555定时器及应用
一、实验目的
1．熟悉单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器的工作原理；
2．了解555定时器的结构与工作原理。
二、实验原理
（一）555电路的工作原理
1、基本组成
555电路的简化结构图如图8.1(a)所示，逻辑符号及外引脚排列如图8.1(b)所示。它的内部主要由一个分压器、两个电压比数器、一个基本RS触发器、一个作为放电通路的晶体管和输出驱动电路组成。
（1）分压器：由3个5KΩ的精密电阻组成，它为两个比较器A和B提供基准电平。若5 脚悬空，则比较器A的基准电平为UREF1= UCC ，比较器B的基准电平为UREF2= UCC 。
改变5 脚的接法可改变A、B两比较器的基准电平的大小。
图8－1 555的简化结构图
3
8
4
555
5
2
1
6
7
TH
TR
D
UCC
OUT
CO
（b）
OUT
3
R
S
Q
V
-
A
∞
+
-
B
∞
+
1
2
8
4
7
6
5
1
+UCC
T
CO
D
TR
TH
(a)
VREF1
VREF2
（2）比较器：比较器A、B是两个结构完全相同的高精度电压比较器，A的输
入端为6脚高电平触发端TH，当 UTH> UREF1 时，A比较器输出低电平；当UTH< UREF1时，A比较器输出高电平。比较器B的输入端为(2脚)低电平触发端 ，当 > UREF2 时，比较器B输出高电平；当 < UREF2时，比较器B输出低电平。比较器A、B的输出直接控制基本RS触发器的动作。
（3）基本RS触发器：RS触发器由两个与非门组成，它的状态由两比较器A、B的输出控制，根据基本RS触发器的工作原理，就可以决定触发器输出端的状态。
（4）开关放电晶体管管和输出缓冲级：放电晶体管为T，也可作为集电极开路使用。反相器构成输出级，可提高带负载能力。
2、工作原理
综上所述，根据图8.1(a)所示电路结构，可以很容易得到555电路的功能表。见表8.1所示。其逻辑符号及引脚排列见图8－1(b)所示。
表8.1 5G555的功能表
输入
输出
R端
TH
TR
OUT端
放电管T
0
╳
╳
0
导通
1
1
1
0
导通
1
0
0
1
截止
1
0
1
不变
不变
≥
<
<
≥
<
≥
（1）构成单稳态触发器
由555电路构成的单稳态定时电路如图8.2（a）所示，该电路利用电容、电阻
构成的积分电路来延时的，定时电容CT接到6 脚、7脚和地之间，通过电阻RT给电容CT 充电，电容器的电压为uc，当内部晶体管T导通时，可以把电容器储存的电荷迅速释放，使电容器的电压迅速下降到0，2脚作为触发器的输入端，采用负脉冲触发。
当电源接通后，因为UTH< UREF1， > UREF2，所以，当555电路输出为0时，内部晶体管T导通，电容CT不能充电，电路将保持输出为0的稳定状态；若555电路输出为1时，内部晶体管T截止，电容CT通过RT充电。当电容CT的电压上升到UC=UTH＋UREF1时，555电路输出变成0，晶体管T导通，电容CT通过晶体管T把存储的电荷释放，使UTH迅速小于UREF1 ，使555输出电路变为0的稳定状态。由此可知，不论在哪种情况下，电源接通后，电路均会自动处于稳态。
当在输入端加一负向触发脉冲时，由于 < UREF2 ，使555输出变为1，内部晶体管T截止，电路进入暂稳态，电容CT通过RT充电。充电的快慢取决于CT和RT的值。输出的脉宽取决于电容电压自0V上升到 UCCV所需要的时间，脉宽为：tW＝1.1RTCT。当电容上的电压上升到uC=UTH= UREF1 时，555电路输出为0，由于T导通，CT通过T把储存的电荷释放，使UTH迅速小于 UREF1 ，电路重新进入555输出为0的稳定状态。电路波形如图8.2（b）所示。
图8－2 单稳态触发器
t
t
t
uCC
uI
uO
tw
tw
Ucc
0
0
0
（b）
+UCC
（a）
3
8
4
555
5
2
1
6
uO
uI
0.01mF
RT
CT
（2）构成多谐振荡器
用555电路构成的多谐振荡器电路见图8.3（a）所示。
当电源接通时，UREF1= UCC，UREF2= UCC ， =0 ，UTH =0。所以555电路输出为1，内部晶体管T截止，电容CT通过R1和R2充电。随着电容电压uC的升高，当UREF2<uc<UREF1 时，555电路输出保持原状态不变。当uC大于UREF1后，因 = UTH> UREF1，所以555电路输出变为0，内部晶体管T导通，于是电容CT通过RT和T放电，使uC电压下降。当UREF2<uc<UREF1 时，555电路输出保持不变。当uc<UREF2 时，555电路输出再次变为1，内部晶体管T再次导通，重复上述过程，结果在输出端得到了如图8.3（b）所示的波形。该电路输出矩形波的周期取于电容的充、放电的时间常数。其充电时间常数为： T1= (R1+R2)CT
放电时间常数为： T2=R2CT
输出矩形波的周期为： T=T1+T2=0.7(R1+R2) CT
+UCC
R1
555
8
4
7
6
2
3
5
1
R2
u0
0.01mF
CT
(a)
UCC
t
t
o
o
uC
uC
UCC
t2
t1
(b)
图8.－3 多谐振荡器
改变充、放电的时间常数就可以改变矩形波的周期和脉宽。
（3）构成施密特触发器
将555电路的2脚和6 脚连接到一起作为输入端，5脚通过0.01μF的电容接地，4脚和8脚相连接就构成了施密特触发器，其电路图见图8.4（a）所示。UREF1＝ UCC，UREF2＝ UCC。设输入信号uI为图所示，uI自0逐渐增大，在uI< UREF1，uI< UREF2时，UTH <UREF1 、 <UREF2, 则555电路输出为1。当uI上升到UREF2< uI< UREF1时，即UTH < UREF1 、 >UREF2, 555 电路输出保持原状态不变；当uI上升到uI>UREF1时，即UTH > UREF1, > UREF2， 555 电路输出为0；若uI再上升,输出状态将保持不变；当uI上升到最大值后，开始下降，在UREF2< uI< UREF1时，555 电路输出仍保持不变，直到uI< UREF2时，555 电路输出又变为1，其输出电压的变化见图8.4(b) 所示。
+UCC
（a）
3
8
4
555
5
2
1
6
uO
uI
0.01mF
图8－4 施密特触发器
15.7.2
uO
uI
t
t
UCC
UHT
ULT
0
0
（b）
由以上分析可知电路的回差电压为： =UHT—ULT= UREF1—UREF2= UCC ，若要求回差电压可调, 可在5脚接入电压UCo，此时，UTH=UCO、ULT= UCO。回差电压为 = UCO。所以，只要改变外加电压UCO的值，就可以改变回差电压的大小。
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