555時基電路及其應(yīng)用（一）
1972年美國Signetics公司研制出TimerNE555雙極型時基電路，1974年該公司又在同一塊基片上將兩個雙極型555單元集成在一起，取名為NE556。1978年美國IntersiI公司研制成功CMOS型時基電路ICM555、雙時基電路ICM556和四時基電路ICM558。隨后，日本、西歐和中國等大公司和廠家也競相仿制、生產(chǎn)?，F(xiàn)在，不論哪個廠家都在其代表本公司或廠家器件符號后面保留××555或××556的三位數(shù)字，足以說明555使用的通用性和應(yīng)用的廣泛性。
國外的555器件型號有：SE-555/NE555；SE-555/NE-555；LM555；LC-555；CA555/CA555C；HA555；TA555；AN555；LA555；TDA555等。
國產(chǎn)的555器件型號有：5G1555/5G7555；CH7555/CH7556；FD555；XT555；FX555/SL555等。但要注意，并不是所有的帶555數(shù)字的集成塊都是時基集成電路，如MMV555、AD555和AHD555等都不是時基集成電路。
【應(yīng)用范圍】大量用應(yīng)于電子控制、電子檢測、儀器儀表、家用電器、音響報警、電子玩具等多方面?？捎米髡袷幤?、脈沖發(fā)生器、延時發(fā)生器、定時器、方波發(fā)生器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)振蕩器、雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器、自由多諧振蕩器、鋸齒波產(chǎn)生器、脈寬調(diào)制器、脈位調(diào)制器等等。
【電路特點】555時基電路的廣泛應(yīng)用，在于器件本身具有的特點：
①將模擬電路和數(shù)字電路組合而成。這種將模擬和數(shù)字電路功能兼容為一體，能夠生產(chǎn)精確的時間延遲和振蕩。它拓寬了模擬集成電路的應(yīng)用范圍，是聯(lián)系模擬與數(shù)字兩個領(lǐng)域的經(jīng)典橋梁。
②電路采用單電源。雙極型555的電壓范圍為4.5V～15V，而CMOS型555電源適應(yīng)范圍更寬，為2V～18V。選用555電路，一方面使電路供電趨于簡單，另一方面，可以使模擬運算放大器和TTL或CMOS數(shù)字電路共用一套電源。
③555獨立構(gòu)成一個定時電路，且定時精度高。
④負(fù)載能力較強(qiáng)。555的最大輸出電流達(dá)200mA（VDD=15V），可以直接驅(qū)動小電機(jī)、揚聲器和繼電器等。
⑤通用性好。不論國產(chǎn)的還是國外的器件，同型號的基本上可以相互代換。在大多數(shù)場合下CMOS型555/556可以直接替換雙極型的555/556。
⑥CMOS型555/556比雙極型的555/556的輸出驅(qū)動電流要小一些，但多數(shù)電參數(shù)有所改善，靜態(tài)電流只有300μA，觸發(fā)端和復(fù)位端的輸入電阻高達(dá)1010Ω，工作電源范圍也更寬。
⑦引腳功能齊全，外圍器件少，調(diào)整簡單。
【器件封裝】555時基集成塊封裝一般有三種：一種是做成8腳圓形TO-99型；另一種是8腳雙列直插式DIP-8型。556為14腳雙列直插式DIP-14型。8腳圓形TO-99封裝的只限于555集成電路使用。
CMOS型555/556與雙極型的555/556封裝及管教排列完全相同，國產(chǎn)與國外的同型號產(chǎn)品封裝及管教排列完全一致，可以互換。
【引腳功能】555時基集成電路內(nèi)部是由20多個晶體三極管、數(shù)個晶體二極管和10多個電阻組成的定時器，具有分壓器、比較器、觸發(fā)器和放電器等功能的電路。不同的雙極型555時基集成電路的內(nèi)部電路構(gòu)成大同小異，其等效功能電路圖如下：
由555等效電路圖可見，三個5kΩ電阻組成的分壓器，使電路內(nèi)部的兩個電壓比較器A1、A2構(gòu)成一個電平觸發(fā)器，后連接基本R-S觸發(fā)器，上觸發(fā)電平為?VDD，下觸發(fā)電平為?VDD。在⑤腳控制端外接一個參考電源VC，可以改變上、下觸發(fā)電平值。比較器A1的輸出同或非門1的輸入端相連，比較器A2的輸出端接到或非門2的輸入端。由于兩個或非門組成的R-S觸發(fā)器必須用負(fù)極性信號觸發(fā)，因此，加到比較器A1同相端⑥腳的觸發(fā)信號，只有當(dāng)高于反相端⑤腳的電平時（?VDD）時，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，只有當(dāng)電平低于A2同相端的電平（?VDD）時，R-S觸發(fā)器才能翻轉(zhuǎn)。
加到②、④和⑥腳的輸入信號不一定是邏輯信號，也可以是模擬信號。
只要②腳的電平低于?VDD時，即有觸發(fā)信號使R-S觸發(fā)器才能翻轉(zhuǎn)，③腳為高電平。而當(dāng)⑥腳的電平高于?VDD、且同時②腳的電平高于?VDD時，才能使③輸出低電平。
④腳為復(fù)位端。當(dāng)④腳電平高于1.4V時，此時，③輸出電平的高低只取決于②和⑥腳的電平。當(dāng)④腳電平低于0.3V時，②和⑥腳的電平高低不起作用，③輸出低電平、⑦為低電平。
