555定时器及其应用
发表时间：2009-01-14T13:39:23.373Z 来源：《中小企业管理与科技》供稿作者：李定华[导读] 文章详细论述了555定时器的结构、工作原理及典型应用。摘要：文章详细论述了555定时器的结构、工作原理及典型应用。关键词：555定时器施密特触发器多谐振荡器单稳态触发器
0 引言
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。555定时器的电源电压范围宽，可在5~16V工作，最大负载电流可达200mA，7555可在3~18V工作，最大负载电流可达4mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
1 555定时器的结构及工作原理
555定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图1所示。它内部包括两个电压比较器C1和C2，三个5K的等值串联电阻组成分压器，一个RS触发器，晶体管T28为集电极开路输出的泄放晶体管，门电路G作为输出缓冲。555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的1工作状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的反相输入端的电压为 2VCC/3，C2的同相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端TR（2脚）的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为1，可使RS触发器置 1，使输出端3脚为高电平1。如果阈值输入端TH（6脚）的电压大于2VCC/3，同时TR （2脚）端的电压大于VCC/3，则C1的输出为1，C2的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。
2 555定时器的应用
2.1 555定时器构成施密特触发器，用于TTL系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等。将555定时器的阈值输入端（6脚）和触发输入端（2脚）连在一起，便构成了施密特触发器，如图2（a）所示，其中放电管T28的集电极经上拉电阻RC接至VCC2，此时输出电压的电平可通过电阻和调整，实现电平转换。
由图1可知，比较C1和C2阈值电压分别为VREF1=2 VCC/3和VREF2=VCC/3。输入信号v1的波形如图2（b）所示，在t=0时刻，v1《VREF2，此时比较器C1输出低电平，输C2出高电平，RS=01，初始状态RS触发器置位，v01输出高电平，如图2（b）所示。当输入信号v1增加到VREF2时，比较器C2输出变为低电平，RS=00，触发器维持原状态不变，v01继续输出高电平；输入信号v1增加到VREF1时，比较器C1输出变为高电平，RS=10，触发器翻转，v01输出低电平；输入v1继续增加，上述状态保持不变。当v1从VCC开始下降时，只要v1》VREF2，v01输出保持低电平；当v1下降到VREF2时，触发器发生翻转，v01输出变为高电平；若输入v1继续减小，上述状态保持不变。当输入为三角波形时，从施密特触发器的v01端口输出方波。触发器的回差电压△Vth=VREF1—VREF2=VCC/3，若5脚外加直流控制电压，可以改变阈值电压VREF1和VREF2，因而可用来调节回差电压的大小。
2.2 555定时器构成多谐振荡器，组成信号产生电路接通电源后，VCC通过电阻R1、R2给电容C充电，充电时间常数为（R1+R2），电容上的电压vC按指数规律上升，当上升到VREF1=2VCC/3时，比较器C1输出高电平，C2输出低电平，RS=10，触发器被复位，放电管T28导通，此时v0输出低电平，电容C开始通过R2放电，放电时间常数约为R2C，vC下降，当下降到VREF2=VCC/3时，比较器C1输出低电平，C2输出高电平，RS=01，触发器被置位，放电管T28截止，v0输出高电平，电容C又开始充电，当vC上升到时VREF1=2VCC/3，触发器又开始翻转。如此周而复始，输出矩形脉冲。
2.3 555定时器构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。由555定时器组成的单稳态触发器可用于定时延时整形及一些定时开关中。电源刚接通时，VCC通过电阻R给电容C充电，当电容上的电压上升到VREF1时，555定时器内部的比较器C1输出高电平，由于此时无触发脉冲，比较器C2输出低电平，即RS=10，基本RS触发器被复位，v0输出低电平，同时放电管T28导通，将电容C上的电荷迅速放掉，使得比较器C1输出低电平，此时RS=00，基本RS触发器处于保持状态，输出不再发发生变化，电路进入稳定状态。若在单稳态触发器输入端v1施加触发脉冲，当触发脉冲的下降沿到来时，由于2脚电位低于VREF2，比较器C2输出高电平，此时RS=01，基本RS触发器被置位，Q输出低电平，电路开始进入暂稳态，输出v0高电平，放电管T28截止。VCC通过电阻R开始给电容C充电，电容上的电压vC按指数规律上升，当vC上升到VREF1时，比较器C1输出高电平，由于此时外部触发脉冲已经撤销，比较器C2输出低电平，即RS=10，基本RS 触发器被复位，暂稳态过程结束，电路又自动返回到初始稳态，v0变为低电平，放电管T28导通。这种电路产生的脉冲宽度可以从几个微秒到数分钟，精度可达1℅。控制电压输入端（5脚）通过0.01μF电容接地，以防止脉冲干扰。
3 结束语
555应用电路采用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等。参考文献：
[1]刘宝玲.电子电路基础.高等教育出版社.
