555时基集成电路基本工作模式

1、555时基集成电路基本工作模式图1-1 555时基电路内部电路功能框图表1-1 555时基集成电路的真值表图1-4 556双时基集成电路管脚示意图555时基电路应用十分广泛，用它可以很容易地组成各式性能稳定的高、低频振荡器、单稳态触发器、双稳态RS触发器及各种电子开关电路等，但无论其电路如何变化，其基本工作模式不外乎于单稳态、双稳态、无稳态及定时4种基本工作模式。（1） 单稳态工作模式单稳态工作模式是指电路只有一个稳定状态，在稳定状态时，555时基电路处于复位态，即输出端3脚输出低电平。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，3脚输出高电平，经过一段延迟（或称定时

2、）后，电路能自动返回稳定态，暂稳态时间通常简称为暂态时间。单稳态工作模式电路如图1-5所示。图中，定时电阻Rt、定时电容Ct决定电路的暂态时间。平时电路处于稳定态，555时基电路复位，输出端3脚输出低电平，此时7脚也为低电平，所以定时电容Ct无法通过定时电阻Rt充电。图1-5 单稳态工作模式如果在输入端输出一负脉冲触发信号Vi，使555触发端2脚获得一个小于VDD/3的低电平触发信号，由上节图1-1工作原理及表1-1真值表的逻辑关系，可知555时基电路置位，输出端3脚跳变为高电平，电路即翻转进入暂态；同时555内部放电晶体管截止，7脚被悬空（即虚高），解除对定时电容Ct的封锁，正电源VDD便通

3、过定时电阻Rt向电容Ct充电，使Ct两端电压即阈值端6脚电平不断升高，当升至2VDD/3时，由表1-1真值表可知，555时基电路复位，3脚与7脚恢复低电平，暂态结束，电路翻回稳态。此时Ct储存电荷经7脚通过555内部的放电晶体管对低放电，为电路下次触发翻转作准备。电路暂态时间t，即3脚输出高电平的脉宽是由Ct上电压从零充电至2VDD/3所需的时间，即满足下式：V = VDD = VDD ( 1-e )由此可解得暂态时间t为t = - Rt Ct ln ( 1/3 ) 1.1 Rt Ct可见，单稳态电路的暂态时间，即电路的延迟（定时）时间，亦即555时基集成块3脚输出高电平的时间只与电路的定时电

4、阻Rt、定时电容Ct的数值有关，而与电源电压VDD的绝对值无关，所以用此电路构成的定时器，其定时精度不会因电源电压波动而受到任何影响。如果在电容C2两端并联一只固定电阻器R5，即在555时基电路的控制端5脚与地之间跨接一只电阻R5时，此R5将与555内部分压电阻相并联（参见图1-1），将会减小阈值端6脚的翻转电平，即小于2VDD/3，从而使单稳态电路的暂态时间t减小。对于双极型555时基电路而言，当R5在11000 k变化时，暂态时间t变化范围为t （ 0.2 1.1）Rt Ct当R5 = 70 k时，则Rt Ct的系数为1，即 t = Rt Ct 。若加了R5后，5脚的电压为V5，此时单稳态

5、电路的暂态时间可由下式求得，即t = - Rt Ct ln ( 1 V5/VDD )图1-5中R1与C1构成微分电路，其作用是将触发脉冲变成脉宽约1s的窄脉冲去触发555的2脚（下降沿起作用），这样可避免上升沿造成的误触发。（2） 双稳态工作模式双稳态工作模式是指电路有两个稳定状态，即置位态（3脚输出高电平）和复位态（3脚输出低电平），其基本电路如图1-6所示，它无需任何外围元件（电容C也可省略）。图1-6 双稳态工作模式该电路实质上是一个RS触发器，S为置位端，当输入脉冲电平低于VDD/3时，555置位，3脚输出高电平；R为复位端，当输入脉冲高于2VDD/3时，555复位，3脚输出低电平。如

6、果R端与S端输入电平发生矛盾时，S端优先于R端。（3） 无稳态工作模式无稳态工作模式是指电路没有固定的稳态状态，555时基电路处于置位与复位反复交替的状态，即输出端3交替输出高电平与低电平，输出波形为近似矩形波。由于矩形波的高次谐波十分丰富，所以无稳态工作模式又称为自激多谐波振荡器。无稳态工作模式的基本电路如图1-7所示。电路初次通电时，因电容C1两端电压不能突变，555的2脚为低电平，从表1-1可知，555时基电路置位，即3脚输出高电平，内部放电晶体管截止，7脚被悬空，此时正电源VDD通过电阻R1、R2向电容C1充电，使C1两端电压不断升高，约经时间t1，C1两端电压即阈值端（6脚）电平升至

