555电路的应用和工作方式

、实验原理和电路 1器件特性

555定时器是一种中规模集成电路，外形为双列直插

8脚结构，体积很小，使用起来方

便。只要在外部配上几个适当的阻容元件，就可以构成史密特触发器、单稳态触发器及自 激多谐振荡器等脉冲信号产生与变换电路。它在波形的产生与变换、测量与控制、定时电 路、家用电器、电子玩具、电子乐器等方面有广泛的应用。

集成555定时器有双极性型和 CMOS型两种产品。一般双极性型产品型号的最后三位数都

图8.1 (a)双极性型5G555的主要性能参数 参数名称 电源电压 电源电流 阈值电压 符号 V CC 参数名称 参数 电源电压 符号 V单位 V 参数 3~18 60 单位 V mA V CC 5~16 10 电源电流 阈值电压 I CC VTH g A V I CC VTH % VCC 触发电压 V TR V V IOMAX fMAX % VDD % VDD 0.1 14.8 < 200 > 500 V V V mA KHz nS 触发电压 输岀低电平 输岀高电平 最大输岀电流 最高振荡频率 时间误差 V TR VOL V V V mA KHz nS 巧V CC 输岀低电平 1 13.3 < 200 最高振荡频率 < 300 < 5 时间误差 △ t 输岀高电平 最大输岀电流 V OH IOMAX fMAX △ t ① VTH 即 V\" ,VTR 即 Vj2

(b) CMOS型7555的主要性能参数

是555， CMOS型产品型号的最后四位数都是

7555.它们的逻辑功能和外部引线排列完全相

同。器件电源电压推荐为 4. 5〜12V，最大输出电流200mA以内，并能与TTL、CMOS逻 辑电平相兼容。其主要参数见表

8.1 o

8.1和图8.2所示。

555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图

8

4

VCC Rd

£

7

c c V

,Dis

Ri

555

Q

3

2

-------- <3 6

TR

5

Vco

,TH G

1

（a） 555的逻辑符号

VCC Dis TH Vco

（b） 555的引脚排列

图8.1

555定时器内部结构

图8.2 555定时器逻辑符 号和引脚

引脚功能：

Vii（ TH）:高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为 Vi2（ TR ）:低电平触发端，简称低触发端，标志为 TR。 Vco:控制电压端。 Vo：输出端。 Dis：放电端。 Rd :复位端。

555定时器内含一个由三个阻值相同的电阻 个基准电压；两个电压比较器

R组成的分压网络，产生13 VCC和23VCC两

TH。

Ci、C2； —个由与非门 Gi、G2组成的基本RS触发器（低电

平触发）；放电三极管T和输出反相缓冲器 G3。

Rd是复位端，低电平有效。复位后 冲器后，输出为0 （低电平）。

分析图8.1的电路：在555定时器的Vcc端和地之间加上电压，并让 Vco悬空，则 比较器

C1的同相输入端接参考电压 23Vcc，比较器C2反相输入端接参考电压 13 Vcc，为了 学习方便，我们规定：

当TH端的电压>23VCC时，写为VTH=1，当TH端的电压<23Vcc时，写为VTH=0。 当TR端的电压'.^Vcc时，写为VTR=1，当TR端的电压v.^Vcc时，写为VTR=0。

① 低触发：当输入电压 Vizv^Vcc且Vi1< 23 Vcc时，VTR=0, VTH=0，比较器C2输出 为低电平，C1输出为高电平，基本 RS触发器的输入端S=0、R=1，使Q= 1, Q = 0,经 输出反相缓冲器后，V°= 1 , T截止。这时称555定时器“低触发”；

② 保持：若 Vi2> 13 Vcc 且 Vi1<23Vcc，则 VTR=1 , VTH=0 , S = R=1，基本 RS 触发器

，基本RS触发器的Q端为1 （高电平），经反相缓

保持，VO和T状态不变，这时称 555定时器“保持” ”

③ 高触发：若Vii>23Vcc，则VTH=1，比较器Ci输出为低电平，无论 C2输出何种电 平，基本RS触发器因R=0，使Q = 1,经输出反相缓冲器后， 定时器“高触发”。