引腳功能可以參見下列真值表。不僅能夠反映出555的整體功能，也是實際應(yīng)用時應(yīng)該遵循的基本原則。
| 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 | 保持原電平 | 保持 |
| 電平 | ※ | ※ | ＜0.3V | 低電平 | 低電平 |
注：※-表示任意狀態(tài)。懸空狀態(tài)-可視為高阻狀態(tài)。
【引腳細(xì)解】將555（或1/2 556）一個時基單元，各引腳的功能做以說明：
1.電源引腳
⑴VDD或VCC外接電源正端（⑧腳）。雙極型555可外接4.5～16V，CMOS型的接3～18V電源。一般說來，電路的定時精度受電源電壓影響極小，該誤差通常小于0.05%V。
⑵VSS或GND外接電源負(fù)端（①腳）。在通常情況下與地相連，該電位比其他它管腳的地位都低。
2.輸入功能端
⑴觸發(fā)端或稱置位端（②腳）。當(dāng)該端的電壓低于?VDD時，可使觸發(fā)器處于置位狀態(tài)，即輸出端處于邏輯“1”電平。該端允許外加電壓范圍為0～VDD。
⑵閾值電壓端或高位觸發(fā)（⑥腳）。其閾值電平為?VDD，當(dāng)該端的電壓大于?VDD時，可使觸發(fā)器復(fù)位，即輸出端處于“0”電平。該端允許外加電壓范圍為0～VDD。相連，若在此端加入外部電壓，可改變555內(nèi)兩個A1和A2的比較基準(zhǔn)電壓，從而控制電路的翻轉(zhuǎn)的門限，以改變產(chǎn)生的脈沖寬度或頻率。當(dāng)不用時，應(yīng)將該端接一只0.01μF的電容器到地。
⑷強(qiáng)制復(fù)位端（④腳）。當(dāng)該端外加電壓低于0.3V，即輸出端處于“0”電平時，定時過程中斷。不論觸發(fā)端（②和⑥腳）處于何種電平，電路始終處于復(fù)位狀態(tài)，即輸出端處于“0”電平。該端允許外加電壓范圍為0～VDD，若不使用時應(yīng)與VDD相連。
3.輸出功能端
⑴放電端（⑦腳）。該端與電路內(nèi)部放電管相連，作為定時電容的放電通道。
⑵輸出端（③腳）。電路連接負(fù)載端，通常該腳為低電平“0”，在定時期間為高電平“1”。
各引出端的功能，可參照555等效功能電路圖和引出端真值表。
【主要參數(shù)】雙極型與CMOS型555主要電參數(shù)，參見下表：
| 名 稱 | 符 號 | 雙 極 型 | CMOS型 | 單 位 |
| 電源電壓 | VDD(VCC) | 4.5～15 | 3～15 | V |
| 靜態(tài)電流 | IDD(ICC) | 10 | 0.2 | mA |
| 定時精度 | | 1 | 1 | %V |
| 置位電流 | Is | 1μA | 1pA | μA/pA |
| 主復(fù)位電流 | IMR | 100μA | 50pA | μA/pA |
| 復(fù)位電流 | IR | 1μA | 100pA | μA/pA |
| 驅(qū)動電流 | IV | 200 | 與VDD大小有關(guān) | mA |
| 放電電流 | IDIS | 200 | 與VDD大小有關(guān) | mA |
| 最高工作頻率 | fmax | 300 | 500 | kHz |
【性能比較】不同工藝和生產(chǎn)流程，使得雙極型555和CMOS型555集成電路性能即有共同點，更有技術(shù)指標(biāo)的差異性。
1.兩者的共同點
⑴兩者功能大體相同，外形和管腳排列一致，在大多數(shù)應(yīng)用場合可以直接替換。
⑵均使用單一電源，適用電源范圍大，可與TTL、HTL、CMOS型數(shù)字邏輯電路等共用電源。
⑶555輸出為全電源電平，可與TTL、HTL、CMOS型電路直接接口。
⑷電源電壓變化對振蕩頻率和定時精度影響小。對定時精度的影響僅0.05%V，且溫度穩(wěn)定性好，溫度漂移不高于50ppm/℃。
2.兩者的差異
⑴CMOS型555的功耗僅為雙極型的幾十分之一，靜態(tài)電流僅為300pA左右，屬微功耗電路。
⑵CMOS型555的電源電壓可低至2～3V；各輸入端電流均為pA量級。
⑶CMOS型555的輸出脈沖的上沿和下沿比雙極型的要陡，轉(zhuǎn)換時間短。
⑷CMOS型555在傳輸過渡時間里產(chǎn)生的尖峰電流小，僅為2～3mA；而雙極型的尖峰電流高達(dá)300～400mA。
⑸CMOS型555的輸入阻抗比雙極型的要高幾個數(shù)量級，高達(dá)1010Ω。
⑹CMOS型555的驅(qū)動能力差，輸出電流僅為1～3mA而雙極型的輸出電流可達(dá)200mA。
3.選用雙極型555和CMOS型555集成電路的一般原則
⑴熟悉兩者的主要電參數(shù)和電路的各自特點。
⑵在要求定時長、功耗小、負(fù)載輕的場合，宜選用CMOS型的555；而在負(fù)載重、驅(qū)動電流較大和電壓較高的場合，宜選用雙極型555。
⑶雙極型555的沖擊峰值電流大，在電路中應(yīng)加電源濾波大容量電容。
⑷雙極型555一般在電壓控制功能端加一去耦電容（0.01～0.1μF），而CMOS型的可不加。
⑸CMOS型555若驅(qū)動較大的負(fù)載，可在輸出端加接小功率三極管作為驅(qū)動接續(xù)電路，例如射極跟隨器等。
