555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件：一般用双极型（TTL）工艺制作的称为 555，用互补金属氧化物（CMOS）工艺制作的称为 7555；除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5～16 V 工作，7555 可在 3～18 V 工作，输出驱动电流约为 200 mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。555 定时器成本低、性能可靠，只需要外接几个电阻、电容就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路，它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。

一、电路结构

图 1　555 定时器组成的单稳态触发器

（1）外触发（高触发置 0 端 TH）置 0 后，通过电容 C 的充放电使低触发置 1 端 TR 有效，自动返回稳态 1 得到负脉冲；

（2）外触发（低触发置 1 端 TR）置 1 后，通过电容 C 的充放电使高触发置 0 端 TH 有效，自动返回稳态 0 得到正脉冲。

U_I = TR，V 的集电极通过电阻 R 接 V_CC、通过电容 C 接地，R 和 C 为定时元件。

二、工作原理

1. 稳定状态

无外触发时 U_I 为高电平 U_IH，稳态为 0，U_C1 = 0、U_O = 0。通电后 V_CC 经电阻 R 对电容 C 充电，当电容 C 上的电压 U_C ≥ 2/3V_CC 时 U_C1 = 0；同时 U_I > 2/3V_CC，U_C2 = 1，Q = 0、Q̄ = 1，输出 U_O = 0。三极管 V 导通，电容 C 经 V 迅速放完电，U_C ≈ 0、U_C1 = 1；这时基本 RS 触发器的两个输入信号都为高电平 1，保持 0 状态不变。

2. 触发器进入暂稳态

当 U_I 由 U_IH 降到小于 1/3V_CC 的低电平时，U_C2 = 0，此时 U_C1 = 1，基本 RS 触发器置 1，Q = 1、Q̄ = 0，输出 U_O 由低电平跃变到高电平 U_OH；同时三极管 V 截止，这时电源 V_CC 经 R 对 C 充电，电路进入暂稳状态。在暂稳态期内输入电压 U_I 回到高电平，使 U_C2 = 1。

3. 自动返回稳定状态

C 充电时，当 U_C 逐渐增大到 U_C ≥ 2/3V_CC 时，U_C1 = 0，此时 Q = 0、Q̄ = 1，输出 U_O 由高电平 U_OH 跃到低电平 U_OL；同时三极管 V 导通，C 经 V 迅速放完电，U_C = 0，电路返回稳定状态。

三、参数计算

脉冲宽度 t_w 指暂稳态维持的时间，为电容 C 上的电压由 0 V 充到 2/3V_CC 时所需时间，可用下式估算：

t_w = RC·ln3 ≈ 1.1RC

由 555 构成的单稳态触发器及工作波形如图 2 所示。电源接通瞬间电路有一个稳定的过程，即电源通过电阻 R 向电容 C 充电：当 V_C 上升到 2/3V_CC 时触发器复位，V_o 为低电平，放电 BJT（T）导通，电容 C 放电，电路进入稳定状态。若触发输入端施加触发信号（V₁ < 1/3V_CC），触发器发生翻转，电路进入暂稳态，V_o 输出高电平且 BJT（T）截止；此后电容 C 充电至 V_C = 2/3V_CC 时，电路又发生翻转，V_o 为低电平，T 导通、电容 C 放电，电路恢复至稳定状态。如果忽略 T 的饱和压降，则 V_C 从零电平上升到 2/3V_CC 的时间即为输出电压 V_o 的脉宽 t_w：t_w = RC·ln3 ≈ 1.1RC。

图 2　单稳态触发器及工作波形

这种电路产生的脉冲宽度可从几个微秒到数分钟，精度可达 0.1%。通常 R 的取值为几百欧姆至几百千欧，电容取值为几百皮法到几百微法。由图 2 可知，如果在电路的暂稳态持续时间内加入新的触发脉冲（如图 2 中的虚线所示），则该脉冲不起作用，电路为不可重复触发单稳。

由 555 定时器构成的可重复单稳电路如图 3 所示。

图 3　可重复触发单稳电路

当 V_i 输入负向脉冲后，电路进入暂稳态，同时 BJT（T）导通、电容 C 放电；输入脉冲撤出后，电容 C 充电，在 V_C 未充到 2/3V_CC 之前电路处于暂稳态。如果在此期间又加入新的触发脉冲，BJT（T）又导通，电容 C 再次放电，输出仍然维持在暂稳态；只有在触发脉冲撤出后且在输出脉宽 t_w 时间间隔内没有新的触发脉冲，电路才返回到稳定状态。这种电路可作为失落脉冲检出电路，对机器的转速或人体的心率进行监视，当机器转速降到一定限度或人体的心率不齐时就发出报警信号。

如果在控制电压端（5 脚）施加一个变化电压，由 555 构成的单稳态电路可作为脉冲宽度调制器，如图 4 所示。当控制电压升高时，电路的阈值电压也升高，输出的脉冲宽度随之增加；而当控制电压降低时，电路的阈值电压也降低，单稳的输出脉宽则随之减小。因此，若控制电压为图 4（b）所示的三角波时，在单稳的输出端便得到一串随控制电压变化的脉冲宽度调制波。从 V_ic 与 V_o 的波形关系可看出，该电路可实现电压—频率转换。

图 4　用作脉宽调制器的单稳电路