555定时器的工作模式及其应用解析

555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便，所以555定时器在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了应用。

　　图1是国产双极性定时器CB555的电路结构图。它由比较器C1 和C2 、基本RS触发器和集电极开路的放电三极管 TD 三部分组成。

　　Vi1 ：比较器C1 的输入端（也称阈值端，用TH标注）

　　Vi2 ：比较器C2 的输入端（也称触发端，用 /T/R 标注）

　　C 1和C2 的参考电压（电压比较的基准） VR1 和 VR2 由Vcc 经三个5kΩ电阻分压给出。（在控制电压输入端 Vco 悬空时，VR1=1/3Vcc ， VR2=2/3Vcc 。如果 Vco 外接固定电压，则 VR1=Vco，VR2=1/2Vco）

　　/RD 是置零输入端， /RD=0 则输出端 Vo=0 ，不受其他输入状态的影响。正常工作时必须使 /RD=1 。图中的数码1～8为器件引脚的编号。通过分析可以得到如下所示的CB555的功能表。

　　为了提高电路的带负载能力，还在输出端设置了缓冲器G4 。如果将 V‘o 端经过电阻接到电源上，那么只要这个电阻的阻值足够大， Vo为高电平时 V’o 也一定为高电平，Vo为低电平时 V‘o 也一定为低电平。555定时器能在很宽的电源电压范围内工作，并可承受较大的负载电流。双极性555定时器的电源电压范围为5～16 V，最大的负载电流达200mA。CMOS型7555定时器的电源电压范围为3～18 V，但最大负载电流在4mA以下。

　　可以设想，如果使 Vc1 和 Vc2 的低电平信号发生在输入电压信号的不同电平，那么输出与输入之间的关系将为施密特触发特性；如果在Vi2加上一个低电平触发信号以后，经过一定的时间能在 Vc1端自动产生一个低电平信号，就可以得到单稳态触发器；如果能使 Vc1和 Vc2 的低电平信号交替地反复出现，就可以得到多谐振荡器。

　　555定时器的工作模式

　　555定时器是一种集成电路芯片，常被用于定时器、脉冲发生器和震荡电路。555可被作为电路中的延时器件、触发器或起振元件。

　　555定时器可工作在三种工作模式下：

　　单稳态模式：在此模式下，555功能为单次触发。应用范围包括定时器，脉冲丢失检测，反弹跳开关，轻触开关，分频器，电容测量，脉冲宽度调制（PWM）等。

　　无稳态模式：在此模式下，555以振荡器的方式工作。这一工作模式下的555芯片常被用于频闪灯、脉冲发生器、逻辑电路时钟、音调发生器、脉冲位置调制（PPM）等电路中。如果使用热敏电阻作为定时电阻，555可构成温度传感器，其输出信号的频率由温度决定。

　　双稳态模式（或称施密特触发器模式）：在DIS引脚空置且不外接电容的情况下，555的工作方式类似于一个RS触发器，可用于构成锁存开关。

　　在单稳态工作模式下，555定时器作为单次触发脉冲发生器工作。当触发输入电压降至VCC的1/3时开始输出脉冲。输出的脉宽取决于由定时电阻与电容组成的RC网络的时间常数。当电容电压升至VCC的2/3时输出脉冲停止。根据实际需要可通过改变RC网络的时间常数来调节脉宽。

　　555是一个单稳态触发器，输入一个低点位脉冲，则输出某一宽度的高电位方波脉冲，其方波脉冲宽度与R3C2有如下关系

　　tp = 1.1 R3C2

　　12V稳压管上端的波形（即555输入端2的波形）如下：

用555定时器触发相位控制

　　一旦555输出端有方波输出，晶闸管的触发极就通过晶体管G2接地，而不导通。方波消失后，触发极为高电位，晶闸管就处于导通状态。

　　将R3加大，会使tp增大，导通角变小，负载得到的功率变小。反之负载得到的功率变大。

　　看来，应该出去晶体管G1，它在这里不起任何作用。电容器C1（47μF ）也应除去，否则555的输入2端不会有脉冲下降沿出现了。

　　建议：为了安全，控制电路应与主电路隔离。方法是加入一个适合控制电压的降压变压器，再用4个1N4001取代1N4007。

　　555定时器的应用

　　1、555定时器单稳态触发器

　　上图1为由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。D为钳位二极管，稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端Vo输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi端。并使22端电位瞬时低于1/3Vcc，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个稳态过程，电容C开始充电，Vc按指数规律增长。当Vc充电到2/3Vcc时，高电平比较器动作，比较器A1翻转，输出Vo从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳定，为下个触发脉冲的来到作好准备。波形图见图2。

　　暂稳态的持续时间Tw（即为延时时间）决定于外接元件R、C的大小。

　　Tw=1.1RC

　　通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微秒和几十分钟之间变化。当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可采用复位端接地的方法来终止暂态，重新计时。此外需用一个续流二极管与继电器线圈并接，以防继电器线圈反电势损坏内部功率管。

　　2、555定时器组成施密特触发器

　　电路如图3所示，只要将脚2和6连在一起作为信号输入端，即得到施密特触发器。图4画出了Vs、Vi和Vo的波形图。

　　设被整形变换的电压为正弦波Vs，其正半波通过二极管D同时加到555定时器的2脚和六脚，得到的Vi为半波整流波形。当Vi上升到2/3Vcc时，Vo从高电平转换为低电平；当Vi下降到1/3Vcc时，Vo又从低电平转换为高电平。

　　回差电压：

　　△V=2/3Vcc-1/3Vcc=1/3Vcc

　　3、555定时器构成多谐振荡器

　　如图5，由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过R1、R2向C充电，以及C通过R2向放电端Dc放电，使电路产生振荡。电容C在2/3Vcc和1/3Vcc之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波，对应的波形如图6所示。