探析555集成電路

蘆安斌

摘要：蘇教版《電子控制技術(shù)》教材中有大量555集成電路圖，由于教師的專業(yè)素養(yǎng)和教材原因，我們的通用技術(shù)教師在教學(xué)中遇到很多困難。本文先從555集成電路的分類和特征，等效電路結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行闡述，進(jìn)而對(duì)教材的兩個(gè)555集成電路例子分別進(jìn)行錯(cuò)誤糾正和電路分析，讓我們教師能正確認(rèn)識(shí)555集成電路邏輯原理以及能對(duì)常見555集成電路進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：555集成電路；工作原理；電路分析

浙江省教育改革走在全國(guó)前列，從2014屆開始，通用技術(shù)中的《電子控制技術(shù)》作為高考的選考內(nèi)容，這對(duì)于全省通用技術(shù)教師教學(xué)來說是個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。大多數(shù)教師不是電子技術(shù)專業(yè)出身，有些從物理教師轉(zhuǎn)行過來，更甚的是從生物、化學(xué)、文科等教師中轉(zhuǎn)行過來，對(duì)電子技術(shù)專業(yè)知識(shí)相當(dāng)?shù)膮T乏，且現(xiàn)使用的蘇教版《電子控制技術(shù)》教材，沒有經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐檢驗(yàn)，所以教材中有些錯(cuò)誤的內(nèi)容沒有訂正。這樣情況下，我們有必要對(duì)555集成電路有全面的正確認(rèn)識(shí)，并能分析其在電路中的工作原理和實(shí)際應(yīng)用。

一、555集成電路命名規(guī)則和常見封裝形式

555集成電路芯片的生產(chǎn)廠家眾多，常見的有NE555、CA555、MC7555、CB7555.那它們的命名規(guī)則是怎樣的呢？

如果用TTL工藝制作的稱為雙極型集成電路，用CMOS工藝制作的稱為CMOS集成電路。所有雙極型集成電路型號(hào)最后3位數(shù)碼都是555；所有CMOS產(chǎn)品型號(hào)最后4位數(shù)碼都命名為7555；如果一個(gè)芯片上集成兩個(gè)555并共用一組電源叫雙定時(shí)器。雙極型雙定時(shí)器產(chǎn)品命名為556；CMOS雙定時(shí)器命名為7556。雙極型和CMOS型555定時(shí)器的功能和外部引腳的排列完全相同。

雙極型的555集成電路工作電壓為4.5V—15V，第3腳輸出（驅(qū)動(dòng)電流）可達(dá)200mA，可直接驅(qū)動(dòng)小型繼電器，但缺點(diǎn)是靜態(tài)電流也偏大。

CMOS型的7555集成電路工作電壓2—18V，靜態(tài)電流很小，只有80uA，特別適合于使用電池、低電源電壓場(chǎng)合。但7555的第3腳驅(qū)動(dòng)電流很小，只有1mA，不能直接驅(qū)動(dòng)繼電器，需要通過三極管的放大來驅(qū)動(dòng)繼電器。

二、555芯片等效電路結(jié)構(gòu)及工作原理

（1）555等效功能電路圖。

雖然很多半導(dǎo)體器件公司都生產(chǎn)各自型號(hào)的555集成電路，但其內(nèi)部電路大同小異，且都具有相同的引腳功能端。

555集成電路內(nèi)部等效電路圖

555集成電路由3個(gè)阻值為5kΩ的電阻組成的分壓器（555由此得名）、兩個(gè)電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電三極管TD和緩沖反相器G3組成。虛線邊沿標(biāo)注的數(shù)字為管腳號(hào)。其中1腳為接地端；2腳為低電平觸發(fā)端，由此輸入低電平觸發(fā)脈沖；6腳為高電平觸發(fā)端，由此輸入高電平觸發(fā)脈沖；4腳為復(fù)位端，輸入負(fù)脈沖（或使其電壓低于0.7V）可使555定時(shí)器直接復(fù)位；5腳為電壓控制端，在此端外加電壓可以改變比較器的參考電壓，不用時(shí)，經(jīng)0.01uF的電容接地，以防止引入干擾；7腳為放電端，555定時(shí)器輸出低電平時(shí)，放電晶體管TD導(dǎo)通，外接電容元件通過TD放電；3腳為輸出端，輸出高電壓約低于電源電壓1V—3V，輸出電流可達(dá)200mA，因此可直接驅(qū)動(dòng)繼電器、發(fā)光二極管、指示燈等；8腳為電源端，可在5V—15V范圍內(nèi)使用。

