一颗芯片能玩出多少种花样？555时基集成电路的四种“变身”

555时基集成电路可以变身为单稳态触发器、无稳态多谐振荡器、双稳态触发器和施密特触发器。换句话说，用这一颗芯片，就能实现定时、振荡、翻转、波形整形四种完全不同的功能。它是模拟电路和数字电路的“混血儿”，也是电子爱好者手里最实用的“万能砖”。

一、555内部长什么样？

555时基集成电路虽然功能多样，但内部结构并不复杂。它主要由以下几个部分构成：

三个5kΩ电阻 ：串联组成分压网络，为内部的两个电压比较器提供基准电压。

两个电压比较器（A1和A2） ：一个负责检测高电平，一个负责检测低电平。

一个RS触发器 ：根据比较器的输出，决定最终输出状态。

一个放电管（VT） ：受RS触发器控制，用于外接电容的充放电路径。

一个输出驱动级 ：将RS触发器的状态放大后输出。

这些电路集成在一颗小小的芯片里，配上几个外接电阻和电容，就能实现多种工作模式。

（时基集成电路）

二、它怎么工作的？

555的工作逻辑，可以用一张真值表来概括。它有三个关键输入端： 置1端（S，引脚2） 、 置0端（R，引脚6） 、 复位端（MR，引脚4） 。

当复位端为0时，无论其他输入如何，输出为0，放电管导通。

当复位端为1时：

如果置1端电压 ≤ 1/3 Vcc 且 置0端电压 ≤ 2/3 Vcc ：输出为1，放电管截止。

如果置1端电压 ≥ 1/3 Vcc 且 置0端电压 ≥ 2/3 Vcc ：输出为0，放电管导通。

如果置1端 ≤ 1/3 Vcc 且 置0端 ≥ 2/3 Vcc ：这种状态是禁止的，不允许出现。

简单记：置1端拉低，输出变高；置0端拉高，输出变低。复位端优先，一复位就清零。

这个规则，是理解所有555应用的基础。

（555时基集成电路的内部方框图）

三、555有哪些“变身”？

555之所以强大，是因为它可以配置成四种不同的工作模式。每种模式对应一类典型应用。

1. 单稳态模式——只稳定在一个状态，触发一下，定时开始

在单稳态模式下，555有一个稳定状态（输出为0）和一个临时状态（输出为1）。

常态 ：输出为0，内部放电管导通，外接电容上没有电压。

触发 ：给引脚2一个负脉冲（电压降到1/3 Vcc以下），电路立刻翻转，输出变为1，放电管截止。电源开始通过电阻R给电容C充电。

定时 ：电容电压慢慢上升，当达到2/3 Vcc时，电路自动翻回稳态，输出变回0，放电管导通，电容迅速放电。

脉宽 ：输出高电平的持续时间≈ 1.1 × R × C。改变电阻或电容，就能改变定时长度。

这个模式常用于按键延时关灯、触摸开关、脉冲展宽等场景。

（CB555单稳态工作模式）

（单稳态电压波形）

2. 无稳态模式（多谐振荡器）——一直在两个状态之间来回跳

无稳态模式没有稳定状态，它会自己振荡，输出连续的方波。

把引脚2和引脚6连在一起，加上两个电阻（R1、R2）和一个电容C，就组成了一个振荡器。

充电过程 ：刚通电时，输出为高，放电管截止。电源通过R1和R2给C充电。电容电压从0开始上升。

翻转 ：当电容电压升到2/3 Vcc时，输出翻转为低，放电管导通。电容通过R2放电。

反向翻转 ：电容电压降到1/3 Vcc时，输出又翻转为高，放电管截止，再次充电……如此循环，永不停止。

输出波形 ：方波。频率和占空比由R1、R2、C决定。

这个模式就是信号发生器、时钟脉冲源、蜂鸣器驱动的核心。

（无稳态工作模式）

（无稳态电压波形）

3. 双稳态模式——像开关一样，按一下变一下

双稳态模式有两个稳定状态：输出高，或者输出低。它需要两个触发信号来切换。

引脚2（置1端）接一个负脉冲触发电路，引脚6（置0端）接一个正脉冲触发电路。

给引脚2一个负脉冲 → 输出变为1（置位）。

给引脚6一个正脉冲 → 输出变为0（复位）。

两个状态都很稳定，直到收到新的触发信号才会改变。

这个模式就是一个 RS触发器 ，可以用来做按键开关、电子开关、状态记忆等。

（双稳态触发器）

（双稳态触发器电压波形）

4. 施密特触发器模式——把“歪歪扭扭”的信号“捋直”

把引脚2和引脚6短接在一起作为输入端，就构成了施密特触发器。

输入信号从0开始上升，当超过2/3 Vcc时，输出翻转为0。

输入信号从高处下降，当低于1/3 Vcc时，输出翻转为1。

输入在1/3到2/3之间变化时，输出保持不变。

这个特性叫做 滞回 。它的作用是：把一个缓慢变化、带有噪声的模拟信号，整形成一个边沿陡峭、干净的数字信号。比如正弦波变方波、按键消抖、波形整形等，都离不开它。

（施密特触发器）

（施密特触发器电压波形）

四、双极型还是CMOS？怎么选？

555家族主要分为两大派系：双极型和 CMOS型 。它们各有优缺点。

怎么选？

需要驱动继电器、电机、大电流负载→ 选 双极型 （如CB555）。

电池供电、低功耗、高阻抗、长延时→ 选 CMOS型 （如CB7555）。

另外，还有 单时基 （一个芯片一个555）和 双时基 （一个芯片两个独立的555），比如CB556、CB7556，适合需要两个定时器的场合。

五、几个实用的应用电路

文档中还给出了几个具体的应用示例，感兴趣的话可以自己尝试搭建。

1. 反相电平转换电路

把引脚7（放电端）作为输出，加上上拉电阻。输出信号与输入相位相反，但幅度可以翻倍（比如输入5V方波，输出10V方波）。

（反相电平转换电路）

2. 同相电平转换电路

把引脚4（复位端）作为输入。输出与输入相位相同，幅度也是输入的2倍。

（同相电平转换电路）

3. 可调脉冲信号发生器

把555接成无稳态模式，加上两个电位器（RP1、RP2）。可以输出100Hz～10kHz的方波，占空比可在5%～95%之间连续调节。这个电路非常适合做信号源、电机调速、LED调光等。

（由555时基集成电路构成的可调脉冲信号发生器）

六、写在最后

一颗555芯片，内部不过几十个晶体管，却能通过不同的外围连接，变出四种完全不同的工作模式。它既是定时器，又是振荡器，还能当触发器、整形器。

从1972年到现在，半个多世纪过去了，更高级的芯片层出不穷，但555依然被广泛使用。原因很简单： 它便宜、好用、皮实、灵活 。无论是学生做实验，还是工程师快速验证想法，甚至在一些量产的消费电子产品里，你都能看到它的身影。

如果你刚入门电子制作，不妨从555开始。搭一个单稳态，做一个延时灯；焊一个无稳态，听一听蜂鸣器唱歌。你会发现，原来复杂的电子世界，也可以从这一颗小小的芯片开始理解。

审核编辑 黄宇