555時基積體電路的工作原理與套用
它設計新穎，構思奇巧，用途廣泛，備受電子
專業設計人員和電子愛好者的青睞，人們將其戲稱為偉大的小IC。1972年，美國西格尼蒂克斯公司(Signetics)研製出Tmer ne555雙極型
時基電路，設計原意是用來取代體積大,定時精度差的熱延遲繼電器等機械式延遲器。但該器件投放市場後，人們發現這種電路的套用遠
遠超出原設計的使用範圍，用途之廣幾乎遍及電子套用的各個領域，需求量極大。美國各大公司相繼仿製這種電路 1974年西格尼蒂克斯
公司又在同一基片上將兩個雙極型555單元集成在一起，取名為NF556。1978年美國英特錫爾公司(Intelsil)研製成功CMOS型時基電路
ICM555 1CM556,後來又推出將四個時基電路集成在一個晶片上的四時基電路558 由於採用CMOS型工藝和高度集成，使時基電路的套用從
民用擴展到火箭、飛彈,衛星,航天等高科技領域。在這期間，日本、西歐等各大公司和廠家也競相仿製、生產。儘管世界各大半導體或
器件公司、廠家都在生產各自型號的555/556時基電路，但其內部電路大同小異，且都具有相同的引出功能端。圖中示出了美國無線電
公司生產的CA555時基電路的內部等效電路圖。如下555基時電路
| 555基時電路 |
555基時電路鑒於各種雙極型的555集成塊的內部電路大同小異，下面我們以CA555為例分析其內部電路和原理。從CA555時基電路的內部等效電路圖中
可看到，VTL-VT4、VT5、VT7組成上比較器Al，VT7的基極電位接在由三個5kΩ電阻組成的分壓器的上端，電壓為⅔VDD；VT9-VT13組成下
比較器A2，VTl3的基極接分壓器的下端，參考電位為⅓VDD。在電路設計時，要求組成分壓器的三個5kΩ電阻的阻值嚴格相等，以便給出
比較精確的兩個參考電位⅓VDD和⅔VDD。VTl4-VTl7與一個4.7kΩ的正反饋電阻組合成一個雙穩態觸發電路。VTl8-VT21組成一個推挽式
功率輸出級，能輸出約200mA的電流。VT8為復位放大級，VT6是一個能承受50mA以上電流的放電晶體三極體。雙穩態觸發電路的工作狀態
由比較器A1、A2的輸出決定。
555時基電路的工作過程如下：當2腳，即比較器A2的反相輸入端加進電位低於⅓VDD的觸發信號時，則VT9、VTll導通，給雙穩態觸發器
中的VTl4提供一偏流，使VTl4飽和導通，它的飽和壓降Vces箝制VTl5的基極處於低電平，使VTl5截止，VTl7飽和，從而使VTl8截止，
VTl9導通，VT20完全飽和導通，VT21截止。因此，輸出端3腳輸出高電平。此時，不管6端(閾值電壓)為何種電平，由於雙穩態觸發器
(VTl4-VTl7)中的4．7kΩ電阻的正反饋作用(VTl5的基極電流是通過該電阻提供的)，3腳輸出高電平狀態一直保持到6腳出現高於⅓VDD
的電平為止。當觸發信號消失後，即比較器A2反相輸入端2腳的電位高於⅓VDD，則VT9、VTll截止，VTl4因無偏流而截止，此時若6腳
無觸發輸入，則VTl7的Vces飽和壓降通過4.7kΩ電阻維持VTl3截止，使VTl7飽和穩態不變，故輸出端3腳仍維持高電平。同時，VTl8的
截止使VT6也截止。當觸發信號加到6腳時，且電位高於⅔VDD時，則VTl、VT2、VT3皆導通。此時，若2腳無外加觸發信號使VT9、VTl4
截止，則VT3的集電極電流供給VTl5偏流，使該級飽和導通，導致VTl7截止，進而VTl8導通，VTl9、VT2。都截止，VT21飽和導通，故3
腳輸出低電平。當6腳的觸發信號消失後，即該腳電位降至低於⅔VDD時，則VTl、VT2、VT3皆截止，使VTl5得不到偏流。此時，若2腳仍
無觸發信號，則VTl5通過4.7kΩ電阻得到偏流，使VTl5維持飽和導通，VTl7截止的穩態，使3腳輸出端維持在低電平狀態。同時，VTl8的
導通，使放電級VT6飽和導通。通過上面兩種狀態的分析，可以發現：只要2腳的電位低於⅓VDD，即有觸發信號加入時，必使輸出端3腳
為高電平；而當6腳的電位高於⅔VDD時，即有觸發信號加進時，且同時2腳的電位高於⅓VDD時，才能使輸出端3腳有低電平輸出。4腳為
復位端。當在該腳加有觸發信號，即其電位低於導通的飽和壓降0.3V時，VT8導通，其發射極電位低於lV，因有D3接入，VTl7為截止狀
態，VTl8、VT21飽和導通，輸出端3腳為低電平。此時，不管2腳、6腳為何電位，均不能改變這種狀態。因VT8的發射極通過D3及VTl7的
發射極到地，故VT8的發射極電位任何情況下不會比1.4V電壓高。因此，當復位端4腳電位高於1.4V時，VT8處於反偏狀態而不起作用，
也就是說，此時輸出端3腳的電平只取決於2腳、6腳的電位。
根據上面的分析，CA555時基電路的內部等效電路可簡化為如圖所示的等效功能電路。顯然，555電路(或者專556電路)內含兩個比較器
A1和A2、一個觸發器、一個驅動器和一個放電電晶體。兩個比較器分別被電阻R1、R2和R3構成的分壓器設定的⅔VDD和⅓VDD。參考電壓
所限定。為進一步理解其電路功能，並靈活套用555集成塊，下面簡要說明其作用機理。從圖1—5可見，三個5kΩ電阻組成的分壓器，使
內部的兩個比較器構成一個電平觸發器，上觸發電平為⅔VDD，下觸發電平為⅓VDD。在5腳控制端外接一個參考電源Vc，可以改變上、下
觸發電平值。比較器Al的輸出同或非門l的輸入端相接，比較器A2的輸出端接到或非門2的輸入端。由於由兩個或非門組成的RS觸發器必
須用負極極性信號觸發，因此，加到比較器Al同相端6腳的觸發信號，只有當電位高於反相端5腳的電位時，R—S觸發器才翻轉；而加到
比較器A2反相端2腳的觸發信號，只有當電位低於A2同相端的電位⅓VDD時，R—S觸發器才翻轉。
