無(wú)線(xiàn)電90.11-12 俞鶴飛
我們在使用555時(shí)基電路之前應該先了解它的基本特性。按照集成電路的分類(lèi)方法，數字集成電路以外的集成電路都歸入模擬集成電路中，因此關(guān)于555時(shí)基電路的特性可以從非線(xiàn)性模擬集成電路手冊中查找。
一、555電路的型號、封裝和引腳
1．型號
我國目前廣泛使用的555時(shí)基電路的統一型號是：雙極型為CB555，CMOS型為CB7555。這兩種電路每個(gè)集成片內只有一個(gè)時(shí)基電路，稱(chēng)為單時(shí)基電路。此外還有一種雙時(shí)基電路，在一個(gè)集成片內包含有兩個(gè)完全相同、又各自獨立的時(shí)基電路。它們的型號分別是CB556和CB7556。表1列出它們的型號和與之對應的國內、國外常用的型號。
2．封裝和引腳
555單時(shí)基電路的封裝有8腳圓形和8腳雙列直插型兩種。圓形集成電路引腳的編號方法是把引腳朝下，帶標志的引腳置于上倒，從帶標志的引腳左邊開(kāi)始按逆時(shí)針?lè )较蝽樞蚓幪?，?jiàn)圖1（a）。雙列直插型單時(shí)基電路的引腳編號方法是把集成片平放，從帶標志的引腳開(kāi)始按逆時(shí)針?lè )较蝽樞蚓幪?，?jiàn)圖1（b）。556雙時(shí)基電路的封裝只有14腳雙列直插型一種。引腳按雙列直插型集成電路的統一方法編號，見(jiàn)圖1（C）。
CB555（CB7555）單時(shí)基電路各引腳的作用見(jiàn)圖1（a）、（b）和圖2。6腳是閾值輸入端TH，2腳是觸發(fā)輸人端 ，5腳是控制端VC，4腳是主復位端 ，8腳是電源正極Vcc或VDD。3腳是輸出端VO，7腳是放電端DIS，1 腳是公共地端 GND或VSS。對雙時(shí)基電路CB556（CB7556)來(lái)講，兩個(gè)時(shí)基電路共用一個(gè)電源端（14）一個(gè)地端（7），其余12個(gè)腳按左右分開(kāi)，各為一個(gè)獨立的時(shí)基電路，見(jiàn)圖1（c）。為了便于應用，在圖2上，用圓圈內的數碼表示出單時(shí)基電路的引腳號。在小方框內用斜線(xiàn)隔開(kāi)的2個(gè)數碼表示出雙時(shí)基電路左右兩個(gè)時(shí)基電路的引腳號。例如 5／9表示左邊時(shí)基電路輸出端V01的引腳號是5，右邊時(shí)基電路輸出端V02的引腳號是9。
雙極型和CMOS型555電路的內部電路和參數雖然不同，但它們的引腳編號和功能是完全相同的。
二、555時(shí)基電路的主要參數
為了正確使用555時(shí)基電路，必須對它的基本特性有所了解。雙極型和CMOS型時(shí)基電路在電特性上是有差別的，應該分別給出。至于雙時(shí)基電路和單時(shí)基電路，除了靜態(tài)電流，雙時(shí)基電路應該是單時(shí)基電路的一倍以外，其余參數是完全相同的。所以只要列出 CB 555和 CB 7555的主要參數并予以說(shuō)明就可以了。
1．電源電壓和靜態(tài)電流
CB 555使用的電源電壓是 4．5～16伏，CB 7555的電壓范圍比較寬，可以從3～18伏。靜態(tài)電流也叫電源電流，是空載時(shí)消耗的電流。在電源電壓是15伏是，CB 555的靜態(tài)電流典型值是 10 mA，CB 7555是0．12mA。電源電壓和靜態(tài)電流的乘積就是靜態(tài)功耗?？梢?jiàn)CMOS型時(shí)基電路的靜態(tài)功耗遠小于雙極型時(shí)基電路。
2．定時(shí)精度
555電路在作定時(shí)器使用時(shí)，CB555和CB7555的定時(shí)精度分別是l％和2％。
3．閾值電壓和閾值電流
當555電路閾值輸入端所加的電壓＞=2/3Vcc（或*VDD）時(shí)，能使它的輸出從高電平1翻轉成低電平0。電壓值2/3VCC就是它的閾值電壓VTH。促使它翻轉所需的電流稱(chēng)為閾值電流ITH。 CB555的ITH值約為0．1mA；而 CB 7555的ITH值只需50pA（1pA=10－6mA）。
4．觸發(fā)電壓觸發(fā)電流
