556CMOS双时基电路是CMOS模拟集成电路的一个新品种。国外产品有ICM7556、NE556,国内有5G7556,其逻辑功能与读者经常见到和使用的555双极型时基集成电路相似,只是在功能上比555集成电路更完善一些。
图1是半个556类集成电路的方框图,这个方框图的原理类似一块以前介绍过的555集成电路。一块完整的556集成电路,由两个如图1那样的电路组成,它的管脚排列方式如图2。当图1中的控制端(端子3或11)悬空时,比较器A\(_{1}\)2的比较基准电压由设在电路内部的三只准确度较高的电阻R决定。因此,如果V\(_{SS}\)=0,则比较器A1的比较电压为\(\frac{2}{3}\)V\(_{DD}\)2的比较电压为1;3V\(_{DD}\)。阈值端的输入电平与\(\frac{2}{3}\)VDD进行比较,触发端输入电平与1;3V\(_{DD}\)进行比较,所以前者也称为高电平触发端,后者称为低电平触发端。但要注意,前后两者一个是同相输入,一个是反相输入。


图1中,F\(_{1}\)、F2是两个或非门,两者一起组成一个触发器。F\(_{3}\)、F4是两个反相放大器。Q\(_{D}\)是一个场效应管。下面分析一下它的工作过程。
当阈值端的输入电平大于\(\frac{2}{3}\)V\(_{DD}\)时,因为A1的反相端(即控制端)所加的基准电压是2;3V\(_{DD}\),所以比较器A1输出“1”电平,此时或非门F\(_{1}\)输出必为“0”电平,F3输出“1”电平,F\(_{4}\)输出端(556集成块输出端)为零电平。由于F3输出为“1”电平,所以Q\(_{D}\)导通。这时,不管触发端的输入电平高低,F4的输出状态是不会改变的,也就是说被锁定了。
当阈值端的输入电平小于\(\frac{2}{3}\)V\(_{DD}\)时,A1输出为零电平。这时如果触发端的触发电平小于1;3V\(_{DD}\),即小于加在A2同相输入端的基准电压值,则A\(_{2}\)输出“1”电平,或非门F2输出必为零电平。F\(_{2}\)输出的零电平也加在F1的一个输入端,使F\(_{1}\)两个输入端的电平全为零,所以F1输出变为“1”电平,F\(_{3}\)输出变为零,QD放电管截止,F\(_{4}\)输出变为“1”电平。
图1中复位端的作用是,当按一下复位钮时,将从复位端(第4脚或者是第10脚)输入一个负脉冲加到或非门F\(_{1}\)的输入端,这个负脉冲在F1输入端要先反一下相,变为正脉冲,然后触发F\(_{1}\)使其输出置“0”,于是F3输出置“1”,F\(_{4}\)输出(即集成块输出)置“0”,达到复位的目的。
直流电源上、下限报警电路
电路图见图3。它分为两部分,电路左半部分为高限报警电路,电路右半部分为低限报警电路。

左、右两部分电路的阈值端连接在一起后再接到图3中R、C两元件的连接处(图中M点),这样就给定了电路内部的初始状态。在刚接通电源的瞬间,由于电容C近似于短路,阈值端(2脚)电平大于\(\frac{2}{3}\)V\(_{DD}\),因而A1输出为“1”,F\(_{1}\)输出为“0”,这样使F2的输出电平仅取决于A\(_{2}\)的输出电平高低。在电源电压正常供电时,通过调整W1,使A\(_{2}\)输出为0(见后面分析),于是F2输出为1,这样,即使在电源接通以后,电容C充电过程结束,使阈值端电位接近0伏,A\(_{1}\)输出0电平,但因F2输出的是1电平,所以此时F\(_{1}\)输出仍为0电平,整个时基电路的输出也仍保持为零电平。那么在什么时候才改变电路的输出状态呢?只有在A2的输出端变为“1”电平时(即改变了触发端电平)才能实现上述转变。
高限报警:在电源电压正常时(接近高限值),调整图3中的W\(_{1}\),使集成块第6脚的电位略大于\(\frac{1}{3}\)VDD,则比较器A\(_{2}\)输出“0”电平, F2输出“1”电平,由前面分析可知,此时输出端(5脚)置0(参见图 1)。
当电源电压瞬时向高偏移时,电容C\(_{1}\)两端电压不能突跳,使第6脚暂时维持原电位不变,但集成块内部电路中A2的基准电压13V\(_{DD}\)已上升,此时第6脚的电位相对于1;3VDD基准电压来说是降低了,当低于\(\frac{1}{3}\)V\(_{DD}\)时,比较器A2变为输出“1”电平,F\(_{2}\)输出“0”电平。此时F1的两个输入端全为“0”电平,F\(_{2}\)输出“1”电平,它使电路的输出端(第5脚)变为“1”电平,发光二极管LED1亮,指示电源电压超限。与此同时,F\(_{1}\)输出的“1”电平封锁了A2输出电平对F\(_{2}\)的影响,LED1常亮,于是记忆了这个超限状态。
低限报警:将W\(_{2}\)取出的信号送入集成块另一半的触发端(第8脚)。调整W2阻值,使在接近电源电压低限的情况下,8脚电位略高于13V\(_{DD}\),这样,当电源向下偏移时,由于稳压管DW的存在,8脚电位向下偏移的速率比内部放大器A2的正输入端电位(即比较基准电位)向下偏移的要快。当第8脚的电位降到小于1;3V\(_{DD}\)值,A2输出“1”电平,于是使得输出端(第9脚)为“1”电平,发光二极管LED\(_{2}\)点亮。同时,晶体管BG因基极为高电位而导通。迫使第8脚维持低电平。所以低限报警状态也要一直维持到集成块复位以后,因而也记忆了电源电压曾经下移这个事件。DW的稳压值应小于或近似于\(\frac{2}{3}\)VDD值,这样才能保证第8脚的电位略高于1;3V\(_{DD}\)。
按钮开关A用作为状态复位。A按下时,左、右二半电路输出都为“0”电平,LED\(_{1}\)、LED2均不发光。
采用这个电路后,由于在电源电压波动时能及时报警且能记忆,所以非常有助于检修和调试逻辑电路,排除可能由于电源故障而引起的误诊断。
声光信号节拍器
节拍器用途很广泛,除了可作音乐节奏训练、催眠等外,日本等国的工业部门还把它用来训练操作工人的工作节拍。节拍器由两个多谐振荡器组成。一个产生1kHz的方波信号,推动压电陶瓷片发声;另一个根据需要的节拍产生低频信号。用低频信号去调制1kHz方波信号,就会发出断续的、有节奏的“嘟……嘟……”声,而发光二极管也伴随着声音而产生亮、暗的变化。电路图见图4。

