555定时器的基本特性和用法

555定时器的基本特性和用法

【摘要】

简要说明555 定时器的内部电路结构及功能，对555 定时器接成的施密特触发器、单稳态触发器、多谐振荡器三种典型电路进行了详细的分析。

【关键词】555 定时器；施密特触发器；单稳态触发器；多谐振荡器；

1 前言

555 定时器是美国Signetics 公司1972 年研制的用于取代机械式定时器的中规模集成电路，因设计时输入端有三个5KΩ的电阻而得名。555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的集成器件。目前品种繁多，主要有TTL 和CMOS两大类型，它们的电路结构和工作原理基本相同。TTL 型（以5G555 为代表）驱动能力较强，电源电压范围为5~16V，最大负载电流可达200mA；而CMOS 型（以CC7555 为代表）则具有功耗低、输入电阻高等优点，电源电压范围为3~18V，最大负载电流在20mA 以下。产品型号尾数为555 的是TTL 型单定时器，双定时器为556；型号尾数为7555 的是CMOS 型单定时器，双定时器为7556。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以方便实现多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器等脉冲产生与变换电路。由于使用灵活，方便，所以555定时器在波形的产生与变化，测量与控制，家用电器，电子玩具等许多领域中得到了应用。

2 555定时器的电路结构与基本特性

2.1电路组成

图1是国产双极型定时器CB555的电路结构图。它由比较器C1和C2，SR锁存器和集电极开路的放电三极管VT三部分组成。为了提高电路的带负载能力，还在输出端设置了缓冲器G4。

①电阻分压器

由3个阻值均为5kΩ的电阻串联构成分压器，为电压比较器C1和C2提供参考电压U R1、U R2。

②电压比较器C1和C2

电压比较器C1和C2是两个结构完全相同的理想运算放大器。当运算放大器的同相输入U+大于反相输入U-时，其输出为高电平1信号；而当U+小于U-时，其输出为低电平0信号。

比较器C1的同相输入端接参考电压U R1，反相输入端与阈值输入端TH相连，其输出端R的状态取决于阈值输入信号U TH与U R1的比较结果。

当UR1＞U TH时，输出R为高电平1；当UR1＜U TH时，输出R为低电平0。

比较器C2的同相输入端与触发输入端相连，反相输入端接参考电压U R2，其输出端S 的状态取决于触发输入信号U TR与U R2的比较结果。

当U TR＞U R2时，输出S为高电平1；U TR＜U R2时，输出S为低电平0。

③基本R-S锁存器

两个与非门G1和G2构成了R-S锁存器，这个锁存器是以低电平作为输入信号的。锁存器输入信号R、S为比较器C1、C2的输出，并且用S和R分别表示置1输入端和置0输入端。锁存器Q端状态与电路输出端OUT的状态一致，锁存器Q端状态影响着放电三极管T

的导通与截止。当外部复位信号R’为0(低电平)时，可使Uo=0，定时器输出直接复位。

S-R锁存器的功能表如下

由于S=R=0时出现非定义的Q=Q*=1，所以在正常工作时应当使S’* R’=0。

④放电三极管VT

放电三极管VT构成泄放电路，VT的集电极用输出端D表示。如果将D端经过一个外接电阻接至电源，即可组成一个反相器。当Q=0时，T导通，D端输出为低电平0；当Q=1时，VT截止，D端输出为高电平1。可见，D端的逻辑状态与输出端OUT的状态相同。

⑤输出缓冲器

输出缓冲器G3的作用是提高负载能力，并隔离负载对定时器的影响。

2.2工作原理

6端口是比较器C1的输入端，2端口是比较器C2的输入端。C1和C2的参考电压U R1和U R2由Vcc经三个5K电阻分压给出。在控制电压输入端co悬空时，U R1=2/3Vcc, U R2=1/3Vcc。如果co外接固定电压，则UR1=Uco,UR2=1/2Uco。

为了防止干扰，当不外加控制电压时，CO端一般通过一个小电容(如0.01μF)接地，以旁路高频干扰。

R’是置零输入端。只要在R’端加上低电平，输出端便立即被置成低电平，不受其他输入端状态的影响。正常工作时必须使R’处于高电平。

由图1得到了CB555的功能表

TH接至反相输入端，当TH＞U R1时，U C1输出低电平，使触发器置0，故称为高触发端（有效时置0）；

TR接至同相输入端，当TR＜U R2时，U C2输出低电平，使触发器置1，故称为低触发端（有效时置1）。

3555定时器的用法

可以设想，如果使U C1和U C2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TR’加入一个低电平触发信号以后，经过一定的时间能在U C1输入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U C1和U C2的低电平信号交替地反复出现，就可以得到多谐振荡器。

3.1555定时器接成的单稳态触发器

1 电路结构

若以555定时器的TR’端作为触发信号的输入端，并将由VT和R组成的反相器输出电压D端接至TH端，同时在TH对地接入电容C，就构成了如图2所示的单稳态触发器。

图2

2 工作原理

触发信号v I是一负脉冲。当触发脉冲尚未输入时，v I为高电平且v I>1/3V CC，比较器C2的输出为1。若，则晶体管T饱和导通，电容C通过T放电，直至当U C<2/3V CC 时，比较器C1输出为1，触发器状态不变；若，则晶体管VT截止，电容C 充电，当U C>2/3Vcc时，C1输出为0，使RS 触发器翻转成。一旦RS 触发器翻转成0状态，若无外触发脉冲则状态一直保持。所以在触发负脉冲v I到来前，Q=0、

输出v0为零，是稳定状态。

若在t1时输入幅值低于1/3V CC的触发负脉冲，则C2的输出为0，将RS 触发器置1，U0由0变为1，电路开始进入暂稳状态。此时晶体管VT由于=0而截止，电源对电容C

充电。即使在t2时刻触发负脉冲已消失，C2的输出变为1，但为低电平有效，故电源对电容 C 的充电继续进行。直到t3时U C=2/3Vcc时，C1的输出为0，才使触发器翻转到稳定状态。此后电容C 迅速放电。可见，Q =1、输出U0为高电平，是暂稳状态。