555与电路制作精粹

555时基电路从七十年代诞生到今天已三十多年了，在一些新上市的电器中还有它的影子，可谓长盛

不衰。提到555，凡是搞电器维修的人员无人不知。但想利用它搞出点开发制作时，却对它又是那样的陌生。本文就是想把555内部结构、使用参数和引脚功能作一系统介绍，并结合实际电路对其在单稳态、双稳态、无稳态的工作原理进行详细分析。让读者再认识一次这简单而神奇的IC。看似简单的555却能组成花样繁多应用电路。掌握其各种状态的工作原理并能灵活使用，可给电子制作与产品开发提供方便快捷的手段和广阔的应用空间。

一 细说555

<1> 外形与引脚名称

图1是555的实物图片，图2是556的实物图片。556除电源和地脚共用外，内部是两个完全的555组合。近年出现的贴片式555、556其引脚排列和普通型一样。图3、图4是各引脚名称。图5是原厂提供的TTL电路内部结构资料，为了便于分析电路原理，用图6框图表示其内部电路组成

①脚 GND 地 电源接地端。

②脚 TR 触发 低电平触发置1端，TR上一杠表示低电平有效。

③脚 VO 输出 电路置1时输出高电平(＝Vcc)，置0时输出低电平(0V)。 ④脚 MR 复位 低电平时强迫电路复位置0，一般使用时直接连接电源。

⑤脚 VC 控制 内部接基准电压，外加控制电压的输入端，一般使用经0.01电容接地。 ⑥脚 TH 阈值 高电平触发置0端。

⑦脚 DIS 放电 当电路置0时此端同步接地。 ⑧脚 VCC 电源 电路供电端。 <2> 内部结构

分压器： 从电源到地之间有三个5K电阻组成的分压器，把电源电压VCC分成 2/3Vcc和 1/3Vcc ， 为内部两个比较器提供基准电压。

比较器： 内部有两个比较器A1和A2，A1的反相输入端是置0触发端－TH⑥脚，正相输入 端接分压器 2/3Vcc处，作该比较器的基准电压，同时也是控制端－⑤脚。当外电压加 到该处时所加电压就成为该比较器的基准电压。A2的正相输入端是置1触发端TR－ ②脚，反相输入端接1/3Vcc处，作为该比较器的基准电压。当⑤脚有外加电压时， 此基准电压是外加电压的一半。两个比较器的逻辑真值表如图7所示。

图表中两个比较器的输出端R、S上边横杠表示低电平时对后边触发器有效。也就

是R=0或S=0时才对后边触发器有翻转作用。从比较器输入端看，只有⑥脚大于 2/3Vcc高电平时才能置0，②脚小于1/3Vcc低电平才能置1。因⑥脚是A1的反相 端，输入高电平时等效于输入低电平。

R－S触发器： 555内部的触发器是由两个与非门交叉组成的，如图8所示可等效成一个基本 R－S触发器。它的两个触发输入端就是比较器A1、A2的输出端和，正相输出 端是Q，反相输出端是。这种触发器要求低电平触发有效，端是置0端，只有

此端输入0时，输出端Q才被置0。是置1端，只有此端输入0时Q才被置1。 如果两个输入端都是高电平1，则触发器不会被触发翻转，仍然保持原来状态不变。 如果两个输入端都是0低电平，同时触发，基本R－S触发器输出状态会不确定。但 在555电路特别设置成②脚触发优先。

反相器： 在555内部电路中为了后边电路的功能设置，使用的是反相输出端，然后再经 过反相器输出到③脚VO，等效于Q输出。

放电开关： 放电开关是一个与输出反相器同步的三极管开关电路，当输出端为0时三极管 导通，集电极经发射极接地。

<3> 逻辑功能

从内部结构可看出555电路是两个比较器、一个基本R-S触发器、一个反相器、 一个晶体管开关和其它辅助电路的组合。因此它具有独特的逻辑功能。 图9是 555模拟试验电路，通过演示可看出两个触发端⑥和②脚、复位端④脚、控制端⑤ 脚、输出端③脚、放电端⑦脚它们之间的相互关系。

如图所示，555的复位脚④有一个转换开关K4，向上接通电源。控制脚⑤有一个开关

K5，断开状态时无外加电压。这是555基本工作状态。输出脚③接有一红一绿两个发光二 极管，红灯点亮说明③脚是高电平，有输出电流，电路处在1态。绿灯点亮说明③脚是低