以电路的左半边为例,合上开关K时,电容器C\(_{1}\)端用压为0伏;第2脚为“0”电平,第6脚也为“0”电平,因而内部F1两个输入端均为“0”电平,F\(_{1}\)输出为“1”电平。电源通过R1和R\(_{2}\)对电容C1充电,使C\(_{1}\)端电压VC1上升。当V\(_{C1}\)上升到\(\frac{2}{3}\)VDD时,比较器A\(_{1}\)输出“1”电平,电路输出端(第5脚)为零电平。与此同时,因F3输出为“1”,使集成块内部放电管Q\(_{D}\)导通(第1脚),将A点接地,电容端电压VC1通过电阻R\(_{2}\)放电,VC1开始下降。当V\(_{C1}\)下降到1;3VDD时,比较器A\(_{1}\)输出“0”电平,比较器A2也翻转,输出“1”电平,使F\(_{2}\)输出置“0”,于是F1输出置“1”,使集成电路输出为“1”电平,并且Q\(_{D}\)截止。由于A1\(_{2}\)的比较电压都已经确定,所以输出方波高低电平的周期t1、t\(_{2}\) 也是确定的(见图5),即t1≈0.693(R\(_{1}\)+R2)·C\(_{1}\);t2≈0.693R\(_{2}\)·C1;振荡频率f=\(\frac{1}{t}\)\(_{1}\)+t2≈1.44;(R\(_{1}\)+2R2)·C\(_{1}\)。对于图4左边的电路,可通过调节R1,使振荡周期在0.2~5秒范围内连续变化,而其低电平的延续周期则始终保持在0.15秒。

图4右半边是一个振荡频率为1kHz的多谐振荡器,在左半边第5脚输出为“1”电平时,由于二极管D的钳位作用,使C\(_{2}\)端电位维持为高电平,右半边电路无法产生振荡。只有在第5脚为“0”时,才能振荡,这时第9脚输出音频信号,推动发声器件HTD—27A发声,红色发光二极管5LD—R也同时点亮。几个有关脚的电压波形见图5。为了使发出的声音清脆响亮,压电陶瓷片应装置在助声腔中。
转速低限报警
当转速低于下限时,便能发出报警,直至转速恢复正常。图6左侧组成转速鉴别电路,实际上是电位鉴别,电位高低与转速有关:当输入端n\(_{i}\)出现一个正脉冲时,导通了的晶体管BG1将电容C短路,脉冲过去后,BG\(_{1}\)截止,电容C通过电阻R被充电,电容器上的端电压为UC(t)=V\(_{CC}\)(1-e-\(\frac{t}{τ}\)),其中τ=R·C。如果转速偏高,则上式中的t较小(t是旋转一周的时间。若n的单位是转/分,则t=60;n),每一周期电容C上能达到的最高电压也较小。调节电阻R的阻值,使在转速等于下限转速时,经时间t后,在电容C上得到的电压UC恰好为23V\(_{CC}\),那么,在转速低于下限转速时,每一周期的终了都必将因为集成块第2脚的电平高于2;3VCC而使输出端(第5脚)出现“0”电平。

集成块右侧是一个多谐振荡器,振荡频率为1kHz左右。由于556集成块输出驱动能力仅有几个毫安,所以增加了三极管BG\(_{2}\)作为驱动级,以推动扬声器发出音响。
鉴别电路的输出端(第5脚)与振荡器的第8、第12脚相连。转速正常时,因第5脚输出总为“1”电平,使电容C\(_{1}\)端电压无法改变,电路不能振荡,没有音频信号输出;当转速低于下限转速时,第5脚输出零电平,使二极管D截止,于是扬声器发出音频响声。(姚汉梁)