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555
定时器及基本应用
摘要：
555
定时器是一种模拟和数字功能相结合
的中规模集成器件。一般用双极性
工艺制作的称为
555
，用
CMOS
工艺制作的称为
7555
，除单定时器外，还有对应的双定
时器
556/7556
。
555
定时器的电源电压范围宽，
可在
5~16V
工作，
最大负载电流可达
200mA
，
7555
可在
3~18V
工作，最大负载电流可达
4mA
，因而
其输出可与
TTL
、
CMOS
或者模拟电
路电平兼容。
555
定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现
多谐振荡器
、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器
广泛应用于仪
器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
<
/p>
关键词
：
555
定时器，施密特触发器，多谐振荡器，单稳态触发器
引言：<
/p>
随着电子技术的发展，尤其是消费类电子的日益普及，
555
定时器的使用量
也在飞速增长。
在购买和使
用
555
定时器时，
人们对
555
定时器的性能要求也逐渐提高。
555
定时器最重要的两个性能为电池的容量和电池的内阻，电池容量与电池内阻存在密
切的关系。一般而言
,
电池的容量越大
,
内阻就越小。电池
内阻的大小及其变化可反应
电池内部的变化。电池内阻大，电池放电电压平台低，电池输
出功率小，电池充电时电
压高，高倍率快速充电时，电池会产生大量的热，使充电效率降
低，降低电池性能。可
见电池内阻的大小是衡量电池性能好坏的重要指标
,
准确测量电池内阻具有重要意义。
目前
,
测量电池内阻的方法主要有加载降压法、短路电流法、电桥法、交流电流
法、双量
程测量法、电位差计法等。这些方法各有利弊
,
普遍问题是测量步骤较繁琐
,
有些测
量
方法存在着不可忽视的测量误差
,
甚至某些测量方法
(
因电池放电时间过长等
)
对电池的
寿命有一定影响。本文将以论证的方式介绍一种
较容易、准确测量电池内阻和电池容量
的方法。
一、
555
定时器简介
555
定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现
多谐振
荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作
为定时器广泛应用
于仪器仪表、
家用电器、
电子测量及自动控制等方面。
555
定
时器的内部电路框图和外引脚排列图
分别如图
2.9.1
和图
2.9.2
所示。
它内
部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个
RS
触发器，一个放电管
T
及功率输出级。它提供两个基准电压
VCC /3
和
2VCC /3
。
1
555
定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制
RS
触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当
5
脚悬空时，则电
压比较器
C1
的同相输入端的电压为
2VCC
/3
，
C2
的反相输入端的电压为
VCC
/3<
/p>
。
若触发输入端
TR
的电压小于
VCC
/3
，
则比较器
C2
的输出为
0
，
可使
RS
触发器置
1
，使输出端
OUT=1
。如果阈值输入端
TH
的电压大于
2VCC/3
，同
时
TR
端的电压大于
VCC
/3
，
则
C1
的输出为
0
，
C2
的输出为
1
，
可将
RS
触
发器置
0
，使输出为
0
电平。
它的各个引脚功能如下：
1
脚：外接电源负端
VSS
或接地，一般情况下接地。
8
脚：外
接电源
VCC
，双极型时基电路
VCC
的范围是
4.5 ~ 16V
，
CMOS
型时基电路
VCC
< br>的范围为
3 ~ 18V
。一般用
5V
。
3
脚：输出端
Vo
2
脚：低触发端
6
脚：<
/p>
TH
高触发端
4
脚：是
直接清零端。当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、
TH
处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5
脚：<
/p>
VC
为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器<
/p>
的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只
0.01
μ
F
电容接地，以防
引
入干扰。
7
脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
集成
555
定时器是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合
在一起的中规模集成电路，因集成电路内部含有
3
个
5
千欧
电阻而得名，在控制、定时、检测、放声、报警等方面有着
2
广泛的应用。
1.
