555时基电路应用分析

余阳华

[摘           要]  “电子电路装调与应用技能大赛（中职组）”每年都是职业学校的重头戏，从学校、市、省到教育部都非常重视。在针对性训练的过程中，难免会遇到各种各样的问题，其中555时基电路（以下简称“555”）的应用是作为竞赛的重要知识点，学生由于基础薄弱，对555的应用的分析掌握不够，所以往往造成竞赛过程中失分，主要针对竞赛过程中出现555时基电路的知识点进行分析，希望能够给广大同行和学生一点启发和参考。

[关    键   词]  555时基电路;多谐振荡;单稳态触发器;施密特触发器

[中图分类号]  TN710              [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603（2019）11-0234-03

在比赛中经常会用到555， 555是一种将模拟和数字功能巧妙地结合在一起的集成电路，输入是模拟信号、输出是数字信号。电路只要外接少量的阻容元件，就可方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等电路，在比赛的过程中经常会用到。下面笔者就竞赛的过程中555的常见应用进行探讨。

一、555的结构及功能介绍

（一）外部结构

1.实物图

通常555路采用双列直插式结构，实物如图1所示。

2.引脚功能

555的引脚排列如图2所示。1脚为接地端;2脚为触发输入端;3脚为输出端;4脚为复位端，低电平有效;5脚为电压控制端，设置内部电压比较器的参考电压，不设参考电压时，5端一般都通过一个0.01μF的瓷片电容接地，以旁路高频干扰;6脚为阈值输入端，由此输入触发脉冲;7脚为放电端，提供外接电容的放电通路，并作为集电极开路输出;8脚为电源端。

（二）功能介绍

555的功能如表1所示。当 = 0时，3脚uo的输出为低电平“0”，正常使用时应接高电平;当2脚输入电压小于Vcc/3、6脚输入电压UTH 小于2Vcc/3时，3脚uo的输出为高电平“1”，7脚放电端截止;当2脚输入电压大于Vcc/3、6脚输入电压UTH小于2Vcc/3时，3脚uo的输出不变，7脚放电端的状态也不变;当2脚输入电压U大于Vcc/3、6脚输入电压UTH也大于2Vcc/3时，3脚uo的输出为低电平“0”，7脚放电端导通。

二、555时基电路的典型应用

（一）555时基电路组成的多谐振荡器

图4是典型的555多谐振荡器，该电路由555和外接的元件R1、R2、C组成的多谐振荡器，555的2脚与6脚直接相连，电路没有稳态，仅存两个暂稳态，不需要外加触发信号。

电路的工作原理为：接通电源时，电容C不能突变，所以电容C上电压为0，则2脚和6脚的电压均为0，根据上表可以知道，此时555输出高电平;随后，电源通过R1、R2向电容C充电，电容C两端电压不断增大，当C两端电压大于2Vcc/3时，则2脚和6脚的电压都大于2Vcc/3，此时555输出变为低电平，同时7脚放电端导通;接着电容C通过R2，到7脚放电端放电，随着放电，电容C两端电压逐渐下降，当下降到Vcc/3时，555输出变为高电平，同时7脚放电端截止，电源再次对电容C充电，如此反复，使电路产生振荡。图4（b）所示为产生输出波形的过程，其中Uc为电容C两端的电压，Uo为555 3脚输出的电压。

555组成的多谐振荡器对电路中元件参数的要求是：R1与R2均应大于或等于1kΩ，但R1+R2应小于或等于3.3MΩ。输出矩形脉冲的参数为：tW1≈0.7（R1+R2）C、tW2≈0.7R2C、T=tW1+tW2≈0.7（R1+2R2）C;从参数我们可以知道，通过改变电路中的R1、R2和C的值可以改变脉冲高电平的时间;而改变R2和C的值就可以改变低电平的时间。因此在应用上，我们可以根据不同电路的参数计算出输出信号的频率，也可以根据输出信号的频率和占空比的要求，选取相关的元件参数。

由555组成的多谐振荡器电路在竞赛中是最常见的，多数用于产生波形，只要改变几个元件的参数，就可以得到想要的频率信号。

（二）555时基电路组成的单稳态触发器

555与外接定时元件R、C组成的单稳态触发器，如图5所示。图中555的6脚与7脚相连;C1、R1、VD组成触发电路，VD为箝位二极管。

图5电路的工作过程为：接通电源时，电源对C充电，充电到2Vcc/3时（此时由于2脚没有外接信号，通过電阻R1接到VCC，所以U>Vcc/3），输出uo为低电平，放电端导通，接着C放电，此时6脚的电压小于2Vcc/3，555触发输入端2脚处于电源电平（则2脚的电压大于Vcc/3），电路进入稳态，输出端uo保持低电平;当有一个外部负脉冲触发信号经C1加到2端，并使2端电位瞬时低于Vcc/3时（此时6脚电位低于2Vcc/3），555输出uo为高电平，放电端截止，C开始充电;当充电到2Vcc/3时，555输出uo从高电平返回低电平，放电端重新导通，C很快放电结束，恢复稳态，为下个触发脉冲的来到作好准备，电路也完成了一个暂稳态过程。电路的输出波形如图5（b）所示。

