555时基电路及其应用

555时基电路引脚图

等效功能电路
鉴于各种双极型的555集成块的内部电路大同小异，下面我们以CA555为例分析其内部电路和原理。从CA555时基电路的内部等效电路图中可看到，VTl-VT4、VT5、VT7组成上比较器Al，VT7的基极电位接在由三个5kΩ电阻组成的分压器的上端，电压为⅔VDD；VT9-VT13组成下比较器A2，VTl3的基极接分压器的下端，参考电位为⅓VDD。在电路设计时，要求组成分压器的三个5kΩ电阻的阻值严格相等，以便给出比较精确的两个参考电位⅓VDD和⅔VDD。VTl4-VTl7与一个4.7kΩ的正反馈电阻组合成一个双稳态触发电路。VTl8-VT21组成一个推挽式功率输出级，能输出约200mA的电流。VT8为复位放大级，VT6是一个能承受50mA以上电流的放电晶体三极管。双稳态触发电路的工作状态由比较器A1、A2的输出决定。
    555时基电路的工作过程如下：当2脚，即比较器A2的反相输入端加进电位低于⅓VDD的触发信号时，则VT9、VTll导通，给双稳态触发器中的VTl4提供一偏流，使VTl4饱和导通，它的饱和压降Vces箝制VTl5的基极处于低电平，使VTl5截止，VTl7饱和，从而使VTl8截止，VTl9导通，VT20完全饱和导通，VT21截止。因此，输出端3脚输出高电平。此时，不管6端(阈值电压)为何种电平，由于双稳态触发器(VTl4-VTl7)中的4．7kΩ电阻的正反馈作用(VTl5的基极电流是通过该电阻提供的)，3脚输出高电平状态一直保持到6脚出现高于⅓VDD的电平为止。当触发信号消失后，即比较器A2反相输入端2脚的电位高于⅓VDD，则VT9、VTll截止，VTl4因无偏流而截止，此时若6脚无触发输入，则VTl7的Vces饱和压降通过4.7kΩ电阻维持VTl3截止，使VTl7饱和稳态不变，故输出端3脚仍维持高电平。同时，VTl8的截止使VT6也截止。当触发信号加到6脚时，且电位高于⅔VDD时，则VTl、VT2、VT3皆导通。此时，若2脚无外加触发信号使VT9、VTl4截止，则VT3的集电极电流供给VTl5偏流，使该级饱和导通，导致VTl7截止，进而VTl8导通，VTl9、VT2。都截止，VT21饱和导通，故3脚输出低电平。当6脚的触发信号消失后，即该脚电位降至低于⅔VDD时，则VTl、VT2、VT3皆截止，使VTl5得不到偏流。此时，若2脚仍无触发信号，则VTl5通过4.7kΩ电阻得到偏流，使VTl5维持饱和导通，VTl7截止的稳态，使3脚输出端维持在低电平状态。同时，VTl8的导通，使放电级VT6饱和导通。通过上面两种状态的分析，可以发现：只要2脚的电位低于⅓VDD，即有触发信号加入时，必使输出端3脚为高电平；而当6脚的电位高于⅔VDD时，即有触发信号加进时，且同时2脚的电位高于⅓VDD时，才能使输出端3脚有低电平输出。4脚为复位端。当在该脚加有触发信号，即其电位低于导通的饱和压降0.3V时，VT8导通，其发射极电位低于lV，因有D3接入，VTl7为截止状态，VTl8、VT21饱和导通，输出端3脚为低电平。此时，不管2脚、6脚为何电位，均不能改变这种状态。因VT8的发射极通过D3及VTl7的发射极到地，故VT8的发射极电位任何情况下不会比1.4V电压高。因此，当复位端4脚电位高于1.4V时，VT8处于反偏状态而不起作用，也就是说，此时输出端3脚的电平只取决于2脚、6脚的电位。
   根据上面的分析，CA555时基电路的内部等效电路可简化为如图所示的等效功能电路。显然，555电路(或者专556电路)内含两个比较器A1和A2、一个触发器、一个驱动器和一个放电晶体管。两个比较器分别被电阻R1、R2和R3构成的分压器设定的⅔VDD和⅓VDD。参考电压所限定。为进一步理解其电路功能，并灵活应用555集成块，下面简要说明其作用机理。从图1―5可见，三个5kΩ电阻组成的分压器，使内部的两个比较器构成一个电平触发器，上触发电平为⅔VDD，下触发电平为⅓VDD。在5脚控制端外接一个参考电源Vc，可以改变上、下触发电平值。比较器Al的输出同或非门l的输入端相接，比较器A2的输出端接到或非门2的输入端。由于由两个或非门组成的RS触发器必须用负极极性信号触发，因此，加到比较器Al同相端6脚的触发信号，只有当电位高于反相端5脚的电位时，R―S触发器才翻转；而加到比较器A2反相端2脚的触发信号，只有当电位低于A2同相端的电位⅓VDD时，R―S触发器才翻转。
    通过上面对等效功能电路和CA555时基电路的内部等效电路的分析，可得出555各功能端的真值表。
引脚 2 6 4 3 7
电平 ≤⅓ VDD * 1.4V 高电平 悬空状态
电平 <⅓ VDD ≥⅔ VDD 1.4V 低电平 低电平
电平 <⅓ VDD >⅔ VDD 1.4V 保持电平 保持
电平 * * 0.3V 低电平 低电平
由表可看出，S、R、MR的输入不一定是逻辑电平，可以是模拟电平，因此，该集成电路兼有模拟和数字电路的特色。
“叮咚”门铃的制作：

