NE555时基集成电路的创新应用研究

NE555时基集成电路的创新应用研究

王若麟，邱宗毓，符俊虎，李麒，王艺凯，郑培远，刘世源

（平顶山一中）

摘要：NE555是555计时芯片中应用较广的一个型号，具有双稳态、单稳态、无稳态三种电路组织形式，工作电压范围达4.5~16V，输出电流最大可达225mA，工作频率范围宽，具有较好的兼容性。其双稳态电路可用于电子开关等，单稳态电路可用于定时器、延时器、分频器等，无稳态电路可用于逆变器、音频振荡器、PWM调压输出等。关键词：NE555集成电路；R-S触发器；单稳态定时器；PWM调压输出；多谐振荡器

1 绪论

1.1 NE555简介

NE555是属于555系列的计时芯片中的一个型号，输入电压范围4.5~16V，输出电流最大225mA，只需简单的电容器、电阻与其配合，便可构成双稳态、单稳态、无稳态三大类电路，完成特定的振荡、锁存或延时作用，且定时范围极广，可由数微秒至数小时。它的操作电源范围大，可与TTL,CMOS 等逻辑芯片配合，并且输出电流大，可直接推动多种负载。DIP封装的NE555的芯片引脚图和内部结构图如下所示

图1.1-1 DIP封装NE555引脚图1

图1.1-2 NE555内部结构示意图1

555定时器典型应用有单稳态电路、双稳态电路、无稳态电路三种。单稳态电路只有一个稳定状态，触发翻转一段时间后会回到原来的稳定状态，一般用作定时、分频或固定宽度脉冲整形，分为人工启动型、脉冲启动型、压控振荡器三种类型。双稳态电路有两个稳定状态，具有记忆和锁存的功能，有R-S触发器和施密特触发器两种形式，R-S型可用于电子开关等，施密特触发器可用于波形变换、电压鉴别。无稳态电路主要是多谐振荡器，可分为直接反馈型、间接反馈型和压控振荡型，

用于电源逆变、音频信号发生和获得PWM调压输出。【1】

2 NE555的引脚位和逻辑特性

2.1 NE555各引脚位

2.1.1引脚号1 GND(ground)

第一脚GND是接地端，与电源负极和电路的虚拟地相连，是电源、输入信号和输出信号的公共端。

2.1.2引脚号2 TRI(trigger)

第二脚TRI是触发输入端，在控制端CON未加电压时，输入电压小于三分之一电源电压为低电平，否则为高电平。

2.1.3引脚号3 OUT

第三脚OUT是输出端，当输入端逻辑符合低电平输出时，输出接近0V的电压；当输入端符合高电平输出时，输出接近电源的电压。

2.1.4引脚号4 RST(reset)

第四脚RST是复位端，当其电位低于0.4V时，无论输入端状态如何，OUT输出低电平，DIS

输出低阻抗；反之按照输入的逻辑电平输出。

2.1.5引脚号5 CON(control)

第五脚CON是控制端，当其悬空或者通过电容器接到电源负极时，其电位由内部的分压电阻提供，是三分之二电源电压，对内部比较器不起控制作用；当其加上Vcon的控制电压时，改变内部比较器的比较电平，触发输入端TRI的低电平阈值变为Vcon/2，阈值输入端THR的高电平阈值变为Vcon。

2.1.6 引脚号6 THR(threshold)

第六脚THR是阈值输入端，与第二脚TRI配合输入信号，可用于锁存NE555的输出状态，控制极未加控制电压时电压高于三分之二电源电压为高电平输入，反之为低电平。THR为低电平且TRI为高电平时，输出端保持上一次的输出状态不变。

2.1.7 引脚号7 DIS(discharge)

第七脚DIS是放电端，其状态与输出端OUT的状态同步：OUT输出高电平时DIS为高阻抗输出，OUT为低电平时DIS为低阻抗输出。所谓高阻抗输出相当于该脚悬空，低阻抗输出相当于该脚接地。该脚可控制定时电容的充放电过程，故名放电端。

2.1.8 引脚号8 Vcc

第八脚Vcc是电源端，为NE555芯片工作提供电源，典型范围为4.5~16V。

2.2 NE555的逻辑特性与真值表

NE555的逻辑电平兼容CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)的电平协议和TTL(Transistor-Transistor Logic，晶体管-晶体管逻辑电平)的电平协议，并且兼具数字电路和模拟电路的特点，因此对于各种电路结构有较强的适应性。其逻辑特性用以下的真值表概括。

表2.2-1 NE555真值表

注：H高电平 L低电平 X任意输入 R高阻抗输出 S低阻抗输出 Q保持原状态 A悬空输入或电容到地其各脚的电平特性见2.1部分。

3 NE555的常见电路形式

3.1 NE555双稳态电路

3.1.1 R-S触发器

R-S触发器是NE555最基本的电路组构形式，典型电路图如下

图3.1-1 NE555 R-S触发器2

电路的DIS未用，THR引出作为R-S触发器的复位输入端R，TRI引出作为置位输入端，但TRI 的逻辑与标准R-S触发器的相反，因此用“非S”（¬S）表示。当¬S端为“0”时，Q端输出“1”。当¬S端为“1”时，若R端为“0”则保持上一次的输出状态不变，称为锁存；若R端为“1”则输出“0”。CON端未加控制电压，通过电容引到地以滤除杂波干扰，电容的典型值为10nF。

据此电路，可以进行改动得到更多基于此原理的双稳态触发器电路，如下两例

图3.1-2 具有复位端的NE555 R-S触发器2图3.1-3 可调控制电压的单端比较器（基于NE555 R-S触发器）2 3.1.2 施密特触发器

施密特触发器(Schmidt Trigger)也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阈值电压。【2】采用NE555可方便地构建施密特触发器，电路图如下

图3.1-4 NE555施密特触发器2