555无稳电路
无稳电路有2个暂稳态,它不需要外触发就能自动从一种暂稳态翻转到另一种暂稳态,它的输出是一串矩形脉冲,所以它又称为自激多谐振荡器或脉冲振荡器。555的无稳电路有多种,这里介绍常用的3种。
(1)直接反馈型555无稳
利用555施密特触发器的回滞特性,在它的输入端接电容C,再在输出V\(_{0}\)与输入之间接一个反馈电阻Rf,就能组成直接反馈型多谐振荡器,见图7(a)。用等效触发器替代555电路后可画成图7(b)。现在来看看它的振荡工作原理:

刚接通电源时,C上电压为零,输出V\(_{0}\)=1。通电后电源经内部电阻、V0端、R\(_{f}\)向C充电,当C上电压升到>\(\frac{2}{3}\)VDD时,触发器翻转V\(_{0}\)=0,于是C上电荷通过Rf和V\(_{0}\)放电入地。当C上电压降到<1;3VDD时,触发器又翻转成V\(_{0}\)=1。电源又向C充电,不断重复上述过程。由于施密特触发器有2个不同的阀值电压,因此C就在这2个阀值电压之间交替地充电和放电,输出得到的是一串连续的矩形脉冲,见图7(c)。脉冲频率约为f=0.722/RfC。
(2)间接反馈型无稳
另一路多谐振荡器是把反馈电阻接在放电端和电源上,如图8(a),这样做使振荡电路和输出电路分开,可以使负载能力加大,频率更稳定。这是目前使用最多的555振荡电路。

这个电路在刚通电时,V\(_{0}\)=1,DIS端开路,C的充电路径是:电源→RA→DIS→R\(_{B}\)→C,当C上电压上升到>\(\frac{2}{3}\)VDD时,V\(_{0}\)=1,DIS端接地,C放电,C放电的路径是:C→RB→DIS→地。可以看到充电和放电时间常数不等,输出不是方波。t\(_{1}\)=0.693(RA\(_{B}\))C、t2=0.693R\(_{B}\)C,脉冲频率f=1.443/(RA+2R\(_{B}\))C。
(3)555方波振荡电路
要想得到方波输出,可以用图9的电路。它是在图8的电路基础上在R\(_{B}\)两端并联一个二极管VD组成的。当RA=R\(_{B}\)时,C的充放电时间常数相等,输出就得到方波。方波的频率为f=0.722/RAC(R\(_{A}\)=RB)

在这个电路的基础上,在R\(_{A}\)和RB回路内增加电位器以及采用串联或并联二极管的方法可以得到占空比可调的脉冲振荡电路。
555脉冲振荡电路常被用作交流信号源,它的振荡频率范围大致在零点几赫到几兆赫之间。因为电路简单可靠,所以使用极广。
555电路读图要点及举例
555集成电路经多年的开发,实用电路多达几十种,几乎遍及各个技术领域。但对初学者来讲,常见的电路也不过是上述几种,因此在读图时,只要抓住关键,识别它们是不难的。
从电路结构上分析,三类555电路的区别或者说它们的结构特点主要在输入端。因此当我们拿到一张555电路图时,在大致了解电路的用途之后,先看一下电路是CMOS型还是双极型,再看复位端(MR-)和控制电压端(V\(_{c}\))的接法,如果复位端(MR-)是接高电平、控制电压端(Vc)是接一个抗干扰电容的,那就可以按以下的次序先从输入端开始进行分析:
(1)6、2端是分开的
①7端悬空不用的一定是双稳电路。如有两个输入的则是双限比较器;如只有一个输入的则是单端比较器。这类电路一般都是作电子开关、控制和检测电路的用途。
②7、6端短接并接有电阻电容、取2端作输入的一定是单稳电路。它的输入可以用开关人工启动,也可以用输入脉冲启动,甚至为了取得较好的启动效果在输入端带有RC微分电路。这类电路一般用作定时延时控制和检测的用途。
(2)6、2端短接的
①输入没有电容的是施密特触发器电路。这类电路常用作电子开关、告警、检测和整形的用途。
②输入端有电阻电容而7端悬空的,这时要看电阻电容的接法:(a)R和C串联接在电源和地之间的是单稳电路,R和C就是它的定时电阻和定时电容。(b)R在上C在下,R的一端接在V\(_{0}\)端上的是直接反馈型无稳电路,这时R和C就是决定振荡频率的元件。
③7端也接在输入端,成“R\(_{A}\)-7-RB-6、2—C”的形式的就是最常用的无稳电路。这时R\(_{A}\)和RB及C就是决定振荡频率的元件。这类电路可以有很多种变型:如省去R\(_{A}\),把7端接在V0上;或者在R\(_{B}\)两端并联二极管VD以获得方波输出,或者用电阻和电位器组成RA和R\(_{B}\),而且在RA和R\(_{B}\)两端并联有二极管以获得占空比可调的脉冲波等等。这类电路是用途最广的,常用于脉冲振荡、音响告警、家电控制、电子玩具、医疗电器以及电源变换等用途。
(3)如果控制电压(V\(_{c}\))端接有直流电压,则只是改变了上下两个阀值电压的数值,其它分析方法仍和上面的相同。
只要按上述步骤细心分析核对,一定能很快地识别555电路的类别和了解它的工作原理。下面的问题就比较好办了,例如定时时间、振荡频率等都可以按给出的公式进行估算。
例1 相片曝光定时器
图10是用555电路制成的相片曝光定时器。从图看到,输入端6、2并接在RC串联电路中,所以这是一个单稳电路,R1和RP是定时电阻,C1是定时电容。

电路在通电后,C1上电压被充到6伏,输出V\(_{0}\)=0,继电器KA不吸动,常开接点是打开的,曝光灯HL不亮。这是它的稳态。
按下SB后,C1快速放电到零,输出V\(_{0}\)=1,继电器KA吸动,点亮曝光灯HL,暂稳态开始。SB放开后电源向C1充电,当C1上电压升到4伏时,暂稳态结束,定时时间到,电路恢复到稳态。输出翻转成V0=0,继电器KA释放,曝光灯熄灭。电路定时时间是可调的,大约是1秒~2分钟。
例2 光电告警电路
图11是555光电告警电路。它使用556双时基集成电路,有两个独立的555电路。前一个接成施密特触发器,后一个是间接反馈型无稳电路。图中引脚号码是556的引脚号码。

图中R1是光敏电阻,无光照时阻值为几~几十兆欧,所以555a的输入相当于R=0、S-=0,输出V\(_{0}\)=1,三极管VT导通,VT的集电极电压只有0.3伏,加在555b的复位端(MR-),使555b处于复位状态,即无振荡输出。
当R1受光照后,阻值突然下降到只有几~几十千欧,于是555a的输入电压升到上阀值电压以上,输出翻转成V\(_{0}\)=0,VT截止,VT集电极电压升高,555b被解除复位状态而振荡,于是扬声器BL发声告警。555b的振荡频率大约是1千赫。
如果把整个装置放入公文包内,那么当打开公文包时,这个装置会发声告警而成为防盗告警装置。(讲座内容刊完)(俞鹤飞)