基于555定时器组成的稳态电路分析

555定时器是一款经典的芯片，从学校实验板到工业产品到处可见它的身影，其组成的电路千变万化，本篇就555组成的三类基础电路重点分析其工作原理，由这三类基本电路再去分析其他电路就简单多了。

内部等效图如下：2个比较器+1个三极管+1个RS触发器+1个非门。

真值表如下：

(相关资料图)

整体说来，555组成的电路可以分为三种：无稳态电路，单稳态电路，双稳态电路。

一.无稳态电路——脉冲宽度调制（PWM）电路

以上电路是比较常用的PWM产生电路，R3电位器左右调节阻值还可在频率不变的情况下调节PWM占空比。

分析工作过程：

1.第一阶段：初始上电阶段由于D2二极管处于截止状态，所以电源V1通过R1、R3左给电容C1充电，C1两端电压介于0-1/3VCC之间时，output脚输出高电平，discharge脚为高阻态；

2.第二阶段：如果C1继续充电，电压上升，在介于1/3VCC-2/3VCC时，output脚保持高电平，discharge脚保持不变；

3.第三阶段：当C1两端电压大于2/3VCC时，output脚、discharge脚变为低电平，C1上电荷通过R2、R3右逐渐释放，C1两端电压逐渐降低，在C1两端电压小于1/3VCC瞬间，output脚变为高电平，discharge脚变为高阻态。

由于第三阶段之后只有一瞬间进入第一阶段，所以可以认定后续状态为第二阶段与第三阶段不断循环。

结合真值表及电容C1的充电曲线，可得到以下公式：

其中Vf为二极管压降，VCC为供电电压。

由上式可以得出结论：

1.R1、R2、R3、C1值不改变的情况下，调节R3电位器，只改变占空比，不改变频率；

2.很多人计算时不考虑系数K，不考虑的话实际结果和计算会有较大误差。

仿真电路：

仿真结果：

思考一下，绿色框标记的部分Ton时间比后续Ton长？

初始上电时V0=0，而后续状态V0=1/3VCC，充电时间自然就不一样。

二.单稳态电路——延时开关电路

分析工作过程：

1.第一阶段：未触发开关，由于2脚为高电平，所以3脚Output和7脚Discharge电平一直在低电平与保持状态之间来回切换，因此3脚Output表现为低电平；

2.第二阶段：触发开关，导致2脚接地，产生低电平，满足小于1/3 Vcc条件，因此3脚Output变成高电平，同时7脚Discharge变成高阻态，此时C4开始充电，两端电压逐渐升高。在C4两端电压大于2/3 Vcc瞬间，3脚Output、7脚Discharge也变成低电平，C4放电至两端电压为0，恢复初始的稳定状态。

延时时间计算：

仿真电路：

仿真结果：

三.双稳态电路——单按键开关电路

分析工作过程：

1.第一阶段：在初始上电时，R8、R9分压，由于C6的存在，所以2脚和6脚电压逐渐上升，最终稳定在1/2VCC，由于上升过程中电压会经过1/3VCC电压点，所以最终输出会稳定在3脚Output保持高电平不变，7脚Discharge保持高阻态不变，由于3脚Output高电平，所以C5持续充电保持高电平；

2.第二阶段：第一次触发按键K1，C5两端电压加在R9两端会产生大于2/3VCC的尖峰电压，2脚、6脚电压超过2/3VCC阈值电压，3脚Output、7脚Discharge则输出低电平，此时R8、R9、R10分压，由串并联计算可知，2脚、6脚电压介于1/3VCC与2/3VCC之间，查真值表可知，3脚Output保持低电平不变，7脚Discharge保持低电平不变，按键松手后，C5上电荷通过R10电阻逐渐释放至两端为0；

3.第三阶段：第二次触发按键K1，按下瞬间C5电容可等效为短路，会将2脚、6脚电压拉低到1/3VCC以下，查真值表可知，3脚Output变为高电平，7脚Discharge变为高阻态，按键松手前，R8、R9、R10分压，2脚、6脚电压介于1/3VCC与2/3VCC之间，3脚Output保持高电平，7脚Discharge保持高阻态，按键松手后，3脚Output输出高电平持续为C5电容充电；

后续继续按下按键则实现第二阶段与第三阶段的循环。

注意以上电路中C5取值时应该满足以下条件：

1.容量不可太大，若太大，R10*C5充放电时间较长，快速按键时无法在2脚6脚产生足够的电压幅值变化；

2.容量不可太小，若太小，按键按下时C5等效阻抗太小无法拉低2脚6脚电压。

仿真电路：

仿真结果：

以上篇幅介绍了555定时器应用的三种基本电路：无稳态电路、单稳态电路、双稳态电路，其余电路均是在这三种电路基础上延伸出来的，我们在分析电路时，无论多复杂的电路都可以拆分开来具体分析，化繁为简，都会迎刃而解。

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