该电路的暂稳态的持续时间tw≈1.1RC。通过改变R、C的大小，可使时间在几个微秒到几十分钟之间变化。当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可以使用复位端（4脚）接地的方法来中止暂态，重新计时。

（三）555时基电路组成施密特触发器

将555的2、6脚连接在一起，作为输入端就组成了施密特触发器，如图6所示。图中二极管VD限制输入信号的负半周进入555时基电路的输入端。

电路的工作过程：设被整形变换的电压为正弦波us，其正半波通过二极管VD同时加到555的2脚和6脚，得ui为半波整流波形，如图6（b）所示。当ui上升到2Vcc/3时，uo从高电平翻转为低电平;当下降到Vcc/3时，又从低电平翻转为高电平。如此反复。由555组成的施密特触发器在整形电路、红外线遥控器、红外线传感器、液晶显示器的驱动板中应用较多。

由施密特触发器的特性，此电路主要应用在信号波形的整形上。

三、555在竞赛及实际电路中的常见应用分析

（一）根据输出信号频率和元件大小，设计连接电路

根据给出的元件，电阻：41k、51k、22k、27k; 电解电容：10μF、1μF，设计产生1S的输出信号，在图7（a）中补充完成电路连接。

根据要求，我们知道该电路为555组成的多谐振荡电路，根据典型电路，我们可以通过估算的方法得出相关的电阻。下面我们根据已知条件来估算组成电路的相关元器件。

由多谐振荡器可以知道：T≈0.7（R1+2R2）C=1S         ①

给出的几个电阻最大为几十K，所以我们选择电容C为10μF（因为选择1μF时，0.7（R1+2R2）的结果要兆欧姆以上，而给出的电阻最大为51KΩ，所以选择1μF就不合适）;

将C的大小代入①式得（其中在估算的过程中C2由于容量太小，忽略不计）：

0.7（R1+2R2）10μF=1S

0.7（R1+2R2）10×10-6F=1S

则R1+2R2≈143KΩ

根据给出的电阻我们通过组合，最终选取R1为41KΩ，R2为51KΩ，R1+2R2=143KΩ，基本满足要求。根据得出的电阻和电容，我们补充得到的电路如图7（b）所示。

（二）根据输出频率和占空比和给出的元件设计完成相应的电路

已知可选择电阻为3.9K、1K，要求3脚输出的信號频率为2.4kHz，占空比为83%。在图8（a）中补充实现要求的电路。

根据给出的条件，设计的电路也是555组成的多谐振荡电路，由已知条件，要确定R1、R2和C的大小。

根据②式和给出的电阻3.9K和1K，可以知道R1为3.9K，R2为1K才能满足②，又要求输出频率为2.4kHz，则：T=0.7（R1+2R2）C=2.4kHz       ③

将R1和R2 的阻值代入③式计算得：C≈0.1μF。最终补充完整的电路图如图8（b）所示。

（三）555时基电路组成的单稳态触发器在电路的应用分析

竞赛过程中，555经常用来设计成具有延时、定时功能的电路。图9电路为触摸延时灯控制电路，该电路为单稳态触发电路，图中K为继电器，该电路具有简单、稳定的特点。

图9电路原理分析如下，其中555部分的原理分析见本文典型电路中单稳态触发器，这里不再赘述，通电后电路很快进入单稳态后（3脚输出低电平），当人触摸到金属触摸片的时候，人体感应的杂波信号电压由C1加到555的2脚，由于人体电压较低（低于VCC/3），且电容C1不能突变，致使2脚电压降低，因此3脚输出高电平，继电器线圈得电，开关吸合，照明电路接通，L1点亮。当人不再触摸金属片后，2脚电压恢复高电平（接近电源电平），以此同时，电源通过R向C充电，当充电到2VCC/3的时候，3脚电平从高电平返回低电平，放电端重新导通，C很快放电结束，恢复稳态（低电平），为下一次触发做好准备，继电器线圈由于失电，开关断开，照明电路不构成回路，L1熄灭。此电路灯点亮的时间由R、C两个元件决定，通过改变这两个元件参数的大小，可以设计成合适的延时时间。按图八的参数，灯点亮的时间为：T=1.1RC=1.1×100K×47u=1.1×105×47×10-6S=5.17S。

纵观555时基电路的应用，555时基电路基本都是多谐振荡、单稳态还是施密特电路这三种电路的应用，而这些应用的分析其实都是要依据555时基电路的功能来进行，所以我们在分析555电路的时候，不管是哪一种典型的应用，我们都应牢牢抓住555功能进行分析。

参考文献：

[1]卜锡滨.电子技术基础与技能[M].北京：人民邮电出版社，2010-08.

[2]张志恒.电子技术基础[M].北京：中国电力出版社，2013-08.

编辑 冯永霞