當555電路觸發(fā)輸入端所加的電壓＜=1/3Vcc（或VDD）時(shí)，能使它的輸出從0 翻轉成1。電壓值1/3Vcc就是它的觸發(fā)電壓VTR。促使它翻轉所需的電流稱(chēng)為觸發(fā)電流ITR。CB555的ITR值約為0．5mA；而CB7555的ITR值只需50pA。
5．復位電壓和復位電流
在555電路的主復使端 上加低電平可以使輸出復位，即 V0=0。所加的復位電壓VMR應低于1伏。復位端所需的電流稱(chēng)為復位電流IMR。CB555的IMR約為400mA；而CB7555的IMR只需0.1mA。
6．放電電流
555電路在作定時(shí)器或多諧振蕩器使用時(shí)，常常利用放電端給外接電容一個(gè)接地放電的通路。從圖2看到，放電電流要通過(guò)放電管VT1，因此它的電流要受到限制，電流太大會(huì )把放電管燒壞。規定 CB 555的放電電流IDIS不大于200mA。CB7555因為受MOS管幾何尺寸的限制，放電電流IDIS的值比較小，約在10 ~ 50mA之間，而且是隨電源電壓VDD的數值變化的；使用的電源電壓越高，放電電流值越大。
7．驅動(dòng)電流
驅動(dòng)電流是指555電路向負載提供的電流，也叫負載電流IL。根據555電路的輸出狀態(tài)和負載的接法可以分成拉出電流和吸入電流兩種。當輸出是高電平而負載的一端接地時(shí)，負載電流從555電路內部流出經(jīng)過(guò)負載入地，因此稱(chēng)為拉出電流，見(jiàn)圖3（b）。當輸出是低電平而負載的一端接在電源正極時(shí)，負載電流從電源正極通過(guò)負載流入555內部后入地，因此稱(chēng)為吸入電流，見(jiàn)圖4（C）。這兩種電流都起到驅動(dòng)負載的作用，因此統稱(chēng)為負載電流或驅動(dòng)電流。對 CB 555來(lái)講，這兩種電流的最大值都是 200mA。對CB 7555來(lái)講，吸入電流稍大，大約是5～20mA；拉出電流較小，約是1～5mA。而且它們的數值也是隨著(zhù)電源電壓的提高而增大的。
8．最高工作頻率
555電路在作振蕩器使用時(shí)，輸出脈沖的最高頻率可達500千赫。
555電路的主要參數見(jiàn)表2。
三、使用555電路時(shí)的注意事項。
1．負載的接法
555電路的輸出有高電平和低電平兩種狀態(tài)，好象它內部有一個(gè)控制開(kāi)關(guān)能自動(dòng)動(dòng)作。當輸出是高電平時(shí)開(kāi)關(guān)向上，輸出端VO通過(guò)輸出內阻R01接到電源正端。見(jiàn)圖3（b）和圖4（b）。當輸出是低電平時(shí)開(kāi)關(guān)向下，輸出端VO通過(guò)輸出內阻R02接到公共地端，見(jiàn)圖3（C）和圖 4（c）。CB 555的兩個(gè)輸出內阻都是十幾歐。CB7555的R01值較大，約為幾百歐；R02值較小，只有幾十歐。
由于555電路有兩種輸出狀態(tài)，所以負載的接法有兩種。
第一種接法是把負載接在555電路輸出端VO和地之間，這是最常用的接法，如圖3（a）。在這種接法下．當輸出是高電平（VO=1）時(shí)，內部開(kāi)關(guān)接到R01上，見(jiàn)圖3（b）。這時(shí)電流從電源正端經(jīng)過(guò)內阻R01流入負載RL后入地，是從555電路向外流進(jìn)負載的，所以稱(chēng)為拉出電流或輸出電流。當輸出是低電子（V0=0）時(shí)，內部開(kāi)關(guān)接到R02上，見(jiàn)圖3（C）。這時(shí)負載中沒(méi)有電流。
第二種接法是把負載接在電源正端和555電路輸出端Vo之間，如圖4（a）。在這種接法下，當輸出是高電平（Vo=1）時(shí)，內部開(kāi)關(guān)接到R01上，見(jiàn)圖4（b）。這時(shí)負載中沒(méi)有電流。只有當輸出是低電平（VO=0）時(shí)，內部開(kāi)關(guān)接到R02上，如圖4（C）時(shí)負載中才有電流流通。這時(shí)電流是從電源正端經(jīng)負載RL和內阻R02后入地的，是從外面流進(jìn)555電路的，所以稱(chēng)為吸入電流或灌入電流。