V°= 0; T导通。这时称555

VTH、VTR的“ 0”、“1”）必须牢牢掌握。

Vco为控制电压端，在 Vco端加入电 压，可改变两比较器

C2的参考电压。

TH 输 入 Rd TR 输 岀 VO Dis 正常工作时，要在 VCO和地之间接0 • 01 卩F （电容量标记为

103）电容。放电管

X V% Vcc <%VCC X <% Vcc >% Vcc L L 导通 Ti的输出端Dis为集电极开路输出。555 定时器的控制功能说明见表

8.2。

H H H 不变 截止 不变 根据555定时器的控制功能，可以制 成各种不同的脉冲信号产生与处理电路电 路，例如，史密特触发器、单稳态触发器、 自激多谐振荡器等。

2 •史密特触发器

>%Vcc X H L 导通

由555定时器组成的史密特触发器见图

555定时器的“低触发”、“高触发”和“保持”三种基本状态和进入状态的条件（即

数字电路中用于脉冲信号的整形。 当输入Vi是不规则信号时，经史密特触发器处理 后，输出为规则的方波；将史密特触发器用于数据通讯电路中，具有一定的抗干扰能力。

在图8.4 （a）电路中，若 Vi端（即555的2、6脚）输入三角波（或正弦波）及其它 不规则的波形，则在输出端 VO （3脚）输出幅值恒定的方波。史密特触发器是一种具有双 阈值（VT +、VT—）的比较器电路，（如果在VCO端接入RW，则可调节阈值）。

工作原理：在不接入 RW时，VT+ =23VCC , VT—= 13VCC。因为Vi端与TH和TR端连接, 所以：V[=VTH=VTR。由表8.2分析可知：

①

Vi

表8.2 555定时器控制功能表

< V T时

—

，V

TH = 0, V TR = 0 , 555定时器“低触发” ，VO为咼电平。

② VT- < Vi < VT +时，VTH=0, VTR=1 , 555 定时器“保持”，VO保持。 ③ Vi > VT +时，VTH = 1 , VTR = 1 , 555定时器“高触发” ，VO为低电平。

8.4 （虚线框中电位器 RW用来调节阈值）；在

VCC

R

Vi

+5V

t ,Vc C 103

nR

I 10K

Vo

尖脉

Vo 厂 < t ------------------ （b）波形图

图8.5微分电路

（a）单稳态触发器电路

—Tw—„ t

图8.6单稳态触发器电路与波形图

3 •单稳态触发器

图8.6所示为单稳态触发器的电路和波形图。

单稳态触发器在数字电路中常用于规整信

号的脉冲宽度（TW）:将脉宽不一致的信号输入单稳态触发器后，可输出脉宽一致的脉冲信 号。另外，单稳态触发器也常用于

定时器电路中，调整RC的值可以得到不同的定时值。

单稳态触发器采用电阻、电容组成

RC定时电路，用于调节输出信号的脉冲宽度

TW。

在图8.6（ a）的电路中，Vi接555定时器的TR端，其工作原理如下：

① 稳态（触发前）：Vi为高电平时，VTR=1，输出VO为低电平，放电管 T导通，定时 电容器C上的电压（6、7脚电压）Vc = VTH = 0，555定时器工作在“保持”态。

② 触发：在Vi端输入低电平信号，555定时器的TR端为低电平，电路被“低触发”， Q端输出高电平信号，同时，放电管 T截止，定时电容器 C经（R+RW）充电，Vc逐渐升 高。电路进入暂稳态。在暂稳态中，如果Vi恢复为高电平（VTR=1），但VC充电尚未达到23 VCC 时（VTH=0），555定时器工作在保持状态， VO为高电平，T截止，电容器继续充电。

③ 恢复稳态：经过一定时间后，电容器充电至

Vc

略大于23 VCC，因VTH>23VCC 使

555定时器“高触发” ，VO跳转为低电平，放电管 T导通，电容器经 T放电，Vc迅速降为 0V，这时，VTR=1，VTH=0， 555定时器恢复“保持”态。

④ 高电平脉冲的 脉宽TW :当VO输出高电平时，放电管 T截止，电容器开始充电， 在电容器上的电压<23VCC这段时间，VO —直是高电平。因此，脉冲宽度即是由电容器 C

