神马文学网555时基电路及其应用（一）
来源：百度文库 编辑：神马文学网 时间：2024/04/28 00:59:23
【说明】保留修改权，且请朋友多提意见。相关图片另行发送。
555时基电路一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在同一块硅片上的组合集成电路。其设计新颖、构思奇妙、用途广泛。人们将其赞誉为“伟大的IC”。
1972年美国Signetics公司研制出TimerNE555双极型时基电路，1974年该公司又在同一块基片上将两个双极型555单元集成在一起，取名为NE556。1978年美国IntersiI公司研制成功CMOS型时基电路ICM555、双时基电路ICM556和四时基电路ICM558。随后，日本、西欧和中国等大公司和厂家也竞相仿制、生产。现在，不论哪个厂家都在其代表本公司或厂家器件符号后面保留××555或××556的三位数字，足以说明555使用的通用性和应用的广泛性。
国外的555器件型号有：SE-555/NE555；SE-555/NE-555；LM555；LC-555；CA555/CA555C；HA555；TA555；AN555；LA555；TDA555等。
国产的555器件型号有：5G1555/5G7555；CH7555/CH7556；FD555；XT555；FX555/SL555等。但要注意，并不是所有的带555数字的集成块都是时基集成电路，如MMV555、AD555和AHD555等都不是时基集成电路。
【应用范围】大量用应于电子控制、电子检测、仪器仪表、家用电器、音响报警、电子玩具等多方面。可用作振荡器、脉冲发生器、延时发生器、定时器、方波发生器、单稳态触发振荡器、双稳态多谐振荡器、自由多谐振荡器、锯齿波产生器、脉宽调制器、脉位调制器等等。
【电路特点】555时基电路的广泛应用，在于器件本身具有的特点：
①将模拟电路和数字电路组合而成。这种将模拟和数字电路功能兼容为一体，能够生产精确的时间延迟和振荡。它拓宽了模拟集成电路的应用范围，是联系模拟与数字两个领域的经典桥梁。
②电路采用单电源。双极型555的电压范围为4.5V～15V，而CMOS型555电源适应范围更宽，为2V～18V。选用555电路，一方面使电路供电趋于简单，另一方面，可以使模拟运算放大器和TTL或CMOS数字电路共用一套电源。
③555独立构成一个定时电路，且定时精度高。
④负载能力较强。555的最大输出电流达200mA（VDD=15V），可以直接驱动小电机、扬声器和继电器等。
⑤通用性好。不论国产的还是国外的器件，同型号的基本上可以相互代换。在大多数场合下CMOS型555/556可以直接替换双极型的555/556。
⑥CMOS型555/556比双极型的555/556的输出驱动电流要小一些，但多数电参数有所改善，静态电流只有300μA，触发端和复位端的输入电阻高达1010Ω，工作电源范围也更宽。
⑦引脚功能齐全，外围器件少，调整简单。
【器件封装】555时基集成块封装一般有三种：一种是做成8脚圆形TO-99型；另一种是8脚双列直插式DIP-8型。556为14脚双列直插式DIP-14型。8脚圆形TO-99封装的只限于555集成电路使用。
CMOS型555/556与双极型的555/556封装及管教排列完全相同，国产与国外的同型号产品封装及管教排列完全一致，可以互换。
【引脚功能】555时基集成电路内部是由20多个晶体三极管、数个晶体二极管和10多个电阻组成的定时器，具有分压器、比较器、触发器和放电器等功能的电路。不同的双极型555时基集成电路的内部电路构成大同小异，其等效功能电路图如下：
由555等效电路图可见，三个5kΩ电阻组成的分压器，使电路内部的两个电压比较器A1、A2构成一个电平触发器，后连接基本R-S触发器，上触发电平为?VDD，下触发电平为?VDD。在⑤脚控制端外接一个参考电源VC，可以改变上、下触发电平值。比较器A1的输出同或非门1的输入端相连，比较器A2的输出端接到或非门2的输入端。由于两个或非门组成的R-S触发器必须用负极性信号触发，因此，加到比较器A1同相端⑥脚的触发信号，只有当高于反相端⑤脚的电平时（?VDD）时，R-S触发器才翻转；而加到比较器A2反相端②脚的触发信号，只有当电平低于A2同相端的电平（?VDD）时，R-S触发器才能翻转。
加到②、④和⑥脚的输入信号不一定是逻辑信号，也可以是模拟信号。
只要②脚的电平低于?VDD时，即有触发信号使R-S触发器才能翻转，③脚为高电平。而当⑥脚的电平高于?VDD、且同时②脚的电平高于?VDD时，才能使③输出低电平。