7、2VDD/3，从表1-1可知，555时基电路翻转复位，3脚输出低电平，同时内部放电晶体管导通，7脚也为低电平，此时电容C1储存电荷将通过R2向7脚放电，使C1两端电压即555的触发端2脚电平不断下降，约经t2时间，电压降至VDD/3时，555时基电路又翻转置位，3脚又输出高电平，7脚再次被悬空，正电源又通过R1、R2向C2充电，如此周而复始，电容C2不断处于充电与放电状态，电路引起振荡，3脚将交替输出高电平和低电平。图1-7 无稳态工作模式1C2在充、放电过程中，其电压在VDD的1/3至2/3之间变化，所以时基电路3脚输出高电平时间t1可用下式表示（即充电时间），即t1 = - ( R1 +

8、R2 ) C1 ln ( VDD - VDD ) / ( VDD - VDD) = ( R1 + R2 ) C1 ln2 0.693( R1 + R2 ) C13脚输出低电平时间t2（即放电时间）为t2 = 0.693 R2 C1振荡重复周期T为T = t1 + t2 = 0.693( R1 + 2R2 ) C1振荡频率f为f = 1/T 1.44 / ( R1 + 2R2 ) C1输出脉冲占空比D为D = t1/T = ( R1 + R2 ) / ( R1 + 2R2 )当R2R1时，D 50%，此时输出波形为理想对称方波。图1-8是另一种接法的无稳态工作模式，其工作过程是：电路初始通电时，

9、由于电容C1两端电压为零不能突变，555的2脚为低电平，555被置位，3脚输出高电平，此高电平经电阻R向C1充电，使C1两端电压即6脚电平不断升高，当升至2VDD/3时，555复位，3脚输出低电平，此时电容C1储存电荷就经R向555的3脚放电，从而使C1两端电压即555的2脚电平开始下降，当降至VDD/3时，555又复位，3脚输出高电平又向C1充电，周而复始，电路产生振荡，3脚就交替输出高电平和低电平。图1-8 无稳态工作模式2本电路的特点是电容C1的充电电阻与放电电阻均为同一电阻R，所以充电时间（即输出高电平时间）t1和放电时间（即输出低电平时间）t2相同，即t1 = 0.693 R C1

10、t2 = 0.693 R C1该电路占空比D、振荡周期T和振荡频率f分别为D = 50%T = t1 + t2 =1.386 R C1f = 0.722 / ( RC1 )图1-8中，充、放电电阻R一般取值应不小于10k，如取值过小，因充放电电流过大，会使输出电压下降过多，重负载时尤其如此。必要时可在3脚到电源正端VDD间接一1 k的上拉电阻（对于7555时基电路可用10k电阻），这样可使3脚输出高电平时，电压值接近VDD。（4） 定时工作模式定时工作模式实质上是单稳态工作模式的一种变形，其电路分别如图1-9和图1-10所示，由于这两种电路在以后应用电路中使用较为广泛，所以也将它们作为一种基本

11、工作模式给予介绍。图1-9 定时工作模式1图1-10 定时工作模式2图1-9是开机即产生高电平的定时电路，经延迟时间t后，时基电路输出端3脚将保持输出低电平不变，如果要3脚再次输出高电平，只需按一下按钮SB，电容Ct储存电荷即通过SB泄放，同时2脚输出高电平，松开SB后，定时即开始，正电源VDD就通过定时电阻Rt向Ct充电，使Ct两端电压即555的阈值端6脚电平不断升高，当升至2VDD/3时，时基电路复位，定时结束，3脚恢复输出低电平。图1-10是开机时产生一个输出低电平的定时电路，经时间t延迟后，3脚保持输出高电平不变。这是因为开机时，由于电容Ct两端电压不能突变，所以555的6脚为高电平，555复位，3脚输出低电平。然后电源经Rt向电容Ct充电，使Ct两端电压不断升高，这就使555的2脚电平不断下降，经延迟时间t后，2脚电平降至VDD/3，时基电路置位，3脚就保持输出高电平不变。若要电路再次输出一个延迟时间t