555时基电路的研究与应用

0 引言
555时基电路是一种双极型的时基集成电路，工作电源为4．5v～18v，输出电平可与TTL、CMOS和HLT逻辑电路兼容，输出电流为200mA，工作可靠，使用简便而且成本低，可直接推动扬声器、电感等低阻抗负载，还可以在仪器仪表、自动化装置及各种电器中作定时及时间延迟等控制，可构成单稳态触发器、无稳态多谐振荡器、脉冲发生器、防盗报警器、电压监视器等电路，应用及其广泛。

1 555时基电路的内部结构
国产双极型定时器CB555的电路结构如图l所示。它由分压器、电压比较器C1和C2、SR锁存器、缓冲输出器和集电极开路的放电三极管TD组成。

1．1 电压比较器
电压比较器C1和C2是两个相同的线性电路，每个电压比较器有两个信号输入端和一个信号输出端。C1的同向输入端接基准比较电压VR1，反向输入端(也称阈值端TH)外接输入触发信号电压，C2的反向输入端接基准比较电压VR2，同向输入端(也称触发端TR')外接输入触发信号电压。
1．2 分压器
分压器由三个等值电阻串联构成，将电源电压Vcc分压后分别为两个电压比较器提供基准比较电压。在控制电压输入端Vco悬空时，C1、C2的基准比较电压分别为通常应将Vco端接一个高频干扰旁路电容。如果Vco外接固定电压，则
1．3 SR锁存器
SR锁存器是由两个TTL与非门构成，它的逻辑状态由两个电压比较器的输出电位控制，并有一个外引出的直接复位控制端R'D。只要在R'D端加上低电平，输出端vo便立即被置成低电平，不受其它输入端状态的影响。正常工作时必须使R'D处于高电平。SR锁存器有置0(复位)、置1(置位)和保持三种逻辑功能。电压比较器C1的输出信号作为SR锁存器的复位控制信号，电压比较器C2的输出信号作为SR锁存器的置位控制信号。
1．4 集电极开路的放电三极管
放电三极管实际上是一个共发射极接法的双极型晶体管开关电路，其工作状态由SR锁存器的Q'端控制，集电极引出片外，外接RC充放电电路。通常，把引出片外的集电极称为放电端(DISC)。
1．5 输出缓冲器
输出缓冲器由反相器构成。其作用是提高时基集成电路的负载能力，并隔离负载与时基集成电路之间的影响。输出缓冲器的输入信号是SR锁存器Q'的输出信号。

2 555时基电路的基本工作模式
555时基电路的应用十分广泛，用它可以轻易组成各种性能稳定实用电路，但无论电路如何变化，若将这些实用电路按其工作原理归纳分类，其基本工作模式不外乎单稳态、双稳态、无稳态及定时这四种模式。
2．1 单稳态工作模式
在实际应用中，并不总是需要连续重复波，有时只需要电路在一定长度时间内工作，这种电路只需要工作在单稳态模式。单稳态模式是指电路只有一个稳定状态，也称单稳态触发器。在稳定状态时，555时基电路处于复位态，即输出低电平。当电路受到低电平触发时，555电路翻转置位进入暂稳态，在暂稳态时间内，输出高电平，经过一段延迟后，电路可自动返回稳态。单稳态工作模式根据工作原理可分为脉冲启动的单稳和单稳型压控振荡器。
2．1．1 脉冲启动的单稳
脉冲启动的单稳是以555时基电路的2端作为触发信号的输入端，并将由TD和R组成的反相器输出电压接至6端，同时在6端对地接入电容C，就构成了单稳态触发器，电路如图2所示。其稳态时Vo=O，暂稳态Vo=l，输出脉冲的宽度tW等于暂稳态持续的时间。

通常R的取值在几百欧姆到几兆欧姆之间，电容的取值范围为几百皮法到几百微法，tW的范围为几微秒到几分钟。但随着tW的宽度增加它的精度和稳定度将下降。
脉冲启动的单稳电路除了起定时／延时作用以外，还可以用于消抖、分／倍频、脉冲输出等。

2．1．2 单稳型压控振荡器(VCO)
由555时基电路组成的压控振荡器如图3所示，图(a)电路中，2端输入被调制脉冲Vi，5端加调制信号Vco。图(b)电路中，利用输出的脉冲，经低通滤波、直流放大后，闭环控制555的控制端(5端)，使当触发频率升高时，自动减小其暂稳宽度，达到输出波形的占空比保持不变。单稳型压控振荡器主要用于脉宽调制、压频变化、A／D变换等。

2．2 双稳态工作模式
双稳态工作模式是指电路有两个输入端和两个输出端的电路，它的输出端有两个稳定状态，即置位态和复位态。这种输出状态是由输入状态、输出端原来的状态和锁存器自身的性能来决定的。双稳态工作模式根据工作原理可分为SR锁存器和施密特触发器。
2．2．1 SR锁存器(双限比较器)
对于555时基电路来说，按照它的逻辑功能完全可以等效于一个SR锁存器，如图4所示，只不过它是一个特殊的SR锁存器。它有两个输入端TH(R)和TR'(S')，只有一个输出端Vo(Q)而没有Q'端。因为一个Q端就能解决和负载的连接以及说明锁存器的状态，所以省略了Q'端。
这个特殊的SR锁存器的特殊之处有二：一是它的两个输入端对触发电平的极性要求不同，R端要求高电平，而S'端要求低电平；二是两个输入端的阈值电平不同，R端为即对R端来说，时，输出高电平1，而时输出低电平0；对S'端来说阈值电平为，即时，输出低电平0，而VS≥1/3Vcc时输出高电平1。SR锁存器常用于比较器、电子开关、检测电路、家电控制器等。