由于有兩種接法，所以在連接負載時(shí)應該根據555電路的輸出狀態(tài)和負載的要求來(lái)決定負載的連接方法。例如在使用CB7555時(shí)為了取得較大的驅動(dòng)電流，可以選擇第二種接法。如果負載是繼電器，則因為繼電器有常開(kāi)接點(diǎn)和常閉接點(diǎn)兩種不同的接點(diǎn)可供選擇，因此使得555電路更加變化多端，靈活方便。
2．負載能力的擴大
從驅動(dòng)電流這個(gè)參數來(lái)看， CB 555的驅動(dòng)能力較大，可以直接帶動(dòng)小型繼電器、微電機和低阻抗揚聲器。CB7555的驅動(dòng)能力較小，只能使用LED指示燈、壓電陶瓷蜂鳴器等負載。要想使CB7555有更大的驅動(dòng)能力，可以在輸出端加一級驅動(dòng)放大器。即把555電路輸出端VO接到晶體管VT1的基極，把負載RL接到晶體管的集電極或發(fā)射極回路中，如圖5。這樣就可把負載電流擴大到100mA上下，足以帶動(dòng)繼電器、微電機等負載。
3．CB555與CB7555的性能比較和選用
從以上介紹看到， CB 556的突出優(yōu)點(diǎn)是驅動(dòng)能力強，而CB 7555的突出優(yōu)點(diǎn)是電源電壓范圍寬、輸入阻抗高、功耗低。因此在實(shí)際應用中，在負載輕、要求功耗低和使用較低電源電壓以及定時(shí)要求長(cháng)（定時(shí)電阻＞10兆歐）的場(chǎng)合，應核選用CB7555或CB7556。而在負載較重的場(chǎng)合則應選用 CB 555或 CB556。
4. 注意特殊型號和特殊封裝
在使用中有時(shí)會(huì )遇到一些特殊型號和特殊封裝，這時(shí)首先應核查閱資料，弄清它們的型號、封裝和引腳以及電特性。例如日本三菱公司的M51841是時(shí)基電路；而美國國家半導體公司的MM555是模擬門(mén)開(kāi)關(guān)電路。
555時(shí)基電路的單穩態(tài)工作方式和應用
555電路有單穩態(tài)、雙穩態(tài)和無(wú)穩態(tài)3種基本工作方式。用這3種方式中的1種或多種組合起來(lái)可以組成各種實(shí)用的電子電路，如定時(shí)器、分頻器、脈沖信號發(fā)生器、元件參數和電路檢測電路、玩具游戲機電路、音響告警電路、電源交換電路、頻率變換電路、自動(dòng)控制電路等等。
讓我們先從555的單穩電路開(kāi)始。
一、什么是單穩電路
所謂單穩電路就好象是一扇彈簧門(mén)。平時(shí)老是保持著(zhù)關(guān)閉的狀態(tài)，只有在外力推動(dòng)時(shí)它才會(huì )打開(kāi)；但在開(kāi)了一會(huì )兒之后它又會(huì )自動(dòng)關(guān)閉。我們把關(guān)閉狀態(tài)叫做“穩態(tài)”，而把從推開(kāi)門(mén)到恢復到關(guān)閉這一段時(shí)間的狀態(tài)叫做“暫穩態(tài)”。
555的單穩電路由 555電路本身和一個(gè)RC定時(shí)電路兩大部分組成。555電路的輸入端就接在定時(shí)電路中的定時(shí)電容CT上。在第1講中已介紹過(guò)：可以把555電路看成是一個(gè)特殊的R-S觸發(fā)器，它的兩個(gè)輸人端的觸發(fā)電平要求不同，閾值要求也不同。因此，555單穩電路的工作過(guò)程大致是：先取這個(gè)特殊觸發(fā)器兩種狀態(tài)中的一種作為單穩電路的穩態(tài)。然后用輸入脈沖或人工板動(dòng)開(kāi)關(guān)等方法去啟動(dòng)這個(gè)電路，使它從原來(lái)的穩態(tài)轉到另一種狀態(tài)，即進(jìn)人暫穩態(tài)。與此同時(shí)，開(kāi)始給定時(shí)電容CT 充電，等CT 上的電壓達到閾值電壓時(shí)，這個(gè)特殊的觸發(fā)器就會(huì )從暫穩態(tài)又翻轉回到原來(lái)的穩態(tài)。從暫穩態(tài)開(kāi)始到完全恢復成穩態(tài)的這段時(shí)間就是暫穩態(tài)的時(shí)間。假定翻轉的時(shí)間小到可以忽略不計，顯然，暫穩態(tài)持續的時(shí)間只和定時(shí)電路中電阻電容的數值有關(guān)而和555電路以及觸發(fā)脈沖天關(guān)。觸發(fā)脈沖在這里只是起著(zhù)啟動(dòng)或開(kāi)關(guān)的作用。至于穩態(tài)和暫穩態(tài)究竟是高電平還是低電平，根據電路的要求決定。