开始充电至Vc= 23 Vcc的这段暂稳态时间。

脉冲宽度计算公式：

Tw - 1.1

⑤ 图8.5为产生窄负脉冲用的“微分电路” （R+RW）C。

，原理后附。

4•自激多谐振荡器

图8.7所示为自激多谐振荡器电路和波形图。

自激多谐振荡器用于产生连续的脉冲信

RW或电容

号。电路采用电阻、电容组成 RC定时电路，用于设定脉冲的周期和宽度。调节 C,可得到不同的时间常数；还可产生周期和脉宽可变的方波输出。

脉冲宽度计算公式： Tw& 0. 7 (R什RW+R2)C

振荡周期计算公式：T & 0.7 (RI+RW+2R0 C

(a)自激多谐振荡器电路

(b)振荡波形

图8.7自激多谐振荡器电路和波形图

分析方法与单稳态电路相似，但电容器 C的充电电阻是 R1+RW+R2，放电电阻是R2。

当Vc是低电平时，555定时器低触发，V。为高电平，放电管T截止，电容器经(R1+RW+R2 ) 充电，当充电至 VC=VTH>23VCC时，电路高触发，输出V。变为低电平，放电管 T导通，电 容器经R2放电，当放电至 VC=VTR<13VCC时，电路又进入 低触发，V。变为高电平，如此周 而复始，循环不止，输出连续脉冲信号。 四、实验内容及步骤

将555定时器插入实验箱中(注意器件方向) 进行。

1史密特触发器

① 对照图8.4 (a)接线。其中555定时器的2和6脚接在一起为 Vi , 3脚V。接状态 灯，用来监视V。状态。

② 用实验箱中的100K电位器按图8.3接线，组成一个直流信号源， Vi端连接，Vcc接+ 5V。用数字万用表监测 Vi的电压。

③ 检查接线无误后，接通电源，旋转电位器改变直流输入信号

Vi的电压值，观察状态

与单稳态触发器的

，电源电压Vcc = + 5V。然后按以下步骤

灯的亮、灭情况，在状态灯亮、灭的临界点十分缓慢地旋转电位器，仔细、反复进行几次，

找出使状态灯亮、灭对应的 Vi电压准确值，判断VTHI、VTH2。记录结果。

2 •单稳态触发器

按图8.6 (a)接线，组成单稳态触发器。由于该电路

V端输入信号的脉宽必须小于输

出脉冲V。的脉宽(即需要窄脉冲触发)才能定时准确，因此当使用方波信号作为输入信号 时，必须经“微分电路”变为窄脉冲。按图

8.5接线，组成微分电路。将实验箱的“单次正

脉冲信号”经微分电路接 Vi，输出VO接状态灯。

① 调节Rw为最大值100K Q输入单次脉冲一次，观察状态灯亮的时间。调节 再进行输入Vi的操作，观察状态灯亮时间。实验者更换定时电容 操作，观察输出 V。的延时情况。

② 调节连续脉冲发生器(Pules In put)产生500Hz方波信号，并经微分电路接单稳态 触发器的Vi端。用示波器 丫！观测Vi , 丫2分别观测Vo和Vc ,记录波形。

3 •多谐振荡器

按对照图8.5 (a)接线，输出端V。接状态灯和示波器， 并把10卩F电容C接入电路中。 ① 接线完毕，检查无误后，接通电源， 调节RW的值，记录现象。

③ 改变电容C的数值为0.01 F (即103pF),再调节RW，用示波器观察输出波形的 变化，记录RW=0和RW=100K时的Vc、VO波形、脉宽及频率。 五、 预习要求

1 .复习555定时器的结构和工作原理，写出低触发、保持和高触发的输入条件。 2•计算实验电路中 555单稳态触发器和多谐振荡器的 (设 C=0.01 卩 F, RW=0 和 RW=100K 两种情况)。

3.掌握555定时器的管脚排列。 六、 实验报告要求

1 •整理实验线路，画出各种实验波形。

2 •分析理论计算值和实际测得值的误差为多少，

RC值与脉冲波形的关系理论值

555定时器工作。这时可看到状态灯间歇闪亮。

RW,

C为10卩F,再进行上述

附：微分电路工作原理：

图8.5所示RC网络在电子电路中有两种作用：“耦合”与“微 分”。该电路的时间常数为：T =RC (秒)。当输入信号的脉宽(TW) 远小于T时，RC电路起耦合作用，VO波形与Vj相差不大，见附 图1 (a);但当输入信号脉宽较宽时，由于 平顶降落(S )较大， 使输出信号脉宽变窄，RC电路对输出信号起微分作用，

