电路设计宝典：浅谈555电路设计

 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。一般用双极型(TTL)工艺制作的称为555，用互补金属氧化物(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4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。1972年，美国Signetics公司研制555定时器用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因输入端设计有三个5kΩ的电阻而得名。

一、基本原理

555时基电路的工作过程如下：当2脚，即比较器A2的反相输入端加进电位低于?VDD的触发信号时，则VT9、VTll导通，给双稳态触发器中的VTl4提供一偏流，使VTl4饱和导通，它的饱和压降Vces箝制VTl5的基极处于低电平，使VTl5截止，VTl7饱和，从而使VTl8截止，VTl9导通，VT20完全饱和导通，VT21截止。因此，输出端3脚输出高电平。此时，不管6端(阈值电压)为何种电平，由于双稳态触发器(VTl4-VTl7)中的4.7kΩ电阻的正反馈作用(VTl5的基极电流是通过该电阻提供的)，3脚输出高电平状态一直保持到6脚出现高于?VDD的电平为止。当触发信号消失后，即比较器A2反相输入端2脚的电位高于?VDD，则VT9、VTll截止，VTl4因无偏流而截止，此时若6脚无触发输入，则VTl7的Vces饱和压降通过4.7kΩ电阻维持VTl3截止，使VTl7饱和稳态不变，故输出端3脚仍维持高电平。同时，VTl8的截止使VT6也截止。当触发信号加到6脚时，且电位高于?VDD时，则VTl、VT2、VT3皆导通。此时，若2脚无外加触发信号使VT9、VTl4截止，则VT3的集电极电流供给VTl5偏流，使该级饱和导通，导致VTl7截止，进而VTl8导通，VTl9、VT2。都截止，VT21饱和导通，故3脚输出低电平。当6脚的触发信号消失后，即该脚电位降至低于?VDD时，则VTl、VT2、VT3皆截止，使VTl5得不到偏流。此时，若2脚仍无触发信号，则VTl5通过4.7kΩ电阻得到偏流，使VTl5维持饱和导通，VTl7截止的稳态，使3脚输出端维持在低电平状态。同时，VTl8的导通，使放电级VT6饱和导通。通过上面两种状态的分析，可以发现：只要2脚的电位低于?VDD，即有触发信号加入时，必使输出端3脚为高电平;而当6脚的电位高于?VDD时，即有触发信号加进时，且同时2脚的电位高于?VDD时，才能使输出端3脚有低电平输出。4脚为复位端。当在该脚加有触发信号，即其电位低于导通的饱和压降0.3V时，VT8导通，其发射极电位低于lV，因有D3接入，VTl7为截止状态，VTl8、VT21饱和导通，输出端3脚为低电平。此时，不管2脚、6脚为何电位，均不能改变这种状态。因VT8的发射极通过D3及VTl7的发射极到地，故VT8的发射极电位任何情况下不会比1.4V电压高。因此，当复位端4脚电位高于1.4V时，VT8处于反偏状态而不起作用，也就是说，此时输出端3脚的电平只取决于2脚、6脚的电位。

二、单稳态电路

该测试电路主要由555定时器构成的单稳态触发器和由R1、被测元件、R5构成的分压器两部分组成。当闭合开关S1时，电路随机工作。这时一串电流脉冲经过R4向C3充电。在约2秒内，电容实际上被充到满电压，为电路工作提供了一稳定电源。R4是限流电阻以防充电电流过大损坏开关。

一手持鳄鱼夹绝缘柄夹住被测元件的一端，一手持探针接触元件的另一端。此时，R5与被测元件电阻串成一分压器下面的臂。上面的臂由固定电阻R1构成。此上下两臂将6V电源电压分压，下臂所分的电压与电容C1的左边相连。在测试期间，这个电压只是电源电压的一小部分，比所需的1/3电源电压更小，对触发器来说是足够低的，其状态主要由C1传到IC1的2脚。

集成电路定时器IC1同外围元件一起构成单稳态触发器。因此，当上述低脉冲加到触发器输入端(2脚)触发时，输出端(3脚)将出现高电平一定的时间，然后才恢复到它原来的低电平状态。当输出为高电平时，电流将流到固态蜂鸣器WD1而发出蜂鸣声。以此来判断被测元件的好坏。此时间周期由连到IC16脚和7脚的电阻R3和电容C2的值确定。按图上的值计算约为0.2秒，要增长定时可增大R3值。

该测试电路采用交流耦合的级联方式，其主要原因如下：即使测试探针脉冲是连续地加到元件上，也只有一个主触发脉冲通过C1传到IC1。把测试元件与探针分开，则电容C1通过固定电阻R1和R2快速放电。在没有触发脉冲时，R2使IC1的2脚为高电平，这样可防止虚假工作。相当于探针和电源负极导线之间开路，则触发条件不满足(即IC1的2脚为高电平)，蜂鸣器不会发声。

三、双稳态电路

把 555 电路的 6 、 2 端并接起来成为只有一个输入端的触发器这个触发器因为输出电压和输入电压的关系是一个长方形的回线形所以被称为施密特触发器。从曲线看到，当输入 V i =0 时输出 V o =1 。当输入电压从 0 上升时，要升到> 2/ 3 V DD 以后， V o 才翻转成 0 。而当输入电压从最高值下降时，要降到 《 1 /3 V DD 以后， V o 才翻转成 1 。所以输出电压和输入电压之间是一个回线形曲线。由于它的输入有两个不同的阈值电压，所以这种电路被用作电子开关，各种控制电路，波形变换和整形的用途。

