555定时器的电路结构与功能

一、555定时器的电路结构与功能
555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路,利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。

由于使用灵活、方便，所以555定时器在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了应用。

图6.25是国产双极性定时器CB555的电路结构图。

它由比较器C1 和C2 、基本RS触发器和集电极开路的放电三极管三部分组成。

图6.25 CB555的电路结构图
：比较器C1 的输入端（也称阈值端，用TH标注）
：比较器C2 的输入端（也称触发端，用标注）
C 和C 的参考电压（电压比较的基准）和由V 经三个5kΩ电阻分压给出。

(在控制电压输入端悬空时，，。

如
果外接固定电压，则 )
是置零输入端，则输出端，不受其他输入状态的影响。

正常
工作时必须使。

图中的数码1～8为器件引脚的编号。

通过分析可以得到如下所示的CB555的功能表。

CB555的功能表
低
低
不变
高
高
为了提高电路的带负载能力，还在输出端设置了缓冲器G4 。

如果将端经过
电阻接到电源上，那么只要这个电阻的阻值足够大，为高电平时也一定
为高电平，为低电平时也一定为低电平。

555定时器能在很宽的电源电压范围内工作，并可承受较大的负载电流。

双极性555定时器的电源电压范围为5～16 V，最大的负载电流达200mA。

CMOS型7555定时器的电源电压范围为3～18 V，但最大负载电流在4mA以下。

可以设想，如果使和的低电平信号发生在输入电压信号的不同电平，那么输出与输入之间的关系将为施密特触发特性；如果在加上一个低电平触发信号以后，经过一定的时间能在端自动产生一个低电平信号，就可以得到单
稳态触发器；如果能使和的低电平信号交替地反复出现，就可以得到多谐振荡器。

二、用555定时器接成的施密特触发器
将555定时器的阈值输入端和触发输入端连在一起，便构成了施密特触发器，如下图。

图6.26 用555定时器接成的施密特触发器图6.27 图6.26的电压传输特性
当输入如图6.27所示的三角波信号时，则从施密特触发器的端可得到方波输出。

如将图中5脚外界控制电压 ,改变的大小，可以调节回差电压范围。

如
果在555定时器的放电BJT输出端（7脚）外接一电阻，并与另一电源相连，则由输出的信号可实现电平转换。

三、用555定时器接成的单稳态触发器
由555构成的单稳态触发器及工作波形如下图所示。

图6.28 用555定时器接成的单稳态触发器图6.29 图6.28电路的电压波形图电源接通瞬间，电路有一个稳定的过程，即电源通过电阻R向电容C充电，
当上升到时，触发器复位，为低电平，放电BJT T导通，电容C
放电，电路进入稳定状态。

若触发输入端施加触发信号（），触发
器发生翻转，电路进入暂稳态，输出高电平，且BJT T截止。

此后电容C充
电至 = 时，电路又发生翻转，为低电平，T导通，电容C放电，
电路恢复至稳定状态。

如果忽略T的饱和压降，则从零电平上升
到的时间，即为输出电压的脉宽：=RCln3≈1.1RC
这种电路产生的脉冲宽度可从几个微秒到数分钟，精度可达0.1%。

通常R的取值在几百欧姆之间，电容取值为几百皮法到几百微法。

由图6.28可知，如果在电路的暂稳态持续时间内，加入新的触发脉冲，如图6.29中的虚线所示，
则该脉冲不起作用，电路为不可重复触发单稳。

由555定时器构成的可重复单稳电路如下图所示。

(a)电路图 (b) 工作波形
图6.30 由555定时器构成的可重复触发单稳电路
当输入负向脉冲后，电路进入暂稳态，同时BJT T导通，电容C放电。

输入
脉冲撤出后，电容C充电，在未冲到之前，电路处于暂稳态。

如果在此期间又加入新的触发脉冲，BJT T又导通，电容C在此放电，输出仍然维持
在暂稳态。

只有在触发脉冲撤出后且在输出脉宽时间间隔内没有新的出发脉冲，电路才返回到稳定状态。

这种电路可作为失落脉冲检出电路，对机器的转速或人体的心率进行监视，当机器转速降到一定限度或人体的心率不齐时就发出报警信号。

如果在控制电压端（5脚）施加一个变化电压，又555构成的单稳态电路可作为脉冲宽度调制器，如图6.31所示。

(a)逻辑图 (b)波形图
图6.31 脉冲宽度调制器
当控制电压升高时，电路的阈值电压也升高，输出的脉冲宽度随之增加；而当控制电压降低时，电路的阈值电压也降低，单稳的输出脉宽则随之减小。

因此，若控制电压如图b所示的三角波时，在单稳的输出端便得到一串随控制电压变化的
脉冲宽度调制波。

从与
波形关系可看出，该电路可实现电压—频率转换。

四、555定时器接成的多谐振荡器
由555定时器构成的多谐振荡器及其工作波形如图6.32所示。

接通电源后，电容
C被放电，上升，当上升到时，触发器被复位，同时放电BJT T
导通，此时为低电平，电容C通过和T放电，使下降。

当下降
到时，触发器又被置位，翻转为高电平。

电容器C放电所需的时间为
当C放电结束时，T截至，将通过向电容器C充
电，由上升到所需的时间为
当上升到时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，其频率为
由于555内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。

(a)电路图 (b)工作波形
图6.32 由555定时器构成的多谐振荡器
图6.32所示电路 ,而且占控比固定不变。

如果将电路改成如图6.33所示的形式，
图 6.33 占空比可调的方波发生器
电路利用单向导电性将电容器C充、放回路分开，再加上电位器调节，
便构成了占控比可调的多谐振荡器。

图中，通过向电容C充电，充电时间为
电容器C通过及555中的BJT T放电，放电时间为
因而，振荡频率为
可见，这种振荡器输出波形的占控比为
q(%)=
注：上面仅讨论了由555定时器组成的单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器，实际上，由于555定时器的比较器灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活，因而在电子电路中获得广泛应用。