電路設計寶典：淺談555電路設計

555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極型(TTL)工藝制作的稱為555，用互補金屬氧化物(CMOS)工藝制作的稱為7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器556/7556。555定時器的電源電壓范圍寬，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，輸出驅動電流約為200mA，因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。1972年，美國Signetics公司研制555定時器用于取代機械式定時器的中規(guī)模集成電路，因輸入端設計有三個5kΩ的電阻而得名。

一、基本原理

555時基電路的工作過程如下：當2腳，即比較器A2的反相輸入端加進電位低于?VDD的觸發(fā)信號時，則VT9、VTll導通，給雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中的VTl4提供一偏流，使VTl4飽和導通，它的飽和壓降Vces箝制VTl5的基極處于低電平，使VTl5截止，VTl7飽和，從而使VTl8截止，VTl9導通，VT20完全飽和導通，VT21截止。因此，輸出端3腳輸出高電平。此時，不管6端(閾值電壓)為何種電平，由于雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(VTl4-VTl7)中的4.7kΩ電阻的正反饋作用(VTl5的基極電流是通過該電阻提供的)，3腳輸出高電平狀態(tài)一直保持到6腳出現(xiàn)高于?VDD的電平為止。當觸發(fā)信號消失后，即比較器A2反相輸入端2腳的電位高于?VDD，則VT9、VTll截止，VTl4因無偏流而截止，此時若6腳無觸發(fā)輸入，則VTl7的Vces飽和壓降通過4.7kΩ電阻維持VTl3截止，使VTl7飽和穩(wěn)態(tài)不變，故輸出端3腳仍維持高電平。同時，VTl8的截止使VT6也截止。當觸發(fā)信號加到6腳時，且電位高于?VDD時，則VTl、VT2、VT3皆導通。此時，若2腳無外加觸發(fā)信號使VT9、VTl4截止，則VT3的集電極電流供給VTl5偏流，使該級飽和導通，導致VTl7截止，進而VTl8導通，VTl9、VT2。都截止，VT21飽和導通，故3腳輸出低電平。當6腳的觸發(fā)信號消失后，即該腳電位降至低于?VDD時，則VTl、VT2、VT3皆截止，使VTl5得不到偏流。此時，若2腳仍無觸發(fā)信號，則VTl5通過4.7kΩ電阻得到偏流，使VTl5維持飽和導通，VTl7截止的穩(wěn)態(tài)，使3腳輸出端維持在低電平狀態(tài)。同時，VTl8的導通，使放電級VT6飽和導通。通過上面兩種狀態(tài)的分析，可以發(fā)現(xiàn)：只要2腳的電位低于?VDD，即有觸發(fā)信號加入時，必使輸出端3腳為高電平;而當6腳的電位高于?VDD時，即有觸發(fā)信號加進時，且同時2腳的電位高于?VDD時，才能使輸出端3腳有低電平輸出。4腳為復位端。當在該腳加有觸發(fā)信號，即其電位低于導通的飽和壓降0.3V時，VT8導通，其發(fā)射極電位低于lV，因有D3接入，VTl7為截止狀態(tài)，VTl8、VT21飽和導通，輸出端3腳為低電平。此時，不管2腳、6腳為何電位，均不能改變這種狀態(tài)。因VT8的發(fā)射極通過D3及VTl7的發(fā)射極到地，故VT8的發(fā)射極電位任何情況下不會比1.4V電壓高。因此，當復位端4腳電位高于1.4V時，VT8處于反偏狀態(tài)而不起作用，也就是說，此時輸出端3腳的電平只取決于2腳、6腳的電位。

二、單穩(wěn)態(tài)電路

該測試電路主要由555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和由R1、被測元件、R5構成的分壓器兩部分組成。當閉合開關S1時，電路隨機工作。這時一串電流脈沖經(jīng)過R4向C3充電。在約2秒內，電容實際上被充到滿電壓，為電路工作提供了一穩(wěn)定電源。R4是限流電阻以防充電電流過大損壞開關。