可見(jiàn)555單穩電路中的兩大部分的分工是：555時(shí)甚電路本身好比是一扇門(mén)，它只管開(kāi)或關(guān)；定時(shí)電路則是控制開(kāi)門(mén)的時(shí)間長(cháng)短。這兩大部分是必不可少的。
二、兩種555單穩電路
常用的555單穩電路有2種：第1種是把2個(gè)輸入端都接到定時(shí)電容CT上，用開(kāi)關(guān)人工啟動(dòng)的電路。第2種是把閾值端TH和放電端DIS接到定時(shí)電容CT上，用脈沖從觸發(fā)端 輸入啟動(dòng)的電路。第1種電路常用作定時(shí)控制，第2種電路的用途比較廣，除定時(shí)控制外，還可作分頻器、脈沖信號發(fā)生器、元件參數檢測、脈沖失落檢測、脈沖寬度檢測以及玩具游戲機電路等。
1．人工啟動(dòng)式
這種單穩電路是把閾值端TH（6）和觸發(fā)端 （2）同時(shí)接在定時(shí)電容CT上，在定時(shí)電容兩端并聯(lián)一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)SB，用人工按動(dòng)開(kāi)關(guān)的方法來(lái)啟動(dòng)這個(gè)電路。定時(shí)電路中電阻RT和電容CT的數值是由定時(shí)時(shí)間的要求決定的。為了保證電路可靠地工作，總復位端 （4）應該接到電源正端，電壓控制端VC（5）在不使用時(shí)應該接1個(gè)容量為0．01微法的電容防止干擾。放電端DIS（7）不用時(shí)可以懸空，見(jiàn)圖1（a）。
現在來(lái)看看它的穩態(tài)和暫穩態(tài)以及它們的轉換過(guò)程。
（1）穩態(tài)：電路接上電源后，電容CT上的電壓很快被充到等于電源電壓VCC。按第1講的方法把555電路簡(jiǎn)化成1個(gè)特殊的觸發(fā)器，因為放電端DIS懸空不用可以略去不畫(huà)，于是可以把圖1（a）簡(jiǎn)化成圖1（b）?？梢钥吹剑阂驗镃T上的電壓等于VCC：VCT=VCC，對于這個(gè)特殊的觸發(fā)器來(lái)講，它的兩個(gè)輸入端都是高電平：即R=1、 =1。對照這個(gè)特殊觸發(fā)器的邏輯功能表，它的輸出應接是低電平，即VO=0。它就是這個(gè)單穩電路的穩態(tài)。
（2）暫穩態(tài)：按一下按鈕開(kāi)關(guān)SB，電容CT上的電壓很快降到零：VCT=0。對這個(gè)特殊的觸發(fā)器來(lái)講，兩個(gè)輸人端都是低電平：R=0、 =0。對照它的邏輯功能表，它的輸出應該轉成高電平，即VO=1。當按鈕開(kāi)關(guān)放開(kāi)后，這個(gè)特殊的觸發(fā)器保持輸出高電平，同時(shí)電源電壓向定時(shí)電容CT充電，暫穩態(tài)開(kāi)始，見(jiàn)圖1（C）。
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間ta之后，CT上的電壓上升到VCT＞2／3 Vcc，即達到觸發(fā)器翻轉的閾值電壓時(shí)，這個(gè)特殊觸發(fā)器的輸入端都成為高電子：R=1、 =1，于是它的輸出又立即翻轉成低電平。即VO=0。也就是暫穩態(tài)結束，又回到穩態(tài)。
555電路的輸出從低電平翻轉到高電平以后到再一次恢復到低電平的這段時(shí)間就是單穩電路的暫穩態(tài)時(shí)間td。它也叫做定時(shí)時(shí)間或延時(shí)時(shí)間。它是和定時(shí)電路中RT和CT的數值有關(guān)的；RT和CT的數值越大，定時(shí)時(shí)間td越長(cháng)。它們之間的關(guān)系: td=1.1RTCT。RT 的單位是歐姆、CT的單位是法拉、td的單位是秒。例如：RT是1兆歐、CT是1微法時(shí)， td=1．1秒。
