555 定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活、方便，所以 555 定时器在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等许多领域中都得到了应用。

图 1 是国产双极性定时器 CB555 的电路结构图，它由比较器 C1 和 C2、基本 RS 触发器和集电极开路的放电三极管 T_D 三部分组成。

图 1　CB555 电路结构

其中 V_i1 为比较器 C1 的输入端（也称阈值端，用 TH 标注），V_i2 为比较器 C2 的输入端（也称触发端，用 T̄R̄ 标注）。C1 和 C2 的参考电压（电压比较的基准）V_R1 和 V_R2 由 V_CC 经三个 5 kΩ 电阻分压给出：在控制电压输入端 V_CO 悬空时，V_R1 = 2/3V_CC、V_R2 = 1/3V_CC；如果 V_CO 外接固定电压，则 V_R1 = V_CO、V_R2 = 1/2V_CO。R̄_D 是置零输入端，R̄_D = 0 则输出端 V_o = 0，不受其他输入状态的影响；正常工作时必须使 R̄_D = 1。图中的数码 1～8 为器件引脚的编号，通过分析可以得到 CB555 的功能表，如表 1 所列。

表 1　CB555 功能表

为了提高电路的带负载能力，还在输出端设置了缓冲器 G4：如果将 V′_o 端经过电阻接到电源上，那么只要这个电阻的阻值足够大，V_o 为高电平时 V′_o 也一定为高电平，V_o 为低电平时 V′_o 也一定为低电平。555 定时器能在很宽的电源电压范围内工作，并可承受较大的负载电流：双极性 555 定时器的电源电压范围为 5～16 V，最大的负载电流达 200 mA；CMOS 型 7555 定时器的电源电压范围为 3～18 V，但最大负载电流在 4 mA 以下。

可以设想，如果使 V_C1 和 V_C2 的低电平信号发生在输入电压信号的不同电平，那么输出与输入之间的关系将为施密特触发特性；如果在 V_i2 加上一个低电平触发信号以后，经过一定的时间能在 V_C1 端自动产生一个低电平信号，就可以得到单稳态触发器；如果能使 V_C1 和 V_C2 的低电平信号交替地反复出现，就可以得到多谐振荡器。

一、555 定时器的工作模式

555 定时器是一种集成电路芯片，常被用于定时器、脉冲发生器和振荡电路，可被作为电路中的延时器件、触发器或起振元件。它可工作在三种工作模式下：

1. 单稳态模式：在此模式下 555 功能为单次触发，应用范围包括定时器、脉冲丢失检测、反弹跳开关、轻触开关、分频器、电容测量、脉冲宽度调制（PWM）等。

2. 无稳态模式：在此模式下 555 以振荡器的方式工作，常被用于频闪灯、脉冲发生器、逻辑电路时钟、音调发生器、脉冲位置调制（PPM）等电路中；如果使用热敏电阻作为定时电阻，555 可构成温度传感器，其输出信号的频率由温度决定。

3. 双稳态模式（或称施密特触发器模式）：在 DIS 引脚空置且不外接电容的情况下，555 的工作方式类似于一个 RS 触发器，可用于构成锁存开关。

在单稳态工作模式下，555 定时器作为单次触发脉冲发生器工作：当触发输入电压降至 V_CC 的 1/3 时开始输出脉冲，输出的脉宽取决于由定时电阻与电容组成的 RC 网络的时间常数；当电容电压升至 V_CC 的 2/3 时输出脉冲停止。根据实际需要可通过改变 RC 网络的时间常数来调节脉宽。

555 作为一个单稳态触发器，输入一个低电位脉冲则输出某一宽度的高电位方波脉冲，其方波脉冲宽度与 R3C2 有如下关系：

t_p = 1.1R3C2

12 V 稳压管上端的波形（即 555 输入端 2 的波形）如图 2 所示。

图 2　触发相位控制波形

二、用 555 定时器触发相位控制

图 3　555 定时器触发相位控制电路

一旦 555 输出端有方波输出，晶闸管的触发极就通过晶体管 G2 接地而不导通；方波消失后，触发极为高电位，晶闸管就处于导通状态。将 R3 加大，会使 t_p 增大、导通角变小，负载得到的功率变小；反之负载得到的功率变大。

