555定時器穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路原理講解

555定時器（Timer）因內(nèi)部有3個5K歐姆分壓電阻而得名，是一種多用途的模數(shù)混合集成電路，它能方便地組成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器與多諧振蕩器，而且成本低，性能可靠，在各種領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。

其原理框圖如下圖所示：

其中，第2腳TRIG（Trigger）為外部低電平信號觸發(fā)端，第5腳為CONT（Control）為電壓控制端，可通過外接電壓來改變內(nèi)部兩個比較器的基準(zhǔn)電壓，不使用時應(yīng)將該引腳串入0.01u電容接地以防止干擾。第6腳THRES（Threshold）為高電平觸發(fā)端，第7腳DISCH（Discharge）為放電端，與內(nèi)部放電三極管的集電極相連，用做定時器時電容的放電。

555定時器最基本的功能就是定時，實(shí)質(zhì)為一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，即外加信號一旦到來后，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以產(chǎn)生時間可控制的脈沖寬度，這個脈沖的寬度就是我們需要的定時時間。為更方便地描述555定時器的原理，我們首先用下圖所示電路來仿真一下單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路：

該單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路是負(fù)脈沖觸發(fā)，因此我們設(shè)置周期為50ms，而高電平寬度為49ms，亦即負(fù)脈沖（低電平）寬度為1ms，仿真波形如下圖所示：

從波形圖上可以看到，每來一個負(fù)脈沖（低電平）信號（橙色），則電路輸出固定寬度的脈沖（藍(lán)色），此電路的輸出脈沖寬度由電阻R1與電容C1決定，約為1.1R1C1（即1.1×1×10=11ms），我們將細(xì)節(jié)部分放大后測量一下輸出的實(shí)際數(shù)據(jù)，如下圖所示：

仿真輸出脈沖寬度約為11.0347ms，與理論值非常接近。為了更進(jìn)一步分析電路的工作原理，我們用四通道示波器來跟蹤如下圖所示的三個信號波形：

其波形如下圖所示：

與之前的波形是一樣的，只不過加入了THR與DIS引腳（連接在一起的）的波形，我們將其中一部分放大如下圖所示：

555芯片內(nèi)部的三個5K電阻將5V直流電源電壓，其中2/3（約3.3V）供給比較器CMP1的同相端，1/3（約1.6V）供給比較器CMP2的反相端。比較器CMP1的反相端經(jīng)過電容C1接地，在電路剛剛上電時，由于電容C1兩端的電壓不能突變，反相端的電壓比同相端低，因此比較器CMP1輸出高電平H（由于RS觸發(fā)器是數(shù)字邏輯，因此后級電路按高電平H與低電平L來區(qū)別）。而對于比較器CMP2，同相端默認(rèn)電平是高電平（負(fù)脈沖觸發(fā)），比反相端電壓1.6V高，因此，比較器CMP2輸出也為高電平H。

由于R=H，S=H，RS觸發(fā)器處于狀態(tài)保持，我們假設(shè)555定時芯片處于復(fù)位狀態(tài)，此時觸發(fā)器輸出為高電平H（也可以是低電平，最后的結(jié)果是一樣的），經(jīng)過一個反相器NOT后，則電路輸出為低電平L，其狀態(tài)如下圖所示：

另一方面觸發(fā)器輸出的高電平H使三極管Q1飽和導(dǎo)通，此時第7腳DISCH被拉為低電平L（相當(dāng)于電容C1處于放電狀態(tài)），這個引腳同時與比較器CMP1的反相端同電位，維持比較器CMP1輸出為H，此時電路為穩(wěn)定狀態(tài)，且輸出為低電平，在這個寂寞的黑夜里，一邊靜靜地等待著外部觸發(fā)信號的到來，一邊欣賞著點(diǎn)點(diǎn)繁星的夜色，如下圖所示：

如果外部觸發(fā)（低電平）信號一直沒有到來，則電路一直保持輸出為低電平L，波形如下圖所示：

皇天不負(fù)有心人，終于等到了期待已久的負(fù)電平觸發(fā)脈沖，比較器CMP2的同相端電壓低于反相端電壓而輸出低電平L，由于R=H，S=L，RS觸發(fā)器處于置位狀態(tài)輸出低電平L，一方面經(jīng)反相器NOT輸出高電平H，另一方面使三極管Q1截止，此時直流5V電源通過電阻R1對電容C1充電，第6腳THRESHOLD電位開始上升，如下圖所示：

在電容C1上的電壓還沒有超過3.3V（即VCC的2/3）前，比較器CMP1的輸出狀態(tài)是不會變化的，則如下圖所示：

在電容C1充電期間，如果輸入低電平觸發(fā)脈沖撤消（即當(dāng)前輸入為高電平H），比較器CMP2輸出為高電平H，由于R=H，S=H，RS觸發(fā)器處于保持狀態(tài)，不影響電路的輸出狀態(tài)，如下圖所示：

當(dāng)電容C1上電壓超過3.3V時，則比較器CMP1輸出為低電平L，由于R=L，S=H，觸發(fā)器因處于置位狀態(tài)而輸出高電平H，一方面經(jīng)反相器NOT輸出低電平L，如下圖所示：

另一方面觸發(fā)器輸出的高電平H使三極管Q1飽和導(dǎo)通，此時第7腳DISCH被拉為低電平L（相當(dāng)于電容C1處于放電狀態(tài)），這個引腳同時與比較器CMP1的反相端同電位，維持比較器CMP1輸出為高電平H，此時電路又返回穩(wěn)定狀態(tài)，且輸出為低電平，又是這樣一個寂寞的黑夜里，一邊靜靜地等待著外部觸發(fā)信號的到來，一邊欣賞著點(diǎn)點(diǎn)繁星的夜色，如下圖所示：

此時波形如下圖所示：

當(dāng)然，輸入觸發(fā)信號有可能在電容C1充電期間一直保持為低電平，電容C1充電超過VCC的2/3時，比較器CMP1輸出低電平，此時R=L，S=L，理論上RS觸發(fā)器不允許出現(xiàn)這種狀態(tài)，因此觸發(fā)器輸出一直為低電平L，也就是電容C1一直在充電直到5V電壓，如下圖所示

這也算是一種穩(wěn)定狀態(tài)，但這種狀態(tài)是不允許出現(xiàn)的，也就是說，觸發(fā)信號的寬度至少不應(yīng)該比定時的寬度要長。