一、555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與功能
555定時(shí)器是一種多用途的數(shù)字-模擬混合集成電路,利用它能極方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活、方便，所以555定時(shí)器在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用。
圖6.25是國(guó)產(chǎn)雙極性定時(shí)器CB555的電路結(jié)構(gòu)圖。它由比較器C1 和C2 、基本RS觸發(fā)器和集電極開(kāi)路的放電三極管 
三部分組成。
圖6.25 CB555的電路結(jié)構(gòu)圖
：比較器C1 的輸入端（也稱閾值端，用TH標(biāo)注）
：比較器C2 的輸入端（也稱觸發(fā)端，用 
標(biāo)注）
C 
和C 
的參考電壓（電壓比較的基準(zhǔn)） 
和 
由V 
經(jīng)三個(gè)5kΩ電阻分壓給出。(在控制電壓輸入端 
懸空時(shí)， 
， 
。如果 
外接固定電壓，則 
)
是置零輸入端， 
則輸出端 
，不受其他輸入狀態(tài)的影響。正常工作時(shí)必須使 
。圖中的數(shù)碼1～8為器件引腳的編號(hào)。通過(guò)分析可以得到如下所示的CB555的功能表。
CB555的功能表
|
輸入 |
輸出 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
低 |
導(dǎo)通 |
|
1 |
|
|
低 |
導(dǎo)通 |
|
1 |
|
|
不變 |
不變 |
|
1 |
|
|
高 |
截止 |
|
1 |
|
|
高 |
截止 |
為了提高電路的帶負(fù)載能力，還在輸出端設(shè)置了緩沖器G4 。 如果將 
端經(jīng)過(guò)電阻接到電源上，那么只要這個(gè)電阻的阻值足夠大， 
為高電平時(shí) 
也一定為高電平， 
為低電平時(shí) 
也一定為低電平。555定時(shí)器能在很寬的電源電壓范圍內(nèi)工作，并可承受較大的負(fù)載電流。雙極性555定時(shí)器的電源電壓范圍為5～16 V，最大的負(fù)載電流達(dá)200mA。CMOS型7555定時(shí)器的電源電壓范圍為3～18 V，但最大負(fù)載電流在4mA以下。
可以設(shè)想，如果使 
和 
的低電平信號(hào)發(fā)生在輸入電壓信號(hào)的不同電平，那么輸出與輸入之間的關(guān)系將為施密特觸發(fā)特性；如果在 
加上一個(gè)低電平觸發(fā)信號(hào)以后，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間能在 
端自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)低電平信號(hào)，就可以得到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器；如果能使 
和 
的低電平信號(hào)交替地反復(fù)出現(xiàn)，就可以得到多諧振蕩器。
二、用555定時(shí)器接成的施密特觸發(fā)器
將555定時(shí)器的閾值輸入端和觸發(fā)輸入端連在一起，便構(gòu)成了施密特觸發(fā)器，如下圖。
圖6.26 用555定時(shí)器接成的施密特觸發(fā)器 圖6.27 圖6.26的電壓傳輸特性
當(dāng)輸入如圖6.27所示的三角波信號(hào)時(shí)，則從施密特觸發(fā)器的 
端可得到方波輸出。
如將圖中5腳外界控制電壓 
,改變 
的大小，可以調(diào)節(jié)回差電壓范圍。如果在555定時(shí)器的放電BJT輸出端（7腳）外接一電阻，并與另一電源 
相連，則由 
輸出的信號(hào)可實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。
三、用555定時(shí)器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器
由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及工作波形如下圖所示。
圖6.28 用555定時(shí)器接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 圖6.29 圖6.28電路的電壓波形圖
電源接通瞬間，電路有一個(gè)穩(wěn)定的過(guò)程，即電源通過(guò)電阻R向電容C充電，當(dāng) 
上升到 
時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位， 
為低電平，放電BJT T導(dǎo)通，電容C放電，電路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。若觸發(fā)輸入端施加觸發(fā)信號(hào)（ 
），觸發(fā)器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)， 
輸出高電平，且BJT T截止。此后電容C充電至 
= 
時(shí)，電路又發(fā)生翻轉(zhuǎn)， 