电平，能吸入电流，电路处在0态。⑦脚黄灯点亮说明放电开关端导通，③脚经内部接地， 并能看到黄灯与绿灯同步点亮和熄灭。三个直划线性电位器可分别调整⑥②⑤脚的电压， 模拟触发信号电平变化，线性直划电位器的上下位置可等同电压表反映电压高低。

第一步 把直划电位器RP6,RP2都调整到最下边，这时红灯亮，电路处在1态。说明⑥ 脚②脚都低电平时555被触发置1。

第二步 RP6不动，缓慢向上调整RP2 一直到最上端，红灯一直维持在点亮状态不变。 这说明虽然②脚电压已经大于1/3Vcc（2V），但⑥脚仍然小于2/3Vcc （4V）， 不具备翻转条件。维持前边被触发的状态1。

第三步 RP2依然在最上端，由下向上调整RP6，在电位器升到2/3位置时电路发生翻转， 绿灯点亮电路转成0态。说明⑥脚②脚都高电平时电路被触发置0。黄灯点亮 说明放电端⑦脚通过内部接地。

第四步 由上向下调整RP2，当调整距地端1/3位置之前绿灯一直亮着，说明②脚没有达 到触发条件，电路维持在被触发置0状态。

第五步 继续下调RP2到距地端1/3位置时，红灯点亮，绿灯和黄灯熄灭，说明电路又翻 转成1态。虽然⑥脚仍然也是高电平置0触发状态 ，但555电路设置是②脚触 发优先。

第六步 闭合K5，通过调整RP5改变⑤脚的电压，可观察到调整RP6、RP2 使电路翻转 时两个电位器的位置都发生了变化。这说明外加电压改变了内部基准电压，外加 电压能改变电路翻转的条件。

第七步 将电路调整在1态，红灯点亮。把K4由接电源改成接地，这时红灯熄灭而绿灯 点亮。说明复位端低电平可强制置0。

总结以上演示，可得出右边的各脚关系表。为了便于记忆，把555的各脚功能和关系用顺 口溜的方式总结如下：

②脚是个置1端，②低③高是必然。（只要②脚≤1/3Vcc，电路必然置于1态）

⑥高虽然能置 0，⑥②均高才实现。（⑥脚≥2/3Vcc并且在②脚＞1/3Vcc时才可置0）

⑥②都低③脚高，⑥低②高③不变。（只要②脚≤1/3Vcc必然置于1态，⑥脚不起作 用，两个触发端均不够触发条件时保持上次状态） ⑥高②低双触发，内部设置②优先。（两个触发端都够触发条件时，以②优先置1态）

⑥②高低比基准，三分之二一比三。（口诀中所谓高低是⑥脚与2/3Vcc基准电压比较， ②脚与1/3Vcc比脚，③是指高电平1和低电平0。） ⑤脚如果外加电，两个基准都改变。（如果⑤脚有外加控制电压可改变两个触发端的触 发阈值。） ③低等同①接地。③高类似⑧电源。（③脚高电平时经内部与电源接通，低电平时经内 部与地导通。） ④脚接地强制 0，⑦随③低来放电。（④脚＜1V强制复位，⑦脚在③脚0态时同步接地）

<4> 特性参数

工作电压： Vcc： 4.5V－16V

静态电流： Icc： 10mA （在15V时） 阈值电压： VTH ≥2/3Vcc

阈值电流： ITH 0.1μA 触发电压： VTR ≤1/3Vcc 触发电流： ITR 0.5μA 复位电压： VRM ＜1V 复位电流： IRM 400μA 放电电流： IDIS ＜200mA 驱动电流： IL 200mA 最高频率： fMAX 500KHZ

二 555单稳电路

电路工作时保持一种稳定状态，输出端③脚是低电平（或高电平）。在触发后产生翻转， 由低电平转成高电平（或由高变低），进入暂稳态。经一定时间后，③脚又恢复到原来稳定 状态。这种只有一种稳定状态的电路叫单稳电路。

<1> 定时电路

图10是由555组成的楼道灯定时电路，为了详细说明它的工作原理，结合图11逐步

进行分析。

稳态 电路常有供电，电容Ct经电阻Rt充电已满，⑥②脚的电压几乎等于电源电压Vcc。 大于原②脚触发电压1/3Vcc，也大于⑥脚阈值电压2/3Vcc。⑥②脚电压处在图11 稳态置0区域，满足了电路置0的条件，③脚为0V，继电器J不吸合，楼道灯不 会亮。在无外触发状态下，电路将一直保持这种稳定状态。

