555時(shí)基電路的簡(jiǎn)介及工作原理與應(yīng)用詳細(xì)說(shuō)明

555時(shí)基電路是一種將模擬功能與邏輯功能巧妙結(jié)合在同一硅片上的組合集成電路。它設(shè)計(jì)新穎，構(gòu)思奇巧，用途廣泛，備受電子專業(yè)設(shè)計(jì)人員和電子愛(ài)好者的青睞，人們將其戲稱為偉大的小IC。1972年，美國(guó)西格尼蒂克斯公司（Signetics）研制出Tmer NE555雙極型時(shí)基電路，設(shè)計(jì)原意是用來(lái)取代體積大，定時(shí)精度差的熱延遲繼電器等機(jī)械式延遲器。但該器件投放市場(chǎng)后，人們發(fā)現(xiàn)這種電路的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原設(shè)計(jì)的使用范圍，用途之廣幾乎遍及電子應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域，需求量極大。美國(guó)各大公司相繼仿制這種電路 1974年西格尼蒂克斯公司又在同一基片上將兩個(gè)雙極型555單元集成在一起，取名為NF556。1978年美國(guó)英特錫爾公司（Intelsil）研制成功CMOS型時(shí)基電路ICM555 1CM556，后來(lái)又推出將四個(gè)時(shí)基電路集成在一個(gè)芯片上的四時(shí)基電路558 由于采用CMOS型工藝和高度集成，使時(shí)基電路的應(yīng)用從民用擴(kuò)展到火箭、導(dǎo)彈，衛(wèi)星，航天等高科技領(lǐng)域。在這期間，日本、西歐等各大公司和廠家也競(jìng)相仿制、生產(chǎn)。盡管世界各大半導(dǎo)體或器件公司、廠家都在生產(chǎn)各自型號(hào)的555／556時(shí)基電路，但其內(nèi)部電路大同小異，且都具有相同的引出功能端。

555時(shí)基電路引腳圖

等效功能電路

鑒于各種雙極型的555集成塊的內(nèi)部電路大同小異，下面我們以CA555為例分析其內(nèi)部電路和原理。從CA555時(shí)基電路的內(nèi)部等效電路圖中可看到，VTl-VT4、VT5、VT7組成上比較器Al，VT7的基極電位接在由三個(gè)5kΩ電阻組成的分壓器的上端，電壓為?VDD；VT9-VT13組成下比較器A2，VTl3的基極接分壓器的下端，參考電位為?VDD。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，要求組成分壓器的三個(gè)5kΩ電阻的阻值嚴(yán)格相等，以便給出比較精確的兩個(gè)參考電位?VDD和?VDD。VTl4-VTl7與一個(gè)4.7kΩ的正反饋電阻組合成一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。VTl8-VT21組成一個(gè)推挽式功率輸出級(jí)，能輸出約200mA的電流。VT8為復(fù)位放大級(jí)，VT6是一個(gè)能承受50mA以上電流的放電晶體三極管。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的工作狀態(tài)由比較器A1、A2的輸出決定。