這是555單穩工作方式的第1種電路。但是在具體應用時(shí)它會(huì )有很多變型。例如定時(shí)電容和定時(shí)電阻的位置，可以是電阻在上電容在下，也可以是電容在上電阻在下；負載的按法也有接在VO與地之間或接在VO與Vcc之間；人工啟動(dòng)的開(kāi)關(guān)可以并聯(lián)在電容CT上，也可以串聯(lián)在電源中等等。于是使得電路變得更加復雜難以識別。但只要抓住這個(gè)電路的2個(gè)特點(diǎn)：①有一個(gè)RC定時(shí)電路，2、6輸入端同時(shí)接在定時(shí)電容CT上，②用人工扳動(dòng)開(kāi)關(guān)或類(lèi)似的方法觸發(fā)啟動(dòng)的，就能確定它是屬于人工啟動(dòng)式的單穩電路。
2、脈沖啟動(dòng)式
555單穩工作方式的第2種基本電路和第1種基本電路不同的地方是；①把閾值端TH（6）和放電端DIS（7）同時(shí)接到定時(shí)電容CT 上．使電容有自動(dòng)快速放電的功能；②用觸發(fā)器 （2）作脈沖輸入啟動(dòng)端，平時(shí)要求接高電平，輸入負脈沖時(shí)才能使電路啟動(dòng)。其它各端的接法和第1種基本電路相同。見(jiàn)圖2（a）。
現在來(lái)看看這個(gè)電路是怎樣工作的。
（1）穩態(tài)：電源接通后，因為觸發(fā)端 平時(shí)接高電平，對這個(gè)特殊的觸發(fā)器來(lái)講，它的 輸入端是高電平： =1，所以它的輸出被置成零：VO=0。內部放電開(kāi)關(guān)SA接通，DIS端接地，定時(shí)電容CT上電壓為0，這個(gè)特殊觸發(fā)器的另一輸入端為R=0。因此它的輸出保持低電平：VO=0。這是這個(gè)單穩電路的穩態(tài)。見(jiàn)圖2（b）．
（2）暫穩態(tài)：當觸發(fā)輸入 （2）輸入一個(gè)負脈沖，而且負脈沖的幅度低于 1／3 Vcc時(shí)，這個(gè)特殊觸發(fā)器的輸入 =0。使它的輸出翻轉成高電平：VO=1。這時(shí)內部放電開(kāi)關(guān)SA打開(kāi)，電源電壓通過(guò)RT向CT充電，暫穩態(tài)開(kāi)始。見(jiàn)圖2（C）。
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間td之后，CT上電壓升到＞2／3Vcc，使它的輸入R=1，于是它又翻轉回原來(lái)的穩態(tài)，即VO＝0。見(jiàn)圖2（b）。這時(shí)內部放電開(kāi)關(guān)SA重新接通，CT上的電荷快速放電到零，為下一次定時(shí)控制作好了推備。
從定時(shí)電容 CT開(kāi)始充電到充到 2／3Vcc所需的時(shí)間就是暫穩態(tài)時(shí)間td。理論計算證明：td＝l．1RTCT。整個(gè)電路各輸入輸出端的波形見(jiàn)圖2（d）。從波形圖看到：①只要觸發(fā)脈沖的幅度低于1／3Vcc，電路就能觸發(fā)啟動(dòng)。定時(shí)時(shí)間td只和RTCT時(shí)間常數有關(guān)，而與觸發(fā)脈沖的寬度、幅度無(wú)關(guān)。因此用改變RT和CT數值的方法可調整定時(shí)時(shí)間。②外脈沖觸發(fā)啟動(dòng)后電路自動(dòng)進(jìn)人暫穩態(tài)和自動(dòng)回到穩態(tài)，在暫穩態(tài)時(shí)間td內出現的觸發(fā)脈沖是不起作用的。從圖2（d）看，第2個(gè)脈沖在td內出現，因而是無(wú)效的。
這個(gè)單穩電路在具體應用時(shí)也會(huì )有很多變型。例．如定時(shí)電阻RT可能是光敏元件、熱敏元件或其它元器件；負載可能有繼電器、指示燈、可控硅等；電路接法上也還可以有變化，有時(shí)也可以把開(kāi)關(guān)接在觸發(fā)端用人工啟動(dòng)等等。但是只要抓住電路的2個(gè)特點(diǎn)：①有一個(gè)RTCT定時(shí)電路．7、6端并接在定時(shí)電容CT上；②從2端輸入啟動(dòng)。就可基本確定它是屬于脈沖啟動(dòng)式的單穩電路
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