触发 按下照明开关SB，电容Ct被放电，⑥②脚被接地成0V。电压处在图11的触发置 1区域，电路被触发翻转，③脚有高电平输出。继电器J吸合，楼道灯点亮。

暂稳态 当SB抬起后，电容Ct开始被充电。因为有电阻Rt的存在，充电速度比较缓慢。在 充电电压没达到1/3Vcc前，⑥②脚电压仍然处在图11触发区，楼道灯保持点亮状态。 随着充电的继续，⑥②脚电压已达到或超过1/3Vcc。但是还没达到置0的阈值2/3Vcc,

电压处在图11的暂稳态区。电路还得暂时保持置1状态，楼道灯暂时仍然亮着。这个 保持点亮状态就是暂稳态。

复位稳态 当充电电压达到或超过2/3Vcc时，⑥②脚电压到达图11的稳态置0区，满足了 阈值端触发的条件。电路翻转置0而复位进入稳态，③脚变成0V，继电器释放，楼道 灯熄灭。这几十秒的定时确保行人走过这段楼梯。

<2> 延迟电路

图12是把图10定时电路中Rt与Ct交换位置后的电路，它的功能与定时电路功能相反。这 是用在OCL功率放大器中保护扬声器的电路，OCL电路在刚开机时有十几秒的平衡过程， 在电路没有达到平衡前输出中点有直流电压。如果扬声器开机前直接接在输出中点和地之间，

开机瞬间的直流电流将会烧毁音圈。因此需要在开机后延迟几十秒，等电路平衡后输出中点 成0V时再接通扬声器。开机后电源开始向Ct充电，起初充电电流很大，⑥②脚的电压几乎 等于电源电压。⑥②脚电压在图13的置0区，电路被触发置0。③脚是0V，继电器不能吸合， 扬声器没有接通。随着充电的继续，充电电流越来越小，⑥②脚电压越来越低。在此电压没降到 2/3Vcc前，触发电压在图13的触发置0区。当此电压下降到2/3Vcc以下但在1/3Vcc以上时因 不具备触发翻转的条件，电路处在暂稳态，电路仍然处在等待延迟状态。在触发电压下降到等于 1/3Vcc时，进入图13的稳态置1区，电路被触发翻转置1，进入稳态。继电器吸合，扬声器接 通。555单稳电路的明显特点就是触发端有定时元件：电阻Rt 电容 Ct

<3> 定时延迟电路的计算

定时延迟电路是555单稳电路的典型应用，广泛应用在家用电器和工业控制电路中。也是 实用电子制作常选电路。电路中Rt和Ct是决定定时或延迟时间的元件。计算公式是：

td=1.1RtCt

单位是秒（S）

Rt 电阻值 单位是欧姆（Ω）

Ct 电容量 单位是法拉（F）(1F=1000mF=1000000μF) 例一 在图10定时电路中，如果Rt=1MΩ Ct=1μF

Td=1.1×1000000（Ω）×0.000001(F)=1.1(秒） 例二 在图10定时电路中，如果Rt=1MΩ Ct=100μF

Td=1.1×1000000（Ω）×0.0001(F)=110(秒）

只要记住1M、1μF时间是1.1秒这个基本数字，只需1.1乘倍数（1M电阻的倍数与1μF电容的倍数的乘积的1.1倍）就可得到定时时间了。

td 定时时间

<4> 灵活使用

图14是定时电路的另一种结构方式。把②脚与⑥脚分开，并将放电脚⑦脚用上。SB只给②脚 提供低电平触发功能，电容放电由⑦脚完成。这样的改动优点是SB接通时因没有放电大电流 流过。可用其它一些小电流元件完成触发功能，如图15用光耦来触发，还可使用晶体管、光敏 器件等。图16是利用③脚拉出电流方式，改成图17电流吸入方式就可改变输出逻辑。也可利用

继电器常闭常开触点改变输出逻辑。555③脚负载能力只有200mA，如图18通过三极管扩流可提 高负载电流。图19是通过光耦与负载隔离,用低压电路控制高压电路的隔离方法。下边图a、b 是单稳电路功能脚的变换使用，图a是低电平触发，图b是高电平触发。说明改变触发输入端可 适应不同极性触发信号。也就改变了输出状态。两图中充电电源改由③脚提供，放电也经过③脚。 内部电阻的增加了充放电的时间。利用⑦脚与③脚置0同步放电的特性，将⑦脚通过上拉 电阻就扩充为一个输出端。555的单稳电路只要能灵活使用，可产生多种电路形式。