555時(shí)基電路的工作過(guò)程如下：當(dāng)2腳，即比較器A2的反相輸入端加進(jìn)電位低于?VDD的觸發(fā)信號(hào)時(shí)，則VT9、VTll導(dǎo)通，給雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中的VTl4提供一偏流，使VTl4飽和導(dǎo)通，它的飽和壓降Vces箝制VTl5的基極處于低電平，使VTl5截止，VTl7飽和，從而使VTl8截止，VTl9導(dǎo)通，VT20完全飽和導(dǎo)通，VT21截止。因此，輸出端3腳輸出高電平。此時(shí)，不管6端（閾值電壓）為何種電平，由于雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（VTl4-VTl7）中的4．7kΩ電阻的正反饋?zhàn)饔茫╒Tl5的基極電流是通過(guò)該電阻提供的），3腳輸出高電平狀態(tài)一直保持到6腳出現(xiàn)高于?VDD的電平為止。當(dāng)觸發(fā)信號(hào)消失后，即比較器A2反相輸入端2腳的電位高于?VDD，則VT9、VTll截止，VTl4因無(wú)偏流而截止，此時(shí)若6腳無(wú)觸發(fā)輸入，則VTl7的Vces飽和壓降通過(guò)4.7kΩ電阻維持VTl3截止，使VTl7飽和穩(wěn)態(tài)不變，故輸出端3腳仍維持高電平。同時(shí)，VTl8的截止使VT6也截止。當(dāng)觸發(fā)信號(hào)加到6腳時(shí)，且電位高于?VDD時(shí)，則VTl、VT2、VT3皆導(dǎo)通。此時(shí)，若2腳無(wú)外加觸發(fā)信號(hào)使VT9、VTl4截止，則VT3的集電極電流供給VTl5偏流，使該級(jí)飽和導(dǎo)通，導(dǎo)致VTl7截止，進(jìn)而VTl8導(dǎo)通，VTl9、VT2。都截止，VT21飽和導(dǎo)通，故3腳輸出低電平。當(dāng)6腳的觸發(fā)信號(hào)消失后，即該腳電位降至低于?VDD時(shí)，則VTl、VT2、VT3皆截止，使VTl5得不到偏流。此時(shí)，若2腳仍無(wú)觸發(fā)信號(hào)，則VTl5通過(guò)4.7kΩ電阻得到偏流，使VTl5維持飽和導(dǎo)通，VTl7截止的穩(wěn)態(tài)，使3腳輸出端維持在低電平狀態(tài)。同時(shí)，VTl8的導(dǎo)通，使放電級(jí)VT6飽和導(dǎo)通。通過(guò)上面兩種狀態(tài)的分析，可以發(fā)現(xiàn)：只要2腳的電位低于?VDD，即有觸發(fā)信號(hào)加入時(shí)，必使輸出端3腳為高電平；而當(dāng)6腳的電位高于?VDD時(shí)，即有觸發(fā)信號(hào)加進(jìn)時(shí)，且同時(shí)2腳的電位高于?VDD時(shí)，才能使輸出端3腳有低電平輸出。4腳為復(fù)位端。當(dāng)在該腳加有觸發(fā)信號(hào)，即其電位低于導(dǎo)通的飽和壓降0.3V時(shí)，VT8導(dǎo)通，其發(fā)射極電位低于lV，因有D3接入，VTl7為截止?fàn)顟B(tài)，VTl8、VT21飽和導(dǎo)通，輸出端3腳為低電平。此時(shí)，不管2腳、6腳為何電位，均不能改變這種狀態(tài)。因VT8的發(fā)射極通過(guò)D3及VTl7的發(fā)射極到地，故VT8的發(fā)射極電位任何情況下不會(huì)比1.4V電壓高。因此，當(dāng)復(fù)位端4腳電位高于1.4V時(shí)，VT8處于反偏狀態(tài)而不起作用，也就是說(shuō)，此時(shí)輸出端3腳的電平只取決于2腳、6腳的電位。

根據(jù)上面的分析，CA555時(shí)基電路的內(nèi)部等效電路可簡(jiǎn)化為如圖所示的等效功能電路。顯然，555電路（或者專556電路）內(nèi)含兩個(gè)比較器A1和A2、一個(gè)觸發(fā)器、一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)放電晶體管。兩個(gè)比較器分別被電阻R1、R2和R3構(gòu)成的分壓器設(shè)定的?VDD和?VDD。參考電壓所限定。為進(jìn)一步理解其電路功能，并靈活應(yīng)用555集成塊，下面簡(jiǎn)要說(shuō)明其作用機(jī)理。從圖1—5可見(jiàn)，三個(gè)5kΩ電阻組成的分壓器，使內(nèi)部的兩個(gè)比較器構(gòu)成一個(gè)電平觸發(fā)器，上觸發(fā)電平為?VDD，下觸發(fā)電平為?VDD。在5腳控制端外接一個(gè)參考電源Vc，可以改變上、下觸發(fā)電平值。比較器Al的輸出同或非門l的輸入端相接，比較器A2的輸出端接到或非門2的輸入端。由于由兩個(gè)或非門組成的RS觸發(fā)器必須用負(fù)極極性信號(hào)觸發(fā)，因此，加到比較器Al同相端6腳的觸發(fā)信號(hào)，只有當(dāng)電位高于反相端5腳的電位時(shí)，R—S觸發(fā)器才翻轉(zhuǎn)；而加到比較器A2反相端2腳的觸發(fā)信號(hào)，只有當(dāng)電位低于A2同相端的電位?VDD時(shí)，R—S觸發(fā)器才翻轉(zhuǎn)。

