555定时器元件的选择

海军蚌埠士官学校 胡 凯

555定时器元件的选择

海军蚌埠士官学校 胡 凯

555定时器应用广泛，内部结构和工作原理也比较简单，按照构成器件类型的不同，可以分为TTL型和CMOS型，外引脚分布和基本功能完全一样，但内部结构略有区别，主要性能参数也有所区别，使用过程中要根据负载或电路构成的要求进行选择。

555定时器；性能参数；应用选择

555定时器又称时基电路。555定时器按照内部构成元件分有双极型（又称TTL型）和单极型（又称CMOS型）两种。双极型内部采用的是晶体管即三极管；单极型内部采用的则是场效应管。按单片电路中包括定时器的个数分有单时基定时器和双时基定时器两种。常用的单时基定时器的最后三位数都是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。555定时器结构简单，使用方便，功能强大，主要用于信号产生、声响模拟、电路报警，在各种玩具、家用电器、仪器仪表、控制电路当中有着广泛的应用，其应用电路也是院校数字电路课程教学重要的实验项目。本人在数字电路实验教学实施过程中，发现不同的电路，使用TTL型555定时器，和使用CMOS型产品，效果并不相同，两者并不能简单的互换替代，

一、555定时器内部结构

常用的555定时电路主要由3个5K电阻器（因此称为555定时器）组成的分压器、两个高精度电压比较器、一个锁存器、一个作为放电通路的三极管及输出驱动（缓存）电路组成，其电路结构和管脚如图1所示。

图1 555定时器内部结构

其中电压比较器通常采用开环运算放大器，其输出作为锁存器输入，控制锁存器状态的改变，锁存器一般为RS触发器，输出缓存由一级或多级逻辑门（非门或与非门）电路构成，决定555定时器输出的状态和驱动电流的大小， CMOS型555电路在总体结构和功能上与双极型555电路是基本相同的，但在具体组成上也有一些区别。CMOS型555电路电压比较器的分压器采用的3只电阻的阻值为100K，而不是5K，这是为了适应CMOS电路高输入阻抗的需要；两个电压比较器的输入端接法与双极型电路不同，锁存器（R-S触发器）用两只或非门组成，而双极型电路采用的是与非门，这种触发器是采用高电平或正脉冲触发的，相应地它的输出关系也与与非门组成的触发器不同，输出端增加了一只反相器，以便和双极型电路的输出关系一致。这样，整个电路的输入-输出关系就和双极型电路完全相同了。

二、555定时器应用电路举例

555定时器主要是通过2、6、7等引脚外接电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，控制3号引脚输出电平的状态和放电开关管的通断，形成从微秒级到数十分钟的延时，可以构成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。

图2 555定时器构成的声光报警电路

如图2所示为555定时器构成的声光报警电路，电路由两个555多谐振荡器组成，第一个振荡器的振荡频率为1-2Hz时，第二个振荡器的振荡频率为1000Hz。将第一个振荡器的输出(3脚)接到第二个振荡器的复位端(4脚)。在输出高电平时，第二个振荡器振荡；输出低电平时，第二个振荡器停振。这样，扬声器将按照一定规律发出间隙声响。

三、元器件的选择

（一）555定时器主要参数

双极型的555电路常见的型号有NE555、LM555、CA555、CB555、FD555以及FX555等；CMOS型555电路常见的型号有ICM7555、CH7555、5G7555和CB7555等。两种电路的参数是有一定差别的，使用时需要注意。根据电路功能和组成结构的要求，选择哪种类型的555定时器主要参考以下参数。

1.电源电压和静态电流

TTL型555电路的电源电压一般为4. 5～16V，CMOS型555电路的电源电压一般为3～18V，可见CMOS型555电路比TTL型电路的电源电压范围要宽。

静态电流也称电源电流，是555电路空载时的消耗电流。CMOS型555电路要比双极型555电路的静态电流小得多。静态电流与电源电压的乘积称为电路的静态功耗，在相同的电源电压下，CMOS型555电路的静态功耗大大低于双极型555电路的静态功耗。