為低電平，T導(dǎo)通，電容C放電，電路恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)。如果忽略T的飽和壓降，則 
從零電平上升到 
的時(shí)間，即為輸出電壓 
的脈寬 
： 
=RCln3≈1.1RC
這種電路產(chǎn)生的脈沖寬度可從幾個(gè)微秒到數(shù)分鐘，精度可達(dá)0.1%。
通常R的取值在幾百歐姆之間，電容取值為幾百皮法到幾百微法。由圖6.28可知，如果在電路的暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間內(nèi)，加入新的觸發(fā)脈沖，如圖6.29中的虛線所示，則該脈沖不起作用，電路為不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)。
由555定時(shí)器構(gòu)成的可重復(fù)單穩(wěn)電路如下圖所示。
(a)電路圖 (b) 工作波形
圖6.30 由555定時(shí)器構(gòu)成的可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)電路
當(dāng) 
輸入負(fù)向脈沖后，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，同時(shí)BJT T導(dǎo)通，電容C放電。輸入脈沖撤出后，電容C充電，在 
未沖到 
之前，電路處于暫穩(wěn)態(tài)。如果在此期間又加入新的觸發(fā)脈沖，BJT T又導(dǎo)通，電容C在此放電，輸出仍然維持在暫穩(wěn)態(tài)。只有在觸發(fā)脈沖撤出后且在輸出脈寬 
時(shí)間間隔內(nèi)沒(méi)有新的出發(fā)脈沖，電路才返回到穩(wěn)定狀態(tài)。這種電路可作為失落脈沖檢出電路，對(duì)機(jī)器的轉(zhuǎn)速或人體的心率進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)機(jī)器轉(zhuǎn)速降到一定限度或人體的心率不齊時(shí)就發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
如果在控制電壓端（5腳）施加一個(gè)變化電壓，又555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路可作為脈沖寬度調(diào)制器，如圖6.31所示。
(a)邏輯圖 (b)波形圖
圖6.31 脈沖寬度調(diào)制器
當(dāng)控制電壓升高時(shí)，電路的閾值電壓也升高，輸出的脈沖寬度隨之增加；而當(dāng)控制電壓降低時(shí)，電路的閾值電壓也降低，單穩(wěn)的輸出脈寬則隨之減小。因此，若控制電壓如圖b所示的三角波時(shí)，在單穩(wěn)的輸出端便得到一串隨控制電壓變化的脈沖寬度調(diào)制波。從 
與
波形關(guān)系可看出，該電路可實(shí)現(xiàn)電壓—頻率轉(zhuǎn)換。
四、555定時(shí)器接成的多諧振蕩器
由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器及其工作波形如圖6.32所示。接通電源后，電容C被放電， 
上升，當(dāng) 
上升到 
時(shí)，觸發(fā)器被復(fù)位，同時(shí)放電BJT T導(dǎo)通，此時(shí) 
為低電平，電容C通過(guò) 
和T放電，使 
下降。當(dāng) 
下降到 
時(shí)，觸發(fā)器又被置位， 
翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C放電所需的時(shí)間為
當(dāng)C放電結(jié)束時(shí)，T截至， 
將通過(guò) 
向電容器C充電， 
由 
上升到 
所需的時(shí)間為
當(dāng) 
上升到 
時(shí)，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端就得到一個(gè)周期性的方波，其頻率為
由于555內(nèi)部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，它的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。
(a)電路圖 (b)工作波形
圖6.32 由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器
圖6.32所示電路 
,而且占控比固定不變。如果將電路改成如圖6.33所示的形式，
圖 6.33 占空比可調(diào)的方波發(fā)生器
電路利用 
單向?qū)щ娦詫㈦娙萜鰿充、放回路分開(kāi)，再加上電位器調(diào)節(jié)，便構(gòu)成了占控比可調(diào)的多諧振蕩器。圖中， 
通過(guò) 
向電容C充電，充電時(shí)間為
電容器C通過(guò) 
及555中的BJT T放電，放電時(shí)間為
因而，振蕩頻率為
可見(jiàn)，這種振蕩器輸出波形的占控比為
q(%)= 
注：上面僅討論了由555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器，實(shí)際上，由于555定時(shí)器的比較器靈敏度高，輸出驅(qū)動(dòng)電流大，功能靈活，因而在電子電路中獲得廣泛應(yīng)用。