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[图文]555时基集成电路的工作原理与应用       ★★★ 【字体:
555时基集成电路的工作原理与应用
作者:imefan    文章来源:网络    点击数:    更新时间:2008-9-22    

  555时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在同一硅片上的组合集成电路。它设计新颖,构思奇巧,用途广泛,备受电子专业设计人员和电子爱好者的青睐,人们将其戏称为伟大的小IC。

  1972年,美国西格尼蒂克斯公司(Signetics)研制出Tmer NE555双极型时基电路,设计原意是用来取代体积大,定时精度差的热延迟继电器等机械式延迟器。但该器件投放市场后,人们发现这种电路的应用远远超出原设计的使用范围,用途之广几乎遍及电子应用的各个领域,需求量极大。美国各大公司相继仿制这种电路 1974年西格尼蒂克斯公司又在同一基片上将两个双极型555单元集成在一起,取名为NF556。

  1978年美国英特锡尔公司(Intelsil)研制成功CMOS型时基电路ICM555 1CM556,后来又推出将四个时基电路集成在一个芯片上的四时基电路558 由于采用CMOS型工艺和高度集成,使时基电路的应用从民用扩展到火箭、导弹,卫星,航天等高科技领域。在这期间,日本、西欧等各大公司和厂家也竞相仿制、生产。尽管世界各大半导体或器件公司、厂家都在生产各自型号的555/556时基电路,但其内部电路大同小异,且都具有相同的引出功能端。图中示出了美国无线电公司生产的CA555时基电路的内部等效电路图。 
CA555时基电路的内部等效电路图:
 

等效功能电路:
 

  鉴于各种双极型的555集成块的内部电路大同小异,下面我们以CA555为例分析其内部电路和原理。从CA555时基电路的内部等效电路图中可看到,VTl-VT4、VT5、VT7组成上比较器Al,VT7的基极电位接在由三个5kΩ电阻组成的分压器的上端,电压为⅔VDD;VT9-VT13组成下比较器A2,VTl3的基极接分压器的下端,参考电位为⅓VDD。在电路设计时,要求组成分压器的三个5kΩ电阻的阻值严格相等,以便给出比较精确的两个参考电位⅓VDD和⅔VDD。VTl4-VTl7与一个4.7kΩ的正反馈电阻组合成一个双稳态触发电路。VTl8-VT21组成一个推挽式功率输出级,能输出约200mA的电流。VT8为复位放大级,VT6是一个能承受50mA以上电流的放电晶体三极管。双稳态触发电路的工作状态由比较器A1、A2的输出决定。

555时基电路的工作过程如下

  当2脚,即比较器A2的反相输入端加进电位低于⅓VDD的触发信号时,则VT9、VTll导通,给双稳态触发器中的VTl4提供一偏流,使VTl4饱和导通,它的饱和压降Vces箝制VTl5的基极处于低电平,使VTl5截止,VTl7饱和,从而使VTl8截止,VTl9导通,VT20完全饱和导通,VT21截止。因此,输出端3脚输出高电平。此时,不管6端(阈值电压)为何种电平,由于双稳态触发器(VTl4-VTl7)中的4.7kΩ电阻的正反馈作用(VTl5的基极电流是通过该电阻提供的),3脚输出高电平状态一直保持到6脚出现高于⅓VDD的电平为止。当触发信号消失后,即比较器A2反相输入端2脚的电位高于⅓VDD,则VT9、VTll截止,VTl4因无偏流而截止,此时若6脚无触发输入,则VTl7的Vces饱和压降通过4.7kΩ电阻维持VTl3截止,使VTl7饱和稳态不变,故输出端3脚仍维持高电平。同时,VTl8的截止使VT6也截止。当触发信号加到6脚时,且电位高于⅔VDD时,则VTl、VT2、VT3皆导通。此时,若2脚无外加触发信号使VT9、VTl4截止,则VT3的集电极电流供给VTl5偏流,使该级饱和导通,导致VTl7截止,进而VTl8导通,VTl9、VT2。都截止,VT21饱和导通,故3脚输出低电平。当6脚的触发信号消失后,即该脚电位降至低于⅔VDD时,则VTl、VT2、VT3皆截止,使VTl5得不到偏流。此时,若2脚仍无触发信号,则VTl5通过4.7kΩ电阻得到偏流,使VTl5维持饱和导通,VTl7截止的稳态,使3脚输出端维持在低电平状态。同时,VTl8的导通,使放电级VT6饱和导通。通过上面两种状态的分析,可以发现:只要2脚的电位低于⅓VDD,即有触发信号加入时,必

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