④脚为复位端。当④脚电平高于1.4V时，此时，③输出电平的高低只取决于②和⑥脚的电平。当④脚电平低于0.3V时，②和⑥脚的电平高低不起作用，③输出低电平、⑦为低电平。
引脚功能可以参见下列真值表。不仅能够反映出555的整体功能，也是实际应用时应该遵循的基本原则。
引脚
②
⑥
④
③
⑦
电平
≤?VDD
※
＞1.4V
高电平
悬空状态
电平
＞?VDD
≥?VDD
＞1.4V
低电平
低电平
电平
＞?VDD
＜?VDD
＞1.4V
保持原电平
保持
电平
※
※
＜0.3V
低电平
低电平
注：※-表示任意状态。悬空状态-可视为高阻状态。
【引脚细解】将555（或1/2 556）一个时基单元，各引脚的功能做以说明：
1.电源引脚
⑴VDD或VCC外接电源正端（⑧脚）。双极型555可外接4.5～16V，CMOS型的接3～18V电源。一般说来，电路的定时精度受电源电压影响极小，该误差通常小于0.05%V。
⑵VSS或GND外接电源负端（①脚）。在通常情况下与地相连，该电位比其他它管脚的地位都低。
2.输入功能端
⑴触发端或称置位端（②脚）。当该端的电压低于?VDD时，可使触发器处于置位状态，即输出端处于逻辑“1”电平。该端允许外加电压范围为0～VDD。
⑵阈值电压端或高位触发（⑥脚）。其阈值电平为?VDD，当该端的电压大于?VDD时，可使触发器复位，即输出端处于“0”电平。该端允许外加电压范围为0～VDD。相连，若在此端加入外部电压，可改变555内两个A1和A2的比较基准电压，从而控制电路的翻转的门限，以改变产生的脉冲宽度或频率。当不用时，应将该端接一只0.01μF的电容器到地。
⑷强制复位端（④脚）。当该端外加电压低于0.3V，即输出端处于“0”电平时，定时过程中断。不论触发端（②和⑥脚）处于何种电平，电路始终处于复位状态，即输出端处于“0”电平。该端允许外加电压范围为0～VDD，若不使用时应与VDD相连。
3.输出功能端
⑴放电端（⑦脚）。该端与电路内部放电管相连，作为定时电容的放电通道。
⑵输出端（③脚）。电路连接负载端，通常该脚为低电平“0”，在定时期间为高电平“1”。
各引出端的功能，可参照555等效功能电路图和引出端真值表。
【主要参数】双极型与CMOS型555主要电参数，参见下表：
名 称
符 号
双 极 型
CMOS型
单 位
电源电压
VDD(VCC)
4.5～15
3～15
V
静态电流
IDD(ICC)
10
0.2
mA
定时精度
1
1
%V
置位电流
Is
1μA
1pA
μA/pA
主复位电流
IMR
100μA
50pA
μA/pA
复位电流
IR
1μA
100pA
μA/pA
驱动电流
IV
200
与VDD大小有关
mA
放电电流
IDIS
200
与VDD大小有关
mA
最高工作频率
fmax
300
500
kHz
【性能比较】不同工艺和生产流程，使得双极型555和CMOS型555集成电路性能即有共同点，更有技术指标的差异性。
1.两者的共同点
⑴两者功能大体相同，外形和管脚排列一致，在大多数应用场合可以直接替换。
⑵均使用单一电源，适用电源范围大，可与TTL、HTL、CMOS型数字逻辑电路等共用电源。
⑶555输出为全电源电平，可与TTL、HTL、CMOS型电路直接接口。
⑷电源电压变化对振荡频率和定时精度影响小。对定时精度的影响仅0.05%V，且温度稳定性好，温度漂移不高于50ppm/℃。
2.两者的差异
⑴CMOS型555的功耗仅为双极型的几十分之一，静态电流仅为300pA左右，属微功耗电路。
⑵CMOS型555的电源电压可低至2～3V；各输入端电流均为pA量级。
⑶CMOS型555的输出脉冲的上沿和下沿比双极型的要陡，转换时间短。
⑷CMOS型555在传输过渡时间里产生的尖峰电流小，仅为2～3mA；而双极型的尖峰电流高达300～400mA。
⑸CMOS型555的输入阻抗比双极型的要高几个数量级，高达1010Ω。
⑹CMOS型555的驱动能力差，输出电流仅为1～3mA而双极型的输出电流可达200mA。
3.选用双极型555和CMOS型555集成电路的一般原则
⑴熟悉两者的主要电参数和电路的各自特点。
⑵在要求定时长、功耗小、负载轻的场合，宜选用CMOS型的555；而在负载重、驱动电流较大和电压较高的场合，宜选用双极型555。
⑶双极型555的冲击峰值电流大，在电路中应加电源滤波大容量电容。
⑷双极型555一般在电压控制功能端加一去耦电容（0.01～0.1μF），而CMOS型的可不加。
