555 IC-脈波產生器
一、 實習目的
1. 認識555定時器之功能及原理。
2. 瞭解555定時器之應用。
二、使用材料
零件名稱 零件值及腳位圖 數量
電阻 100 5K 10M 1000M 2 電阻 2K 8.2K 33K 150K 1 電阻 1K 10K 3 電阻 1M 2 電容 0.01u 7 電容 0.05u 10n 2
電容 10u 33u 100u 1
LED 1
Diode 1N4001 2
Timer 555
Timer 555 的腳位圖及內部架構簡圖
6
三、相關知識
555 之定時積電路是一個用途很廣的積體電路。555 是 Signetics 公司在 1972 年製 造出來的第一個問世的定時器（timer）專用 IC，具有 8 隻腳，如圖 1 所示。由於價廉 物美因此被廣泛應用於工業自動控制電路中。
555 的內部是由一大堆電晶體、二極體及電阻所組成，如圖 2 所示。但欲應用積體 電路並不需浪費精神去詳究其內部電路之動作原理，只需瞭解其各接腳之功用即可應用 自如。
茲將555 各接腳之功用說明於下，請參考圖 3：
(1) 第 1 腳（接地；Ground）：接至電源之負極。
(2) 第 2 腳（觸發；Trigger）：當第 2 腳之電壓低於 1/3 Vcc時會令第 3 腳輸出高態，且 第 7 腳對地開路。
圖 1. 定時積體電路 555 之頂視圖
(3) 第 3 腳（輸出；Output）：555 的輸出腳，輸出電壓到底是高態或低態，完全受第 2、
4、6 腳控制。
圖2. 555 定時器之內部接線圖
(4) 第 4 腳（重置；Reset）：第4 腳之電壓小於 0.4 伏特時，會令第 3 腳之輸出成為低態，
同時令第腳對地短路。不讓第腳發生作用時，應接於1 伏特以上之電壓。
(5) 第 5 腳（控制電壓；Control Voltage）：這一腳些接與比較器的參考電壓點相通，允 許由外界電路改變第腳及第 6 腳之動作電壓。平時大多接一個 0.01μF 以上之電容 器接地，以免 555 受到雜訊的干擾。
(6) 第 6 腳（臨界；Threshold）：當第6 腳的電壓高於 2/3 Vcc 時，會令第 3 腳輸出低態，
同時令第7 腳對地短路。
(7) 第 7 腳（放電；Discharge）：與第腳同步動作。當第腳輸出高態時，第腳對地開路；
在第腳輸出低態時，第7 腳對地短路。
(8) 第 8 腳（±Vcc）：接電源之正極。第 8 腳對第一腳之電壓可以是 4.5～16 伏特。
注意事項：
(1) 當第 2、、6 腳之動作互相衝突時，其優先次序為第 4 腳（復置）第一優先，第 2 腳（觸發）次之，第腳（臨界）最未。例如：第 4 腳與第腳同時作用，則由第 4 腳 決定第 3 腳及第 7 腳之狀態。
(2) 第 3 腳之最大輸出能力為 200 mA。
圖3. 555 的簡圖 應用：
(1) 鋸齒波產生器
要得到一個非常線性的鋸齒波(Sawtooth wave)必須要有一個恒流源，因為電容電壓 Vc = Q/C = It/C = (I/C)t其中C是定值，如果向電容充電的電流I也是定值，很顯然的Vc與t 之間的關係變成直線性。
而在 Q1 的射極隨耦電路正好擔任此項任務，首先吾人注意電阻 R2 低下端 b 點如果 由於 C1 充電使 b 點電位上升，則此上升的變動交流電壓量，經電晶體 Q1 之 B，E 間再 經電容 C2 回到 R2 的上端 a 點，因為電晶體 Q1 的增益為＂≒1＂且輸入、輸出同相位，
使得 R2 兩端 a，b 因電位增加量幾乎完全相等，這說明了，電阻 R2 兩端，實在是並沒 有因為電容的充電而使得 R2 兩端電壓有所變化，在電子學中稱此情況為靴帶原理，用 下式可說明之，
2 2
2 R
V V R
IR Vab a − b
=
=
當電容 C1 充電使電壓上升時 Va =>Va+ΔV
此時由於 Q1，C2 交連增量之故，Vb 變成 Vb =>Vb+ΔV，則 2
2 2
2
) (
R b a b
a
R I
R V V R
V V V
I V − ≅
Δ = +
− Δ
= +
由上式看IR2並未誤電容充電高之故有所增減，也因此之故使得輸出的鋸齒波得以線 性化，R3 一般設計時，為求放電快，其值較小，R4 設立的目的，為了保護Q1。鋸齒波 當充到 2/3Vcc≒303V時，則 555 計時器第 7 腳放電腳之電晶體＂ON＂，C1 經R3 及晶體 飽和電阻快速放電，故週期可說完全由充電常數來決定
T=C1[0.75(R
1+R
2)+0.693R
3]
(2) 50%對稱波電路電源初切上時，電容器並沒有充電，此時555 的第 3 腳輸出為高電壓，此時電容 C1 經R1 充電，但當充電到 Vcc
3
2 =10V 時，555 的第 6 腳被觸發動作，使得輸出腳第 3 腳