通過(guò)上面對(duì)等效功能電路和CA555時(shí)基電路的內(nèi)部等效電路的分析，可得出555各功能端的真值表。

引腳 2 6 4 3 7

電平 ≤? VDD * 1.4V 高電平 懸空狀態(tài)

電平 《? VDD ≥? VDD 1.4V 低電平 低電平

電平 《? VDD 》? VDD 1.4V 保持電平 保持

電平 * * 0.3V 低電平 低電平

由表可看出，S、R、MR的輸入不一定是邏輯電平，可以是模擬電平，因此，該集成電路兼有模擬和數(shù)字電路的特色。

“叮咚”門鈴的制作：

實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇“陣風(fēng)”功能電路

大多數(shù)老式電風(fēng)扇沒(méi)有“陣風(fēng)”功能，在睡覺(jué)時(shí)使用很不方便，尤其是老人和小孩。利用NE555時(shí)基電路組裝電風(fēng)扇“陣風(fēng)”電爐，如圖1a所示。電路中NE555接成占空比可調(diào)的方波發(fā)生器，調(diào)節(jié)RW可改變占空比。在NE555第③腳輸出高電平期間，過(guò)零通斷型光電耦合器MOC3061的初級(jí)，得到約10mA正向工作電流。其內(nèi)部紅外線發(fā)射二極管發(fā)射紅外光，使過(guò)零檢測(cè)其中的光敏雙向開(kāi)關(guān)，在市電過(guò)零時(shí)導(dǎo)通。接通電風(fēng)扇電機(jī)電源，風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)送風(fēng)。在NE555第③腳輸出低電平期間，光敏雙向開(kāi)關(guān)關(guān)斷，風(fēng)扇停轉(zhuǎn)。

MOC3061本身具有一定驅(qū)動(dòng)能力，可不加功率驅(qū)動(dòng)元件而直接利用MOC3061的內(nèi)部雙向開(kāi)關(guān)來(lái)控制電風(fēng)扇電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。RW為占空比調(diào)節(jié)電位器，可調(diào)節(jié)電風(fēng)扇單位時(shí)間內(nèi)的送風(fēng)時(shí)間。本電路設(shè)計(jì)約為20秒，改變C2的取值或RW的取值可改變控制周期的長(zhǎng)短。

圖b1所示電路為MOC3061的典型功率擴(kuò)展電路。在控制功率較大的電機(jī)時(shí)，應(yīng)考慮使用功率擴(kuò)展電路。制作時(shí)，可參考圖示參數(shù)選擇器件。由于該電源采用電容降壓方式，請(qǐng)自制時(shí)注意安全，人體不能直接觸摸電路板。

單電源變雙電源電路

在維修電器時(shí)，有時(shí)需要雙電源，可按照?qǐng)D2所示電路組裝。時(shí)基電路NE555接成無(wú)穩(wěn)態(tài)電路，第③腳輸出頻率為20kHz、占空比為1：1的方波。當(dāng)?shù)冖勰_為高電平時(shí)，C4充電。低電平時(shí)，C3充電。由于二極管VD1、VD2的存在，C3、C4在電路中只能充電，不能放電，故充電最大值為EC。將B端接地，在A、C兩端就得到正負(fù)EC的雙電源。本電路輸出電流不超過(guò)50mA。

簡(jiǎn)易“催眠器”

簡(jiǎn)易催眠器電路如圖3所示。利用時(shí)基電路NE555構(gòu)成一個(gè)極低頻振蕩器，第③腳輸出一個(gè)個(gè)短的脈沖，使揚(yáng)聲器發(fā)出類似雨滴的聲音。揚(yáng)聲器采用袖珍收錄機(jī)用的8Ω小型喇叭。雨滴聲的速度可以通過(guò)100kΩ電位器來(lái)調(diào)節(jié)到合適的程度。如果在電源端增加一個(gè)簡(jiǎn)單的定時(shí)開(kāi)關(guān)，機(jī)械式的或電子式的開(kāi)關(guān)均可，則可在使用著進(jìn)入夢(mèng)鄉(xiāng)后及時(shí)切斷電源。

責(zé)任編輯 LK