无稳电路有 2 个暂稳态，它不需要外触发就能自动从一种暂稳态翻转到另一种暂稳态，它的输出是一串矩形脉冲，所以它又称为自激多谐振荡器或脉冲振荡器。

四、多谐振荡器

下图是由555组件组成的多谐振荡器电路，R1、R2和C系外接元件。其工作原理如下：

接通电源后，VCC经R1R2给电容C充电。由于电容上电压不能突变，电源刚接通时υC《VCC/3，所以555内部比较器A1输出高电平，A2输出低电平，即RD=1，SD=0，基本RS触发器置1，输出端Q为高电平。此时Q=O，使内部放电管截止。

当υC上升到大于Vcc/3时，RD=1，SD=1，基本RS触发器状态不变，即输出端Q仍为高电平，当VC上升到略大于2VCC/3时，Rn=0，SD=1，基本RS触发器置0，输出端Q为低电平。这时Q=1，使内部放电管饱合导通。于是电容C经R2和内部放电管放电，υc按指数规律减小。

当υC下降略小于Vcc/3时，内部比较器A1输出高电平，A2输出低电平，基本RS触发器置1，输出高电平。这时，Q=0，内部放电管截止。于是C结束放电并重新开始充电。如此循环不止，输出端就得到一系列矩形脉冲，如图2-66b所示。

五、应用电路

1、悦耳门铃电路

这里推荐一款悦耳的门铃电路。电路中555定时器芯片(IC1)连接成多谐振荡器。其输出为低时持续7ms，输出为高时持续235ms。当IC1输出变低时。晶体管T2导通，使蜂鸣器激活，蜂鸣器放声，并对电容C3充电。当输出变高时，铃声的声音强度逐渐消退。此过程反复进行。直至定时电路停止工作为止。

定时电路工作过程如下：短促按压开关S1使电容C1经R1迅速充电。当C1两端的电压超过场效应晶体管T1的栅极门限电压时，T1开始导通，而且只要 C1上的电荷使电压大于此门限电压。这种导通状态就会一直维持下去。如采用电路中所用的元件值，蜂鸣器大约鸣叫15秒，且其鸣叫声十分悦耳。这一时间足以让主人听到。

2、基于555的眼睛疲劳消除器原理图

该仪器上的发光二极管将会不停的闪亮，按照图中设计，在一个周期内二极管将会亮2秒然后灭6秒。此时如果你把此仪器拿在手里，离眼睛一个明视距离，两眼先尽量远眺，当二极管突然闪亮时，你的眼睛会自然而然的注视这个闪光点，两秒以后闪光消失，你又注视远方，如此反复进行，就会很快消除疲劳，对于假近视和刚老化者，使用它也有一定的作用。基于555的眼睛疲劳消除器原理图：

3、555组成的电子镇流器电路

555组成的电子镇流器电路如图所示，电子镇流器由降压整流电路、多谐振荡器信源、施密特触发器及推动级组成。

桥式整流后的电压约300V，作为推动级的供电电压。IC(556)的供电电压Vdd=6V，IC的左半部与R6、R1、C9等组成无稳态多谐振荡器，f=1.44/(R6+R1)C9，图示参数的振荡频率约在45kHz左右，由于R1=R6，故占空比为50%，即为对称的方波。IC的右半部构成施密特触发器。它们的输出分别通过C7、C8耦合至VT1、VT2的基极，推动功放级VT1、VT2.R2、C6用于预热灯丝。

4、采用555设计的简易温度控制器

本电路中各点电压都来自同一直流电源，所以不需要性能很好的稳压电源，用电容降压法便能可靠地工作。电路元件价格低、体积小、便于在业余条件下自制。本电路是采用555 时基集成电路和很少的外围元件组成的一个温度自动控制器，该电路制作的温度自动控制器可用于工业生产和家用的电加热控制，效果良好。

当温度较低时，负温度系数的热敏电阻Rt 阻值较大，555 时基集成电路(IC)的2 脚电位低于Ec 电压的1/3(约4V)， IC 的3 脚输出高电平，触发双向晶闸管V 导通，接通电加热器RL 进行加热，从而开始计时循环。当置于测温点的热敏电阻Rt 温度高于设定值而计时循环还未完成时，加热器RL 在定时周期结束后就被切断。当热敏电阻Rt 温度降低至设定值以下时，会再次触发双向晶闸管V 导通，接通电加热器RL 进行加热。这样就可达到温度自动控制的目的。

电路中，热敏电阻Rt 可采用负温度系数的MF12 型或MF53 型，也可以选择不同阻值和其他型号的负温度系数热敏电阻，只要在所需控制的温度条件下满足Rt+VR1=2R4 这一关系式即可。电位器VR1 取得大一些能获得较大的调节范围，但灵敏度会下降。双向晶闸管V 也可根据负载电流的大小进行选择。其他元件没有特殊要求，根据电路图给出参数来选择。

整个电路可安装在一块线路板上，一般不需要调试，时间间隔为1.1R2×C3，应该比加热系统的热时间常数选得小一些，但也不能太小，否则会因为双向晶闸管V 急速导通或关闭而造成过分的射频干扰。安装调试完后可装入一个小塑料盒内，并将热敏电阻Rt 引出至测温点即可。