⑸CMOS型555若驱动较大的负载，可在输出端加接小功率三极管作为驱动接续电路，例如射极跟随器等。
555时基电路一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在同一块硅片上的组合集成电路。其设计新颖、构思奇妙、用途广泛。人们将其赞誉为“伟大的IC”。
1972年美国Signetics公司研制出TimerNE555双极型时基电路，1974年该公司又在同一块基片上将两个双极型555单元集成在一起，取名为NE556。1978年美国IntersiI公司研制成功CMOS型时基电路ICM555、双时基电路ICM556和四时基电路ICM558。随后，日本、西欧和中国等大公司和厂家也竞相仿制、生产。现在，不论哪个厂家都在其代表本公司或厂家器件符号后面保留××555或××556的三位数字，足以说明555使用的通用性和应用的广泛性。
国外的555器件型号有：SE-555/NE555；SE-555/NE-555；LM555；LC-555；CA555/CA555C；HA555；TA555；AN555；LA555；TDA555等。
国产的555器件型号有：5G1555/5G7555；CH7555/CH7556；FD555；XT555；FX555/SL555等。但要注意，并不是所有的带555数字的集成块都是时基集成电路，如MMV555、AD555和AHD555等都不是时基集成电路。
【应用范围】大量用应于电子控制、电子检测、仪器仪表、家用电器、音响报警、电子玩具等多方面。可用作振荡器、脉冲发生器、延时发生器、定时器、方波发生器、单稳态触发振荡器、双稳态多谐振荡器、自由多谐振荡器、锯齿波产生器、脉宽调制器、脉位调制器等等。
【电路特点】555时基电路的广泛应用，在于器件本身具有的特点：
①将模拟电路和数字电路组合而成。这种将模拟和数字电路功能兼容为一体，能够生产精确的时间延迟和振荡。它拓宽了模拟集成电路的应用范围，是联系模拟与数字两个领域的经典桥梁。
②电路采用单电源。双极型555的电压范围为4.5V～15V，而CMOS型555电源适应范围更宽，为2V～18V。选用555电路，一方面使电路供电趋于简单，另一方面，可以使模拟运算放大器和TTL或CMOS数字电路共用一套电源。
③555独立构成一个定时电路，且定时精度高。
④负载能力较强。555的最大输出电流达200mA（VDD=15V），可以直接驱动小电机、扬声器和继电器等。
⑤通用性好。不论国产的还是国外的器件，同型号的基本上可以相互代换。在大多数场合下CMOS型555/556可以直接替换双极型的555/556。
⑥CMOS型555/556比双极型的555/556的输出驱动电流要小一些，但多数电参数有所改善，静态电流只有300μA，触发端和复位端的输入电阻高达1010Ω，工作电源范围也更宽。
⑦引脚功能齐全，外围器件少，调整简单。
【器件封装】555时基集成块封装一般有三种：一种是做成8脚圆形TO-99型；另一种是8脚双列直插式DIP-8型。556为14脚双列直插式DIP-14型。8脚圆形TO-99封装的只限于555集成电路使用。
CMOS型555/556与双极型的555/556封装及管教排列完全相同，国产与国外的同型号产品封装及管教排列完全一致，可以互换。
【引脚功能】555时基集成电路内部是由20多个晶体三极管、数个晶体二极管和10多个电阻组成的定时器，具有分压器、比较器、触发器和放电器等功能的电路。不同的双极型555时基集成电路的内部电路构成大同小异，其等效功能电路图如下：
由555等效电路图可见，三个5kΩ电阻组成的分压器，使电路内部的两个电压比较器A1、A2构成一个电平触发器，后连接基本R-S触发器，上触发电平为?VDD，下触发电平为?VDD。在⑤脚控制端外接一个参考电源VC，可以改变上、下触发电平值。比较器A1的输出同或非门1的输入端相连，比较器A2的输出端接到或非门2的输入端。由于两个或非门组成的R-S触发器必须用负极性信号触发，因此，加到比较器A1同相端⑥脚的触发信号，只有当高于反相端⑤脚的电平时（?VDD）时，R-S触发器才翻转；而加到比较器A2反相端②脚的触发信号，只有当电平低于A2同相端的电平（?VDD）时，R-S触发器才能翻转。
加到②、④和⑥脚的输入信号不一定是逻辑信号，也可以是模拟信号。
只要②脚的电平低于?VDD时，即有触发信号使R-S触发器才能翻转，③脚为高电平。而当⑥脚的电平高于?VDD、且同时②脚的电平高于?VDD时，才能使③输出低电平。
