探析555集成电路

芦安斌

摘要：苏教版《电子控制技术》教材中有大量555集成电路图，由于教师的专业素养和教材原因，我们的通用技术教师在教学中遇到很多困难。本文先从555集成电路的分类和特征，等效电路结构及工作原理进行阐述，进而对教材的两个555集成电路例子分别进行错误纠正和电路分析，让我们教师能正确认识555集成电路逻辑原理以及能对常见555集成电路进行分析。

关键词：555集成电路；工作原理；电路分析

浙江省教育改革走在全国前列，从2014届开始，通用技术中的《电子控制技术》作为高考的选考内容，这对于全省通用技术教师教学来说是个严峻的挑战。大多数教师不是电子技术专业出身，有些从物理教师转行过来，更甚的是从生物、化学、文科等教师中转行过来，对电子技术专业知识相当的匮乏，且现使用的苏教版《电子控制技术》教材，没有经过教学实践检验，所以教材中有些错误的内容没有订正。这样情况下，我们有必要对555集成电路有全面的正确认识，并能分析其在电路中的工作原理和实际应用。

一、555集成电路命名规则和常见封装形式

555集成电路芯片的生产厂家众多，常见的有NE555、CA555、MC7555、CB7555.那它们的命名规则是怎样的呢？

如果用TTL工艺制作的称为双极型集成电路，用CMOS工艺制作的称为CMOS集成电路。所有双极型集成电路型号最后3位数码都是555；所有CMOS产品型号最后4位数码都命名为7555；如果一个芯片上集成两个555并共用一组电源叫双定时器。双极型双定时器产品命名为556；CMOS双定时器命名为7556。双极型和CMOS型555定时器的功能和外部引脚的排列完全相同。

双极型的555集成电路工作电压为4.5V—15V，第3脚输出（驱动电流）可达200mA，可直接驱动小型继电器，但缺点是静态电流也偏大。

CMOS型的7555集成电路工作电压2—18V，静态电流很小，只有80uA，特别适合于使用电池、低电源电压场合。但7555的第3脚驱动电流很小，只有1mA，不能直接驱动继电器，需要通过三极管的放大来驱动继电器。

二、555芯片等效电路结构及工作原理

（1）555等效功能电路图。

虽然很多半导体器件公司都生产各自型号的555集成电路，但其内部电路大同小异，且都具有相同的引脚功能端。

555集成电路内部等效电路图

555集成电路由3个阻值为5kΩ的电阻组成的分压器（555由此得名）、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电三极管TD和缓冲反相器G3组成。虚线边沿标注的数字为管脚号。其中1脚为接地端；2脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲；6脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；4脚为复位端，输入负脉冲（或使其电压低于0.7V）可使555定时器直接复位；5脚为电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时，经0.01uF的电容接地，以防止引入干扰；7脚为放电端，555定时器输出低电平时，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；3脚为输出端，输出高电压约低于电源电压1V—3V，输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等；8脚为电源端，可在5V—15V范围内使用。

（2）555集成电路工作原理分析

5脚经0.01uF电容接地，以防止引入干扰；比较器C1比较电压为2/3VCC，C2的比较电压为1/3VCC。

①当R（__）=0时，Q（__）=1，uo=0，T饱和导通。

②当R（__）=1、UTH>2VCC/3、UTR（____）>VCC/3时，C1=0、C2=1，Q（__）=1、Q=0，uo=0，T饱和导通。

③当R（__）=1、UTH<2VCC/3、UTR（____）>VCC/3时，C1=1、C2=1，Q（__）、Q不变，uo不变，T状态不变。

④当R（__）=1、UTH<2VCC/3、UTR（____）

三、教材555电路案例分析

案例1.鸡蛋孵化温度控制器的设计电路图如下（教材P99页）

对于这个电路图根据我们之前对555原理的分析，发现教材对该电路的设计和分析有错误：

（1）图中三个箭头处应加上圆点，表示电路是连接的。

（2）将 CB7555 改为 NE555，因CB7555 是 CMOS 型的集成电路，输出电流只有1mA，驱动能力不够。NE55是双极型集成电路，能输出200mA，能直接驱动继电器。

（3）文字描述有误。这里的 555 是工作于双稳态。

把热敏电阻Rt1放入盛有37℃的水的烧杯中，调节可变电阻Rp1，使NE555的2脚电压低于VCC/3，6脚的电压低于2VCC/3，3脚输出高电平，点亮V1，继电器触点J-1闭合，电热器开始加热。

案例2 555电路组成的水箱闭环电子控制系统电路图（教材P104页）

电路分析如下：

当水位低于b点时，555电路中的AC和BC都断开，所以2脚和6脚输入都是低电平，由555逻辑功能表分析可知，3脚输出高电平，V4饱和导通，继电器J吸合，电动机M工作抽水。由于3脚高电平，所以V1导通，打水指示灯亮。7脚输出状态是高电平V2截止，有水指示灯不亮。

电动机M抽水时，水位上升，如果在ab之间，相当于BC导通，AC断开，则2脚输入为高电平（大于VCC/3），6脚为低电平（小于2VCC/3），由555逻辑功能表分析可知，3脚输出状态不变，由原来的状态决定，即3脚输出高电平，V4饱和导通，继电器J吸合，电动机M还是继续工作抽水；由于3脚高电平，所以V1导通，打水指示灯亮。7脚输出状态是高电平V2截止，有水指示灯不亮。

当水位到达a时，AC接通，6脚主电平（大于2VCC/3），则3脚和7脚输出低电平，则V4和V1截止，继电器J断开，电动机M停止抽水，V1打水指示灯灭。由于7脚低电平，则V2导通，则有水指示灯亮。

当水位下降时，AC断开，BC接通，则6脚输入是低电平（小于2VCC/3），而2脚输入是高电平（大于VCC/3），3脚输出状态保持不变，即输出为低电平，抽水机不工作。

当水位下降到b时，电路工作情况跟（1）一样，抽水机又工始工作，又重复前面的周期运行情况。

以上是对教材两例的纠错和电路原理分析，但555电路的应用有很多种，如接成单稳态电路，可用在555触摸定时开关和定时器；还可以外接电容器，组成多谐振荡器，我们教师首先掌握555电路等效功能电路和基本的逻辑关系，对于实际电路也可以通过上面例子的分析方法，相信一定能理解其他555电路工作原理的，在电子控制技术教学中会更加得心应用，心中有底气。

参考文献：

[1]顾建军.电子控制技术[M].江苏凤凰教育出版社.2004：99-100，104.

[2]陈永甫.新编555集成电路应用800例[M].电子工业出版社.2000.