尖脉冲，见附图1 (b )。平顶段的计算公式：

TW

Vi 1 Vo

hum，

(a)窄脉冲输入、输出波形

VO变为

u。ti=Ui e五；式中 TW为脉冲宽度。由式中可以看出，当

(b)宽脉冲输入、输出波形

附图1 RC电路的耦合 和微分作用

T

TW<f 1, u°（t）疋Ui ；而TW越大，则e卫C越小，u°（t）越小。 RC

TW

TW

本次实验中，当 R=10K , C=0.01卩F时，

103 0.01 10- =1 104 =0.1mS

而500Hz的方波信号脉宽为 TW =0.5 500^1mS

1

TW>> T ,满足微分电路的要求，能够将方波变为尖脉冲。精确的脉宽可由公式计算得出。

555电路在应用和工作方式上一般可归纳为 作方式又有很多个不同的电路。

3类。每类工

在实际应用中，除了单一品种的电路外，还可组合出很 多不同电路，如：多个单稳、多个双稳、单稳和无稳，双稳和 无稳的组合等。这样一来，电路变的更加复杂。为了便于我们 分析和识别电路，更好的理解 555电路，这里我们这里按 555 电路的结构特点进行分类

和归纳，把555电路分为3大类、8种、共18个单元电路。每个电路除画出它的标准图型， 指出他们的结构特点或识别方法外，

还给出了计算公式和他们的用途。

方便大家识别、分析

555电路。下面将分别介绍这 3类电路。

单稳类电路

第1种（图1）是人工启动单稳，又因为定时电阻定时电容位置不同而分为 “ RT-6.2-CT ”和“ CT-6.2-RT”。

* L 1.1人工启动单稳

2个不同的

单元，并分别以 1.1.1和1.1.2为代号。他们的输入端的形式，也就是电路的结构特点是：

1） 特点：RT-6.2-CT,人 工.吕动1 vn-n ,稳芒： vo-1 ,暂穩态（td） n 2） 公式：Tl=l 1RT+CT 3） 用途:走时，延时・

1）修点：CT-&. 2-RL A 工启动> VO=1 穗态； vom普躊态（tdJ・ 2 ）公式：Td=i. 1RT+CT 3）用途:走时-延

时.

第2种（图2）是脉冲启动型单稳，也可以分为 2个不同的单元。他们的输入特点都是 “RT-7.6-CT”，都是从2端输入。1.2.1电路的2端不带任何元件，具有最简单的形式；1.2.2 电路则带有一个RC微分电路。

1）特点：HRT-T. B-CT1' 2 症输腹.外脉冲启动输入 带EC微分电踣・

2 ）金式:Td=l IH*CT

3 ）用谨：定（庭）孤消 抖勖、归（倍）频，歸沖 输出、J C速率等检測.

1） 特点:-1KT-7.6-CT\"e 端辅入-外關冲启动或人 工启动° 2） 掘式:Td=l. 1RT+CT 孑）用途：定（延）町、殖 抖动、分（倍.频 输出、L, U連率等检涮°

冲整形.

双稳类电路

这里我们将对555双稳电路工作方式进行总结、归纳。

555双稳电路可分成 2种。

第一种（见图1）是触发电路，有双端输入（2.1.1）和单端输入（2.1.2）2个单元。单 端比较器（2.1.2）可以是6端固定，2段输入；也可是 2端固定，6端输入。

* 2. 1.1 R-S *2.1.2单谛比较霁

1 J J 1 2 _3 1）特点：有诙£两亍樹 A J

WWuA阀佢电j£ 不同』输入无c・

3用塗：比较器，电子 开

关「检癫电歸，家 电控制器等°

3） |f：取限比较器、

蒔点一端固定输无入用鮎同輸别名检较AIC.11LL / 第2种（见图2）是施密特触发电路，有最简单形式的（ 2.2.1 ）和输入端电阻调整偏置

或在控制端（5）加控制电压 VCT以改变阀值电压的（2.2.2）共2个单元电路。

* 2.= 1施巻特鮭发器 *222阀匱电压可调的施密特融发器 1 ＞特点：6 2城短接作辂

入，输入无G有滞后 电压AYTo 2） 用邂：堪孑幵关、监控

告警、脉冲整飛等. 3） A名：滞后比较器、反 相比蛟豁°

门特点：S2端短接柞输 A，吏化肮、R2餉值 或改麦VtT以调整闵值 2

方濾输出、M

V&

双稳电路的输入端的输入电压端一般没有定时电阻和定时电容。 这是双稳工作方式的结构特

点。222单元电路中的C1只起耦合作用，R1和R2起直流偏置作用。

第3种（图3）是压控振荡器。单稳型压控振荡器电路有很多，都比较复杂。为简单起

见，我们只把它分为 2个不同单元。不带任何辅助器件的电路为 1.3.1;使用晶体管、运放 \"c ci； 放大器等辅助器件的电路为 1.3.2。图中列出了 2个常用电路。

