的開發，實用電路多達幾十種，幾乎遍及各個技術領域。但對初學者來講，常見的電路也不過是上述幾種，因此在讀圖時，只要抓住關鍵，識別它們是不難的。

　　從電路結構上分析，三類 555 電路的區別或者說它們的結構特點主要在輸入端。因此當我們拿到一張 555 電路圖時，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，再看復位端（）和控制電壓端（ V c ）的接法，如果復位端（ ）是接高電平、控制電壓端（ V c ）是接一個抗干擾電容的
那就可以按以下的次序先從輸入端開始進行分析：

　（ 1 ） 6 、 2 端是分開的

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

　　②7 、 6 端短接并接有電阻電容、取 2 端作輸入的一定是單穩電路。它的輸入可以用開關人工啟動，也可以用輸入脈沖啟動，甚至為了取得較好的啟動效果在輸入端帶有 RC 微分電路。這類電路一般用作定時延時控制和檢測的用途。

　（ 2 ） 6 、 2 端短接的

　① 輸入沒有電容的是施密特觸發器電路。這類電路常用作電子開關、告警、檢測和整形的用途。

　② 輸入端有電阻電容而 7 端懸空的，這時要看電阻電容的接法：（ a ） R 和 C 串聯接在電源和地之間的是單穩電路， R 和 C 就是它的定時電阻和定時電容。（ 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電路，這時 R 和 C 就是決定振蕩頻率的元件。

　③7 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電路。這時 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 兩端并聯有二極管以獲得占空比可調的脈沖波等等。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閥值電壓的數值，其它分析方法仍和上面的相同。

　　只要按上述步驟細心分析核對，一定能很快地識別 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，例如定時時間、振蕩頻率等都可以按給出的公式進行估算。

　例 1 相片曝光定時器

　　圖 10 是用 555 電路制成的相片曝光定時器。從圖看到，輸入端 6 、 2 并接在 RC 串聯電路中，所以這是一個單穩電路， R1 和 RP 是定時電阻， C1 是定時電容。

　　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，常開接點是打開的，曝光燈 HL 不亮。這是它的穩態。

　　按下 SB 后， C1 快速放電到零，輸出 V 0 =1 ，繼電器 K

A 吸動，點亮曝光燈 HL ，暫穩態開始。 SB 放開后電源向 C1 充電，當 C1 上電壓升到 4 伏時，暫穩態結束，定時時間到，電路恢復到穩態。輸出翻轉成 V 0 =0 ，繼電器 KA 釋放，曝光燈熄滅。電路定時時間是可調的，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 雙時基集成電路，有兩個獨立的 555 電路。前一個接成施密特觸發器，后一個是間接反饋型無穩電路。圖中引腳號碼是 556 的引腳號碼。

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

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

　　當 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，輸出翻轉成 V 0 =0 ， VT 截止， VT 集電極電壓升高， 555b 被解除復位狀態而振蕩，于是揚聲器 BL 發聲告警。 555b 的振蕩頻率大約是 1 千赫。

　　如果把整個裝置放入公文包內，那么當打開公文包時，這個裝置會發聲告警而成為防盜告警裝置。