2.驱动电流

驱动电流是指555电路驱动负载时的工作电流，也称负载电流，根据555电路的输出状态和负载的连接方式，可以分为“拉电流”和“灌电流”两种驱动负载方式。

如果负载接在555电路的输出端与地之间，当电路输出高电平时，输出电流会通过负载入地，这时由电路内输出并流过负载的电流称为“拉电流”；如果负载接在电路的输出端与电源之间，当电路输出低电平时，电流会通过负载流人555电路内然后入地，这时流过负载进入电路内的电流称为“灌电流”。对于CB555来说，两种电流的最大值均为200mA；对于CB7555，吸入电流为5～20mA，拉出电流为1～5mA，电流的大小和使用工作电源电压有关。

以NE555为例，NE555是TTL型555时基电路，在空载时，其输出端3脚输出的高电平约比供电电压低1V左右，输出低电平一般不大于0.5V。带上负载时，负载越重，输出的高电平被拉得越低，若是灌电流负载，那么负载越重，输出的低电平被抬得越高。NE555的输出端3脚不论是输出电流还是灌入电流，最大皆可以达到200mA。

3.最高工作频率

最高工作频率是指555电路用作振荡器使用时，输出振荡脉冲所能达到的频率。对于多数类型的555电路，它们的最高工作频率约为500kHz。

4.定时精度

定时精度是指555电路用作单稳态定时器时的定时精度。对于TTL型电路，它的定时精度一般为1%；对于CMOS型电路，它的精度约为2%。

比较两种类型的555定时器，CMOS型电压适用范围宽，静态功耗小，而TTL型驱动电流大，带负载能力更强一些，构成的振荡电路输出信号频率精度更高一些。

（二）555定时器的选择

在上述声光报警电路中，本人最开始采用了两片ICM7555定时器，但扬声器发不出声音，或者声音比较弱，经电路检查，排除接线以及其他元件故障的原因，换成NE555后，该电路工作正常。那么，使用555定时器构建应用电路时，应该以什么为依据进行选择呢？

从本例电路参数设置来看，对于元件电源电压、静态电流、定时精度等参数没有特殊要求，选择哪种类型的555定时器主要选择的依据是驱动电流和工作频率，一般555定时器最高工作频率可达500KHz，从这个角度来说，本例中无论选择TTL或者CMOS型都可以，因此，选择的标准主要就是考虑驱动电流的要求。第一级驱动电路驱动的是发光二极管和第二级555定时器的复位端（4号引脚），这两者需要的驱动电流都不大，普通发光二极管一般只需5～10mA的驱动电流，复位驱动电流只需几mA（2～3个与非门），采用TTL和CMOS都符合要求，那么选用的标准就剩下第二级负载扬声器的驱动要求了。

根据原理图，输出端采用了8Ω动圈扬声器，额定阻抗为8欧，扬声器实际阻抗是具有随频率变化的特征，称为扬声器阻抗特征，它在低频共振频率f0时呈最大值。待过了共振频率f0频率逐渐升高时，阻抗会出现一个最小值这时的阻抗就称为额定阻抗，它一般是音圈直流阻抗R的1.05-1.1倍，如8欧额定阻抗，实测音圈直流电阻应该在7.2欧左右。

假设扬声器额定功率为0.25W，那么扬声器正常工作需要的电流可以通过如下公式估算：

P=I2R

若P=0.25W，R=7.2Ω，计算可得扬声器需要的驱动电流I大概约为186mA，比较CMOS型和双极型555器件的驱动电流，TTL型555器件驱动电流的最大值可达200mA，而对于CMOS型，灌电流为5～20mA，拉电流为1～5mA，很明显双极型555器件更符合要求，因此本例中的555定时器需选择TTL型，才能符合扬声器驱动电流的要求。若使用CMOS型则需增加功率驱动电路。

通过上述分析，可以知道，同等类型的555定时器可以互换替代，TTL型输出驱动电流相对较大，可以直接驱动继电器、低阻抗扬声器、小型电机等负载，适用于驱动电流较大，定时时间相对较短的电路；CMOS型的输出驱动电流要小一些，但静态电流和功耗小，工作电源电压范围也更宽一些，更适用于与运算放大器及其它数字或模拟电路公用同一套电源，从而简化电路结构，也具有更好的抗干扰特性，适用于定时长、负载小的场合。

[1]杨欣,莱.诺克斯,王玉凤,刘湘黔,等.电子设计从零开始[M].北京:清华大学出版社,2010,10.

[2]多国华,等.电子元器件维修技能实训[M].北京:清华大学出版社,2014,06.