三 555双稳电路

双稳电路有两种稳态1或0。它有两个输入端，当输入端加上符合要求的触发信号时电路发 生翻转，这时撤除触发信号，电路仍然稳定保持在被触发后的状态。改变触发信号极性可使 再次翻转并稳定保持。

图20是双稳演示电路，⑥脚S1处于常开状态，R1将⑥脚下拉成低电平，不具备触发置0的条 件。S2也是常开，R2将②脚上提成高电平，也不具备触发置1的条件。通电默认状态是0态， ③脚低电平，绿色发光二极管点亮。当按下S2时②脚被接地，因符合≤1/3Vcc的触发条件，电 路翻转成1态，③脚输出高电平，红色发光二极管点亮。抬起S2后②脚又回升到高电平， 在没有新的触发信号前，电路保持在1的稳定状态，红色发光二极管一直亮着。当按下S1时⑥ 脚接电源电压，达到≥2/3Vcc的触发条件，电路翻转成0态，绿色发光二极管就会常亮。这种电路加上多触点继电器可用在电机正反转控制上。图21是双稳电路的又一种应用方式。这时一个数字电路逻辑测试笔电路，它将⑥②脚两个触发端合在一起组成测试探头，检测数字电路中关键点的逻辑电平。电路中使用了控制端⑤脚，调整100K电位器可改变内部比较器的基准电压。使测试电路两个触发端翻转条件适应被测电路高低电平。本电路⑤脚电压调整在2.4V，⑥脚的触发电压就是≥2.4V，②脚的触发电压就是⑥脚的一半1.2V。这样被测电路关键点电压是高电平时，因高过2.4V电路被置0，红色灯点亮。测试到低电平则绿色灯点亮。如果是频率不太高的连续脉冲，红绿灯将交替闪烁。

555电路⑥脚的触发电平与②脚的触发电平相差1/3Vcc,这与数字电路的施密特触发器的回差现象一样。图22就是用555组成的施密特触发器，用来对交流和脉冲波形进行波形变换和整形。⑥脚与②脚合在一起通过两个10K电阻分压把电压固定在1/2Vcc。输入波形Vi1正弦波、Vi2锯

齿波起始时波形幅度从0V开始上升，因输入电压小于1/2Vcc，电路被置1,③脚输出高电平。这个高电平将持续到波形幅度达到2/3Vcc时电路发生翻转而结束，输出端形成从起始到第一个圆点这段高电平平直波形，此点同时也是波形垂直跌落的过程。输入波形的幅度从2/3Vcc处继续上升，到峰值后开始下降，在下降到1/3Vcc时，前边这段时间③脚保持低电平，形成一段从跌落到第二个圆点的低电平平直波形。同时电路被触发翻转置1，③脚开始输出高电平一直到波形幅度达到2/3Vcc。Vi3是带有干扰杂波的矩形波，因干扰杂波的位置在上下两个触发电平幅度之外而被滤除。

四 无稳态电路

无稳态电路有两个暂稳态，一个是0态，一个是1态。它能自动在两种暂稳态之间翻转，输出一串连续的矩形脉冲。因它不需要外触发信号能自主振荡，方波可视为多种频率的正弦谐波的合成，所以这种电路又叫自激多谐振荡器。如果利用⑤脚外加电压去控制振荡的参数就构成压控振荡器。其中多谐振荡器是555应用最多的电路。

图25是由555组成的多谐振荡器，因反馈电流直接从输出端经R引到输入端对C充电，所以这种形

式叫直接反馈式。电路供电后因C还没有充电，⑥②脚电压等于0V，电路被置1，③脚输出高电平。象前边所讲的单稳态电路充电一样，有一个充电过程。但是充电供电不是取自电源，而是如图26所示电源经⑧脚和内部电路导通后到③脚，由③脚经R向C充电。在充电电压达到2/3Vcc前，电路维持在暂稳态1。随着充电电压达到2/3Vcc，电路被触发置0。③脚成0V停止向C充电，同时内部电路把③脚与地接通，开始了如图27所示的放电过程。随着放电持续，在C上端电压没降到1/2Vcc前电路维持在暂稳态0。当C上的电压降到1/2Vcc时，电路被触发翻转置1。新一轮充电放电就又开始了，这就形成了电路的振荡，充放电时间越短振荡频率就越高。③脚输出在高低电平间翻转，产生连续的矩形波。