L 3.2 帧型VCD

14.2单穂里VTD

1）恃点；“RT-r 6-CT” « 2皓输£电谐制鵬中，5端加 调制\"号氏t・

\"用逢:飓调制、压频 变化、A/E娈换等°

3 ） SlJ£ : P1M

门特腔\"Kr-T&cr 轴入带VT1 ＞运啟错南 助器件°

2〉重途：同131 3 ） S!kE : VTC

无稳类电路

第三类是无稳工作方式。无稳电路就是多谐振荡电路，是555电路中应用最广的一类。电路 的变化形

I ）特点:Lt7-EB-&. A J , T与

VO相联 公式；T1=T2=0.693RAC

oVCC

1）特点:\"RA-S. 2-C\" 肚与VD

相瘗。

公式:Tl=T2=0.693RAC T=0.722/RA*匚

3）用途：方波输出，音响

告警，电澹吏换等

C

6 5 1 5 -S 4 5 5 VO

T=0 T22/RA*C

3 式也最多。为简单起见，也把它分为三种。

第一种（见图1）是直接反馈型，振荡电阻是连在输出端

VO的。

第二种（见图2）是间接反馈型，振荡电阻是连在电源 VCC上的。其中第1个单元电路（3.2.1） 是应用最广的。第 2个单元电路（3.2.2）是方波振荡电路。第 可调的脉冲振荡电路，功能相同而电路结构略有不同，因此分别以

3、4个单元电路都是占空比

3.2.3a和3.2.3b的代号。

養忙色邑丄间接股惯型无稳

特.点：*LRA-7-KB-&. 2-C,r RA占VC匚相连°

公式：

t

T 1=0.69^0^+113）*^ T羽D.&9GKB*匚

F=1 443/ 01A+2M）*C

3）ffl途：豚冲输出、音呃告警、 家

电揑制、电子玩具、检渕股 S.电渭变换、定时曙尊

1）特点：uRA-7-EB-6 2-C1* 阴 写

VC匚相连，切与阳并联. 公式： Tl=0. 693RX*匚 T2=0.B93EB*C

时T1=T2

F=0. 722/ i（RA*C）

3）用煌：芳破轿出、音响告警 -冢

电控制、検测仗器定时 器等.

V

C

— 1）特点：T端和庄滿上下为 VCC E和「中间有翻號并联口

RA=R1+RA' 1） 特

RB=E2+RF 点；T一 公式： 端联.Tl=0.S93RA#C 喘上T2=0. S93RB*C 下岗 F=i 443/（M+EB>C

R^C I3）用途:同3 2 1

中间有C Cj

RffiKgl 2

------------ fr-

F并

第三种（见图3）是压控振荡器。由于电路变化形式很复杂，为简单起见，只分成最简单的形 式（3.3.1）和带辅助器件的（332）两个单元。图中举了两个应用实例。

3 3 1无稳型YCCI

无稳电路的输入端一般都有两个振荡电阻和一个振荡电容。 只有一个振荡电阻的可以认为是

1）特点：HM-7-6.2-Cv

—& 2端力瞄入信号VI或控 制-电圧信号vcc 1 ）特右、:<+RA-7-M-6. 2-C!, 轴VCT. 公式： 入有也运放等辅助器

FO=1. W/ U*+2EB）*C 7H公式： fO=l. 443/（U+2RB）

—3）用途：脈宽调制电压频

D更换、A/D变换等.

3）用逮#C

:同3. 3. I

图3

特例。例如：3.1.2单元可以认为是省略 RA的结果。有时会遇上 762三端并联，只有一个 电阻RA的无稳电路，这时可把它看成是

3.2.1单元电路省掉 RB后的变形。

以上归纳了 555的3类8种18个单元电路，虽然它们不可能包罗所有 555应用电路，古

话讲：万变不离其中，相信它对我们理解大多数

555电路还是很有帮助的。