一手持鱷魚夾絕緣柄夾住被測元件的一端，一手持探針接觸元件的另一端。此時，R5與被測元件電阻串成一分壓器下面的臂。上面的臂由固定電阻R1構成。此上下兩臂將6V電源電壓分壓，下臂所分的電壓與電容C1的左邊相連。在測試期間，這個電壓只是電源電壓的一小部分，比所需的1/3電源電壓更小，對觸發(fā)器來說是足夠低的，其狀態(tài)主要由C1傳到IC1的2腳。

集成電路定時器IC1同外圍元件一起構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。因此，當上述低脈沖加到觸發(fā)器輸入端(2腳)觸發(fā)時，輸出端(3腳)將出現(xiàn)高電平一定的時間，然后才恢復到它原來的低電平狀態(tài)。當輸出為高電平時，電流將流到固態(tài)蜂鳴器WD1而發(fā)出蜂鳴聲。以此來判斷被測元件的好壞。此時間周期由連到IC16腳和7腳的電阻R3和電容C2的值確定。按圖上的值計算約為0.2秒，要增長定時可增大R3值。

該測試電路采用交流耦合的級聯(lián)方式，其主要原因如下：即使測試探針脈沖是連續(xù)地加到元件上，也只有一個主觸發(fā)脈沖通過C1傳到IC1。把測試元件與探針分開，則電容C1通過固定電阻R1和R2快速放電。在沒有觸發(fā)脈沖時，R2使IC1的2腳為高電平，這樣可防止虛假工作。相當于探針和電源負極導線之間開路，則觸發(fā)條件不滿足(即IC1的2腳為高電平)，蜂鳴器不會發(fā)聲。

三、雙穩(wěn)態(tài)電路

把 555 電路的 6 、 2 端并接起來成為只有一個輸入端的觸發(fā)器這個觸發(fā)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所以被稱為施密特觸發(fā)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。

無穩(wěn)電路有 2 個暫穩(wěn)態(tài)，它不需要外觸發(fā)就能自動從一種暫穩(wěn)態(tài)翻轉到另一種暫穩(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。

四、多諧振蕩器

下圖是由555組件組成的多諧振蕩器電路，R1、R2和C系外接元件。其工作原理如下：

接通電源后，VCC經(jīng)R1R2給電容C充電。由于電容上電壓不能突變，電源剛接通時υC《VCC/3，所以555內部比較器A1輸出高電平，A2輸出低電平，即RD=1，SD=0，基本RS觸發(fā)器置1，輸出端Q為高電平。此時Q=O，使內部放電管截止。

當υC上升到大于Vcc/3時，RD=1，SD=1，基本RS觸發(fā)器狀態(tài)不變，即輸出端Q仍為高電平，當VC上升到略大于2VCC/3時，Rn=0，SD=1，基本RS觸發(fā)器置0，輸出端Q為低電平。這時Q=1，使內部放電管飽合導通。于是電容C經(jīng)R2和內部放電管放電，υc按指數(shù)規(guī)律減小。

當υC下降略小于Vcc/3時，內部比較器A1輸出高電平，A2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器置1，輸出高電平。這時，Q=0，內部放電管截止。于是C結束放電并重新開始充電。如此循環(huán)不止，輸出端就得到一系列矩形脈沖，如圖2-66b所示。

五、應用電路

1、悅耳門鈴電路

這里推薦一款悅耳的門鈴電路。電路中555定時器芯片(IC1)連接成多諧振蕩器。其輸出為低時持續(xù)7ms，輸出為高時持續(xù)235ms。當IC1輸出變低時。晶體管T2導通，使蜂鳴器激活，蜂鳴器放聲，并對電容C3充電。當輸出變高時，鈴聲的聲音強度逐漸消退。此過程反復進行。直至定時電路停止工作為止。