可见应去掉晶体管 G1，它在这里不起任何作用；电容器 C1（47 μF）也应除去，否则 555 的输入 2 端不会有脉冲下降沿出现。建议：为了安全，控制电路应与主电路隔离，方法是加入一个适合控制电压的降压变压器，再用 4 个 1N4001 取代 1N4007。

三、555 定时器的应用

1. 555 定时器单稳态触发器

图 4　555 构成单稳态触发器

图 4 为由 555 定时器和外接定时元件 R、C 构成的单稳态触发器。D 为钳位二极管，稳态时 555 电路输入端处于电源电平，内部放电开关管 T 导通，输出端 V_o 输出低电平；当有一个外部负脉冲触发信号加到 V_i 端、并使 2 端电位瞬时低于 1/3V_CC 时，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个暂稳态过程，电容 C 开始充电、V_C 按指数规律增长；当 V_C 充电到 2/3V_CC 时，高电平比较器动作、比较器 A1 翻转，输出 V_o 从高电平返回低电平，放电开关管 T 重新导通，电容 C 上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束、恢复稳态，为下一个触发脉冲的到来做好准备，波形如图 5 所示。

图 5　单稳态触发器波形

暂稳态的持续时间 T_w（即为延时时间）决定于外接元件 R、C 的大小：

T_w = 1.1RC

通过改变 R、C 的大小，可使延时时间在几个微秒和几十分钟之间变化。当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可采用复位端接地的方法来终止暂态、重新计时。此外需用一个续流二极管与继电器线圈并接，以防继电器线圈反电势损坏内部功率管。

2. 555 定时器组成施密特触发器

电路如图 6 所示，只要将脚 2 和 6 连在一起作为信号输入端，即得到施密特触发器；图 7 画出了 V_s、V_i 和 V_o 的波形。设被整形变换的电压为正弦波 V_s，其正半波通过二极管 D 同时加到 555 定时器的 2 脚和 6 脚，得到的 V_i 为半波整流波形：当 V_i 上升到 2/3V_CC 时，V_o 从高电平转换为低电平；当 V_i 下降到 1/3V_CC 时，V_o 又从低电平转换为高电平。回差电压为

ΔV = 2/3V_CC − 1/3V_CC = 1/3V_CC

图 6　555 构成施密特触发器

3. 555 定时器构成多谐振荡器

如图 8 所示，由 555 定时器和外接元件 R1、R2、C 构成多谐振荡器，脚 2 与脚 6 直接相连。该电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，而是利用电源通过 R1、R2 向 C 充电以及 C 通过 R2 向放电端（⑦脚）放电，使电路产生振荡。电容 C 在 2/3V_CC 和 1/3V_CC 之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波，对应的波形如图 9 所示。

图 7　多谐振荡器

图 8　多谐振荡器波形

输出信号的时间参数是：T = t_w1 + t_w2，其中 t_w1 = 0.7(R1 + R2)C、t_w2 = 0.7R2C。t_w1 为 V_C 由 1/3V_CC 上升到 2/3V_CC 所需的时间，t_w2 为电容 C 放电所需的时间。

555 电路要求 R1 与 R2 均应不小于 1 kΩ，但两者之和应不大于 3.3 MΩ。外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性；555 定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力，因此这种形式的多谐振荡器应用很广。

4. 555 定时器组成占空比可调的多谐振荡器

图 9　占空比可调的多谐振荡器

电路如图 9 所示，它比多谐振荡器电路增加了一个电位器和两个隔离二极管，其中 D1、D2 用来决定电容充、放电电流流经电阻的途径（充电时 D1 导通、D2 截止；放电时 D2 导通、D1 截止）。可见，若取 RA = RB，电路即可输出占空比为 50% 的方波信号。