电路组成
：
图一是
555
定时器的电路结构图，它由五个部分组成
:
< br>（
1
）比较器：电压比较器
C1
和
C2
是两个结构完全相同的理想运算
放大器。比
较器有两个输入端，分别用
U+
和
U-
表示相应输入端上所加的电压，用
< br>u c
表示
比较器的比较结果。当
U+>U-
时
,u c= u h;
而
<
br>） <
br>Q=0 构成开关，
U+
时，
u
c
＝
u l
。
（
2
）分压器：三个阻值均为
5k
Ω
的电阻串联起来构成分压器，为比较器
C1
和
C2
提
供参考电压。
工作中不用
CO <
/p>
端时，
一般都通过一个
0.01
μ
F
的电容接地，
以旁
路高频干扰。
（
3
基本
RS
触发器：
由两个与非门组成，
是可从外部进行置
0
的直接复位端。
当
R= 0
时，使
；当
S=1
时，
Q=1
。
（
4
）
晶体管开关
（放电
管）
:
晶体管
TD
其状态受端控制。
当
Q
＝
1
时，
晶体管截止
;
而当
Q
＝
0
时，晶体管导通。
（
5
）输出缓冲器：输出缓冲器就是接在输出端的反相器
G3
，其作用是提高定时
器的带负载能力和隔离负载对定时器
的影响。
2:
功能分析
当
RD =0
时
, Q=0,
输出电压
Uo=UoL
为低电平
,TD
饱和导通
;
当
RD =1,U TH> 2/3Vcc, UTR>
1/3Vcc
时
,
电压比较器
C1
输出有效低电平
,
C2
输出高电平
,
基本
RS
触发器的
R
端输入有效电平
,
所以
Q=0,
Uo=UOL,TD
饱
和导通
;
当
RD =1, UTH< 2/3Vcc,UTR>
1/3Vcc
时
, C1
和
C2
均输出高电平
(
均为无
效电平
) ,
基本
RS
触发器保持原来状态不变
,
因此
U o
和
TD
也保持原来状态
不变
;
当
RD =1, UTH< 2/3Vcc, UTR <
1/3Vcc
时
,
C1
输出高电平
,
C2
输出有效低
电平
,
基本
RS
触发器的
S
端输入有效电平
,
所以
Q =1, U o=UoL,TD
截止
;
当
RD =1,U TH> 2/3 Vcc, UTR <
1/3Vcc
时
, C1
和
C2
都输出低电平
,
对
基本
RS
触发器而言其输入是约束要避免出现的情况
.
此时
Q =1, Uo=Uoh, TD
截止
,
但
U TH
< br>、
UTR
同时变为无效时
, <
/p>
其状态不能确定
.
这
输入
UTH
×
>2/3Vcc
< 2/3Vcc
< 2/3Vcc
UTR
×
> 1/3Vcc
<1/3Vcc
> 1/3Vcc
RD
0
1
1
1
U0
0
0
1
不变
输出
TD
状态
导通
导通
截止
不变
5
二
555
定时器的应用
（一）
、用
555
定时器构成施密特触发器
施密特触发器可
将输入缓慢变化的波形整形成为符合数字电路要求的矩形脉
冲。由于其具有滞回特性，所
以具有较强的干扰能力，因此，它在脉冲的整形和产
生方面有着广泛的应用。
1.
具体分析：
将
555
定时器的
UI1
和
UI2
输入端连在一起作号的输入端，即可组成施密特触
< br>发器，如图示
2
示。为了防止高频干扰，提高比较器参考
电压的稳定性，通常将
5
脚通过
0.0
1uF
电容接地。
如果输入电压是一
个正弦波，当
UI
从
0
逐渐增大时，若
<
br>UI
uI
时，比较器
C1
输出高电平，
C2
输出低电平，是基本
RS
触发器置
1<
/p>
，则输出
u0=1;
若
增加到
uI>2Vcc/3
时，比较器
C1
输出低电平，
C2
输出高电平，基本
RS
触发器置
0
，则输
出
u0=0.
当
uI
从高电平逐渐下降到
Vcc/3
时，比较器
C1
和
C2
输出均为
1
，
基本
RS
触发器保持原状态，进而使
u0
保持不变。若
uI
继续减小到
时， 加上控制电压，则可改变回差电压的值，回差电压越大，电路
UI
比较器
C2
输出
0
，基本
RS
触发器置
1
，输出
u0
也随
之跳变为高电平
1.
如此连续变
化，在
输出端就得到一个矩形波，其工作波形如图三所示。
从工作波形可以看出：上限阈值电压
=2Vcc/3
，下限阈值电压
=Vcc/3,
回差电
压
=Vcc/3.
如果在
5
脚
UIc
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