轉態成低電位(0V)，此時電容 C1 勢必經 R1 而放電(因第 3 腳輸出為”L”可視之為接地) 當VC1 放電到 Vcc
3
1 =15/3=5 伏特時，第 2 腳被觸發使輸出 PIN3 又再輸態成高電位(大
約是 Vcc=+15V)，如此週而復始的振盪。其中 C2 為旁路(bypass-capacitor)電容，對控制 而言是不太必要的，其作用是免除外界雜波從此腳輸入555 成誤動作，說電阻 R2 的目 的為拉起(pull-up)電阻，保持 PIN3 的輸出電壓準位接近 Vcc(+15V)，如果沒有 R2 則 TTL 的輸出高電壓準位可能低於要求值。
(3) 單穩態電路觸發器 Mono-stable multi-vibrator
當送入一個pulse，將會觸發 555 計時器，參照電路圖，555 的內部有兩個比較器，
其比較結果決定R-S flip-flop 的輸入準位，此時測量接第 3 腳會輸出方波，高準位與低 準位，接腳6 會輸出 1/4 的全波，與 RC 時間常數有關。
當一個負的trigger pulse 輸入後，在 V1 小於 1/3 的 Vcc 即 情況下，S 被設為高態，
Q 輸出同樣是高態，Q’為低態，內部 Q1 被關閉，C 開始充電，速度與 RC 值有關，當 充電到V1 約等於 2/3 的 Vcc，即 時，R 變為高態輸入，S 為低態輸入，則 Q 輸出為 0，Q’輸出為 1，因為 Q’的高態，使 Q1 導通，則 C 進行放電到 0V。
VTL
VTH
參考公式： (1 exp( )) RC Vcc t
vc = − −
CR CR
T = ln 3 ≈ 1 . 1
(4) As-table multi-vibrator
a. 0, 0
3 2 3
1Vcc<Vc< Vcc ⇒R= S =
b. 當Vc Vcc 3
< 1 時S=1, R=0 則 Q1 OFF，C 經 Ra, Rb 從 1/3 的 Vcc 充到 Vcc 3
2 ，高
態週期TH =C(Ra+Rb)ln2≈0.69C(Ra+Rb) c. 當Vc Vcc
3
>1 時，C 經 Rb 由 Vcc 3
2 ，放電到 Vcc
3
1 ，低態週期
B b
L CR CR
T = ln2≈0.69 ，總週期的參考公式如下T=0.69C(Ra+2Rb)
B A
B A H
R R
R R T dutycycle T
+2
= +
=
(5) 觸摸開關
平常第2 腳被保持於＞ Vcc 3
1 ，因此單穩態電路不動作。當手指摸到觸摸板（任何會
導電之材料均可作為觸摸板）時人體上之交流信號會令第2 腳之電壓降 Vcc 3
1 以下，觸
發單穩態電路而令發光二極體LED 發亮一段時間。（T = 1.1RC 秒）
(6) 倍壓電路
輸出電壓Vo約可達到電源電壓Vcc的兩倍。555 是組成一個無穩態電路，因此第 3 腳不斷的輸出高態Æ低態Æ高態Æ低態Æ…………，當第 3 腳輸出低態時，C1 會經 D1 而充電，因此 C1 兩端有大約 Vcc 的電壓存在，於第 3 腳輸出高態時，C1 低電壓加上 V3 大約等於 2Vcc經 D2 而向 C2 充電，故 C2 兩端的電壓可達到 2Vcc左右。
電容器的耐壓 C1 不得低於Vcc，C2 不得低於 2Vcc。
實驗項目中NE555 電路圖腳位圖：
四、實習項目
實習一 鋸齒波產生器
i. 按圖 4.所示將電路接妥。
ii. 測量 Va、Vb 兩點波形。
iii. 改變 R1、R2、R3、C1 的值，測量 Vb 的頻率。
iv. 記錄測量數據。
圖 4. 鋸齒波產生器
Vb 頻率
計算值(Hz) 測出值(Hz) R3(Ω) R1&R2(Ω) C1(F)
實習二 50%對稱波電路
i. 按圖 5.所示將電路接妥。ii. 改變 R2、C1，測量 Vo、Vc 兩點波形。
iii. 記錄測量數據。
圖5. 50%對稱波電路
Vo 頻率
計算值(Hz) 測出值(Hz) R3(Ω) R2(Ω) C1(F)
實習三 單穩態電路觸發器
i. 按圖 6.所示將電路接妥。ii. 輸入一個脈波做觸發。
iii. 測量 V1、V2、V3 三點波形。
iv. 記錄測量數據並繪圖下來。
圖6. 單穩態電路觸發器
實習四 As-table multi-vibrator
i. 按圖 7.所示將電路接妥。ii. 測量 Vo、Vc 兩點波形。
iii. 記錄測量數據並繪圖下來。
圖7. As-table multi-vibrator
實習五 觸摸開關
i. 按圖 8.所示將電路接妥。
ii. 改變元件值使得 LED 發光時間改變。。
iii. 記錄測量數據。
圖8. 觸摸開關電路
實習六 倍壓電路
i. 按圖 9.所示將電路接妥。
ii. 測量 Vo 電壓值。
iii. 記錄測量數據。
圖9. 倍壓電路
Vo 頻率
計算值(Hz) 測出值(Hz)