（2）555集成電路工作原理分析

5腳經(jīng)0.01uF電容接地，以防止引入干擾；比較器C1比較電壓為2/3VCC，C2的比較電壓為1/3VCC。

①當(dāng)R（__）=0時(shí)，Q（__）=1，uo=0，T飽和導(dǎo)通。

②當(dāng)R（__）=1、UTH>2VCC/3、UTR（____）>VCC/3時(shí)，C1=0、C2=1，Q（__）=1、Q=0，uo=0，T飽和導(dǎo)通。

③當(dāng)R（__）=1、UTH<2VCC/3、UTR（____）>VCC/3時(shí)，C1=1、C2=1，Q（__）、Q不變，uo不變，T狀態(tài)不變。

④當(dāng)R（__）=1、UTH<2VCC/3、UTR（____）

三、教材555電路案例分析

案例1.雞蛋孵化溫度控制器的設(shè)計(jì)電路圖如下（教材P99頁）

對(duì)于這個(gè)電路圖根據(jù)我們之前對(duì)555原理的分析，發(fā)現(xiàn)教材對(duì)該電路的設(shè)計(jì)和分析有錯(cuò)誤：

（1）圖中三個(gè)箭頭處應(yīng)加上圓點(diǎn)，表示電路是連接的。

（2）將 CB7555 改為 NE555，因CB7555 是 CMOS 型的集成電路，輸出電流只有1mA，驅(qū)動(dòng)能力不夠。NE55是雙極型集成電路，能輸出200mA，能直接驅(qū)動(dòng)繼電器。

（3）文字描述有誤。這里的 555 是工作于雙穩(wěn)態(tài)。

把熱敏電阻Rt1放入盛有37℃的水的燒杯中，調(diào)節(jié)可變電阻Rp1，使NE555的2腳電壓低于VCC/3，6腳的電壓低于2VCC/3，3腳輸出高電平，點(diǎn)亮V1，繼電器觸點(diǎn)J-1閉合，電熱器開始加熱。

案例2 555電路組成的水箱閉環(huán)電子控制系統(tǒng)電路圖（教材P104頁）

電路分析如下：

當(dāng)水位低于b點(diǎn)時(shí)，555電路中的AC和BC都斷開，所以2腳和6腳輸入都是低電平，由555邏輯功能表分析可知，3腳輸出高電平，V4飽和導(dǎo)通，繼電器J吸合，電動(dòng)機(jī)M工作抽水。由于3腳高電平，所以V1導(dǎo)通，打水指示燈亮。7腳輸出狀態(tài)是高電平V2截止，有水指示燈不亮。

電動(dòng)機(jī)M抽水時(shí)，水位上升，如果在ab之間，相當(dāng)于BC導(dǎo)通，AC斷開，則2腳輸入為高電平（大于VCC/3），6腳為低電平（小于2VCC/3），由555邏輯功能表分析可知，3腳輸出狀態(tài)不變，由原來的狀態(tài)決定，即3腳輸出高電平，V4飽和導(dǎo)通，繼電器J吸合，電動(dòng)機(jī)M還是繼續(xù)工作抽水；由于3腳高電平，所以V1導(dǎo)通，打水指示燈亮。7腳輸出狀態(tài)是高電平V2截止，有水指示燈不亮。

當(dāng)水位到達(dá)a時(shí)，AC接通，6腳主電平（大于2VCC/3），則3腳和7腳輸出低電平，則V4和V1截止，繼電器J斷開，電動(dòng)機(jī)M停止抽水，V1打水指示燈滅。由于7腳低電平，則V2導(dǎo)通，則有水指示燈亮。

當(dāng)水位下降時(shí)，AC斷開，BC接通，則6腳輸入是低電平（小于2VCC/3），而2腳輸入是高電平（大于VCC/3），3腳輸出狀態(tài)保持不變，即輸出為低電平，抽水機(jī)不工作。

當(dāng)水位下降到b時(shí)，電路工作情況跟（1）一樣，抽水機(jī)又工始工作，又重復(fù)前面的周期運(yùn)行情況。

以上是對(duì)教材兩例的糾錯(cuò)和電路原理分析，但555電路的應(yīng)用有很多種，如接成單穩(wěn)態(tài)電路，可用在555觸摸定時(shí)開關(guān)和定時(shí)器；還可以外接電容器，組成多諧振蕩器，我們教師首先掌握555電路等效功能電路和基本的邏輯關(guān)系，對(duì)于實(shí)際電路也可以通過上面例子的分析方法，相信一定能理解其他555電路工作原理的，在電子控制技術(shù)教學(xué)中會(huì)更加得心應(yīng)用，心中有底氣。

參考文獻(xiàn)：

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