图28是555振荡电路的另一种形式，电路中加入了⑦脚放电端，因反馈不是直接从输出端取出，而

是间接利用放电端和R1获得，所以称为间接式反馈式。充电过程如图28所示，电源经R1、R2两个电阻向C充电，这个过程与直接反馈式一样。而在电路翻转置0后放电路径却不同。⑦脚与输出端有同步接地功能，电路置0的同时⑦脚经内部接地。R1在充电时与R2串联充当充电电阻，在放电时只起接地限流作用。放电电阻只有R2。由此也可看出电路的充电期间暂稳态时间要比放电期间暂稳态时间长，输出是一串高低电平不对称的矩形波。

图31把R1、R2取一样的阻值并在R2上并联一个二极管，使充电时充电电流经R1和二极管到电容

C，充电电阻只有R1。放电时因二极管反向不导通，只经过R2到⑦脚。因R1与R2等值，这样就纠正了图30电路输出波形高低电平不对称的缺点，使两个暂稳态时间一样，输出成方波。

但在一些电路中却需要这种高低电平不对称的波形，就是占空比不一样的脉冲信号。如开关电源中改变开关管驱动信号的占空比就可改变开关管的导通时间，从而改变输出电压。图32、图33就是通过增加电阻、电位器、二极管来改变充放电时间实现占空比，组成占空比可调的振荡器电路。这两个电路虽然占空比可调，但振荡频率是不变的，充电时间加长了，放电时间就减少了。图34电路把可变换的电压加在控制端⑤脚，就改变了内部的基准电压，如果调低了基准电压，两个触发端充电放电的时间就缩短了，减小周期时间就等于振荡频率的提高。

无稳态电路的计算

<1> 直接反馈式

在直接反馈式振荡电路中反馈电阻是 Rf ， 电容是Ct ， 充电暂稳态时间是 t1 , 放电暂稳态时间是 t2 一个周期时间是 T=t1+t2 振荡频率是 1/T t1=0.693×Rf×Ct t2=0.693×Rf×Ct

T=0.693×Rf×Ct×2

F=0.722÷(Rf×Ct)

<2> 间接反馈式

间接反馈式振荡电路中有两个电阻是 Ra Rb，电容是Ct 充电暂稳态时间是 t1 放电暂稳态时间是 t2 一个周期时间是 T=t1+t2 频率是f=1/T

t1=0.693×(Ra + Rb)×Ct t2=0.693×Rb×Ct

T=0.693×(Ra+2×Rb)×Ct

F=1.443÷（Ra+2×Rb)×Ct

无稳态实用电路实例

图35是由555间接反馈式振荡器组成的音频信号发生器，调整RP能改变振荡器的振荡频率。它

可单独当作音频信号源使用，检查音频功率放大器的通道。特别是该振荡器输出的矩形波接近方波，配合示波器可观察放大器的频率特性。两个暂稳态翻转时形成的矩形前后沿能反映出放大器高低频部分线性。前沿冒尖说明高频过冲，后沿冒尖则是低频太强。如果前后沿出现园弧，说明高低频线性不良。此电路还可作为报警、提示讯响器使用。如图36就是利用这种电路制作的防盗报警器。当设置在门窗上的细漆包线被扯断时，原来由导线接地电路强迫复位置0的④脚恢复高电平，电路开始振荡发出报警响声。图37是采用占空比可调振荡器制作的冰箱外控电源插座。加大充电电阻和电容使暂稳态时间达到十几分钟，并能调整占空比，就实现了运行时间和停机时间均可调整的冰箱外控制器，代替失灵的内部温控器。图38是由两块555组成的警笛电路，IC1振荡在低频状态，用它输出的高低变化的电压加在音频振荡的IC2的⑤脚。使IC2形成压控振荡器。当高电平加在⑤脚时，因基准电压的升高使电路的充放电时间加长，音频振荡频率降低，发出“嗒”声，而低电平加到⑤脚又使基准电压降低，充放电时间变短，振荡频率提高，发出“滴”

声。如此循环就形成“滴－嗒－滴－嗒－滴－嗒”不太悦耳的救护车警笛声。

五 应用电路实例

在实际应用时可用多块555组合完成一些相对复杂的电路，也可用555配合其它元器件扩展输出功能。当你了解了555的基本功能，熟练搭接单双无三态电路，你的电子制作会上一个新的台阶。