定時電路工作過程如下：短促按壓開關S1使電容C1經(jīng)R1迅速充電。當C1兩端的電壓超過場效應晶體管T1的柵極門限電壓時，T1開始導通，而且只要 C1上的電荷使電壓大于此門限電壓。這種導通狀態(tài)就會一直維持下去。如采用電路中所用的元件值，蜂鳴器大約鳴叫15秒，且其鳴叫聲十分悅耳。這一時間足以讓主人聽到。

2、基于555的眼睛疲勞消除器原理圖

該儀器上的發(fā)光二極管將會不停的閃亮，按照圖中設計，在一個周期內二極管將會亮2秒然后滅6秒。此時如果你把此儀器拿在手里，離眼睛一個明視距離，兩眼先盡量遠眺，當二極管突然閃亮時，你的眼睛會自然而然的注視這個閃光點，兩秒以后閃光消失，你又注視遠方，如此反復進行，就會很快消除疲勞，對于假近視和剛老化者，使用它也有一定的作用?；?55的眼睛疲勞消除器原理圖：

3、555組成的電子鎮(zhèn)流器電路

555組成的電子鎮(zhèn)流器電路如圖所示，電子鎮(zhèn)流器由降壓整流電路、多諧振蕩器信源、施密特觸發(fā)器及推動級組成。

橋式整流后的電壓約300V，作為推動級的供電電壓。IC(556)的供電電壓Vdd=6V，IC的左半部與R6、R1、C9等組成無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，f=1.44/(R6+R1)C9，圖示參數(shù)的振蕩頻率約在45kHz左右，由于R1=R6，故占空比為50%，即為對稱的方波。IC的右半部構成施密特觸發(fā)器。它們的輸出分別通過C7、C8耦合至VT1、VT2的基極，推動功放級VT1、VT2.R2、C6用于預熱燈絲。

4、采用555設計的簡易溫度控制器

本電路中各點電壓都來自同一直流電源，所以不需要性能很好的穩(wěn)壓電源，用電容降壓法便能可靠地工作。電路元件價格低、體積小、便于在業(yè)余條件下自制。本電路是采用555 時基集成電路和很少的外圍元件組成的一個溫度自動控制器，該電路制作的溫度自動控制器可用于工業(yè)生產(chǎn)和家用的電加熱控制，效果良好。

當溫度較低時，負溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt 阻值較大，555 時基集成電路(IC)的2 腳電位低于Ec 電壓的1/3(約4V)， IC 的3 腳輸出高電平，觸發(fā)雙向晶閘管V 導通，接通電加熱器RL 進行加熱，從而開始計時循環(huán)。當置于測溫點的熱敏電阻Rt 溫度高于設定值而計時循環(huán)還未完成時，加熱器RL 在定時周期結束后就被切斷。當熱敏電阻Rt 溫度降低至設定值以下時，會再次觸發(fā)雙向晶閘管V 導通，接通電加熱器RL 進行加熱。這樣就可達到溫度自動控制的目的。

電路中，熱敏電阻Rt 可采用負溫度系數(shù)的MF12 型或MF53 型，也可以選擇不同阻值和其他型號的負溫度系數(shù)熱敏電阻，只要在所需控制的溫度條件下滿足Rt+VR1=2R4 這一關系式即可。電位器VR1 取得大一些能獲得較大的調節(jié)范圍，但靈敏度會下降。雙向晶閘管V 也可根據(jù)負載電流的大小進行選擇。其他元件沒有特殊要求，根據(jù)電路圖給出參數(shù)來選擇。

整個電路可安裝在一塊線路板上，一般不需要調試，時間間隔為1.1R2×C3，應該比加熱系統(tǒng)的熱時間常數(shù)選得小一些，但也不能太小，否則會因為雙向晶閘管V 急速導通或關閉而造成過分的射頻干擾。安裝調試完后可裝入一個小塑料盒內，并將熱敏電阻Rt 引出至測溫點即可。