实现电风扇"阵风"功能电路
大多数老式电风扇没有"阵风"功能，在睡觉时使用很不方便，尤其是老人和小孩。利用NE555时基电路组装电风扇"阵风"电炉，如图1a所示。电路中NE555接成占空比可调的方波发生器，调节RW可改变占空比。在NE555第③脚输出高电平期间，过零通断型光电耦合器MOC3061的初级，得到约10mA正向工作电流。其内部红外线发射二极管发射红外光，使过零检测其中的光敏双向开关，在市电过零时导通。接通电风扇电机电源，风扇运转送风。在NE555第③脚输出低电平期间，光敏双向开关关断，风扇停转。
MOC3061本身具有一定驱动能力，可不加功率驱动元件而直接利用MOC3061的内部双向开关来控制电风扇电机的运转。RW为占空比调节电位器，可调节电风扇单位时间内的送风时间。本电路设计约为20秒，改变C2的取值或RW的取值可改变控制周期的长短。
图b1所示电路为MOC3061的典型功率扩展电路。在控制功率较大的电机时，应考虑使用功率扩展电路。制作时，可参考图示参数选择器件。由于该电源采用电容降压方式，请自制时注意安全，人体不能直接触摸电路板。

 单电源变双电源电路
在维修电器时，有时需要双电源，可按照图2所示电路组装。时基电路NE555接成无稳态电路，第③脚输出频率为20kHz、占空比为1：1的方波。当第③脚为高电平时，C4充电。低电平时，C3充电。由于二极管VD1、VD2的存在，C3、C4在电路中只能充电，不能放电，故充电最大值为EC。将B端接地，在A、C两端就得到正负EC的双电源。本电路输出电流不超过50mA。

 简易"催眠器"
简易催眠器电路如图3所示。利用时基电路NE555构成一个极低频振荡器，第③脚输出一个个短的脉冲，使扬声器发出类似雨滴的声音。扬声器采用袖珍收录机用的8Ω小型喇叭。雨滴声的速度可以通过100kΩ电位器来调节到合适的程度。如果在电源端增加一个简单的定时开关，机械式的或电子式的开关均可，则可在使用着进入梦乡后及时切断电源。