④脚为复位端。当④脚电平高于1.4V时，此时，③输出电平的高低只取决于②和⑥脚的电平。当④脚电平低于0.3V时，②和⑥脚的电平高低不起作用，③输出低电平、⑦为低电平。
引脚功能可以参见下列真值表。不仅能够反映出555的整体功能，也是实际应用时应该遵循的基本原则。
引脚
②
⑥
④
③
⑦
电平
≤?VDD
※
＞1.4V
高电平
悬空状态
电平
＞?VDD
≥?VDD
＞1.4V
低电平
低电平
电平
＞?VDD
＜?VDD
＞1.4V
保持原电平
保持
电平
※
※
＜0.3V
低电平
低电平
注：※-表示任意状态。悬空状态-可视为高阻状态。
【引脚细解】将555（或1/2 556）一个时基单元，各引脚的功能做以说明：
1.电源引脚
⑴VDD或VCC外接电源正端（⑧脚）。双极型555可外接4.5～16V，CMOS型的接3～18V电源。一般说来，电路的定时精度受电源电压影响极小，该误差通常小于0.05%V。
⑵VSS或GND外接电源负端（①脚）。在通常情况下与地相连，该电位比其他它管脚的地位都低。
2.输入功能端
⑴触发端或称置位端（②脚）。当该端的电压低于?VDD时，可使触发器处于置位状态，即输出端处于逻辑“1”电平。该端允许外加电压范围为0～VDD。
⑵阈值电压端或高位触发（⑥脚）。其阈值电平为?VDD，当该端的电压大于?VDD时，可使触发器复位，即输出端处于“0”电平。该端允许外加电压范围为0～VDD。相连，若在此端加入外部电压，可改变555内两个A1和A2的比较基准电压，从而控制电路的翻转的门限，以改变产生的脉冲宽度或频率。当不用时，应将该端接一只0.01μF的电容器到地。
⑷强制复位端（④脚）。当该端外加电压低于0.3V，即输出端处于“0”电平时，定时过程中断。不论触发端（②和⑥脚）处于何种电平，电路始终处于复位状态，即输出端处于“0”电平。该端允许外加电压范围为0～VDD，若不使用时应与VDD相连。
3.输出功能端
⑴放电端（⑦脚）。该端与电路内部放电管相连，作为定时电容的放电通道。
⑵输出端（③脚）。电路连接负载端，通常该脚为低电平“0”，在定时期间为高电平“1”。
各引出端的功能，可参照555等效功能电路图和引出端真值表。
【主要参数】双极型与CMOS型555主要电参数，参见下表：
名 称
符 号
双 极 型
CMOS型
单 位
电源电压
VDD(VCC)
4.5～15
3～15
V
静态电流
IDD(ICC)
10
0.2
mA
定时精度
1
1
%V
置位电流
Is
1μA
1pA
μA/pA
主复位电流
IMR
100μA
50pA
μA/pA
复位电流
IR
1μA
100pA
μA/pA
驱动电流
IV
200
与VDD大小有关
mA
放电电流
IDIS
200
与VDD大小有关
mA
最高工作频率
fmax
300
500
kHz
【性能比较】不同工艺和生产流程，使得双极型555和CMOS型555集成电路性能即有共同点，更有技术指标的差异性。
1.两者的共同点
⑴两者功能大体相同，外形和管脚排列一致，在大多数应用场合可以直接替换。
⑵均使用单一电源，适用电源范围大，可与TTL、HTL、CMOS型数字逻辑电路等共用电源。
⑶555输出为全电源电平，可与TTL、HTL、CMOS型电路直接接口。
⑷电源电压变化对振荡频率和定时精度影响小。对定时精度的影响仅0.05%V，且温度稳定性好，温度漂移不高于50ppm/℃。
2.两者的差异
⑴CMOS型555的功耗仅为双极型的几十分之一，静态电流仅为300pA左右，属微功耗电路。
⑵CMOS型555的电源电压可低至2～3V；各输入端电流均为pA量级。
⑶CMOS型555的输出脉冲的上沿和下沿比双极型的要陡，转换时间短。
⑷CMOS型555在传输过渡时间里产生的尖峰电流小，仅为2～3mA；而双极型的尖峰电流高达300～400mA。
⑸CMOS型555的输入阻抗比双极型的要高几个数量级，高达1010Ω。
⑹CMOS型555的驱动能力差，输出电流仅为1～3mA而双极型的输出电流可达200mA。
3.选用双极型555和CMOS型555集成电路的一般原则
⑴熟悉两者的主要电参数和电路的各自特点。
⑵在要求定时长、功耗小、负载轻的场合，宜选用CMOS型的555；而在负载重、驱动电流较大和电压较高的场合，宜选用双极型555。
⑶双极型555的冲击峰值电流大，在电路中应加电源滤波大容量电容。
⑷双极型555一般在电压控制功能端加一去耦电容（0.01～0.1μF），而CMOS型的可不加。
⑸CMOS型555若驱动较大的负载，可在输出端加接小功率三极管作为驱动接续电路，例如射极跟随器等。