内容介绍

1 NE555简介

NE555的历史可以追溯到上世纪70年代初期，当时它由Signetics（现为Texas Instruments）的工程师Hans R. Camenzind设计。NE555的问世受到了广泛的欢迎，因为它不仅功能强大，而且价格低廉，易于使用。它的成功使得NE555成为了一种标准元件，被广泛应用于各种电子系统中，包括定时器、脉冲发生器、振荡器、PWM调制器等等。至今，NE555仍然是一款非常流行和常用的集成电路，它的设计理念和应用范围不仅在当时具有里程碑意义，而且在现代电子领域仍然具有重要的地位。

NE55 的图像结果

2 设计思路

NE555多谐振荡电路可以产生不同频率的稳定输出信号，在电子制作和通信领域中有着广泛的应用。比如，它可以用作数字系统的时钟电路、调频发射机等。通过调节电容和电阻的数值可以调节输出信号的频率，这使得NE555多谐振荡电路成为一个非常灵活和实用的电路。

NE555有双极型和MOS型两种。本实验以NE555双极型为例。NE555双极型的内部电路包括两个比较器、一个RS触发器、一个缓冲器，以及一个对外计时放电的晶体管，还有三个阻值为5kΩ的电阻组成的电压参考电路。简化的内部电路原理图如下图所示。

实验的设计思路是根据简化的内部电路原理图对NE555的电阻分压电路、比较器电路、触发器电路以及反向输出驱动电路等进行展开。

3 电路原理及仿真分析

3.1电阻分压电路

VCC电源通过三个5K的电阻进行分压，给两级比较器分别提供1/3VCC以及2/3VCC的电压,可以采用两个10KΩ的电阻进行并联从而得到一个较为稳定的5KΩ电阻或者接3个电位器。

3.2比较器电路

电路中共有两个比较器，第一个比较器电路由于该比较器的反向输入端固定与电阻分压的2/3VCC连接，当正向输入电压大于2/3VCC时，比较器输出高电平（VCC），反之输出低电平（0V）。第二个比较器电路由于该比较器的正向输入端固定与电阻分压的1/3VCC连接，当反向输入电压小于1/3VCC时，比较器输出高电平（VCC），反之输出低电平（0V）。

3.2.1阈值比较器

阈值比较器电路是由两级组成，分别使差分放大电路和带电流镜的差分放大电路。第一级电路由Q1、Q4、Q6、Q8以及R3组成的单端输入双端输出的差分放大器，第二级由Q2、Q3、Q5、Q7、R1、R2和R4共同组成的双端输入单端输出的差分放大器。

第一级差分放大电路中Q1/Q4，Q6/Q8使用了达林顿结构，采用复合连接方式将两个或多个三极管的集电极连在一起，第一个三极管的发射极直接耦合到第二个三极管的基极。

第二级差分放大器中使用了电流镜结构，分别由R1、R2、Q2、Q3以及R2、R4、Q5、Q7所组成。对前面的差分信号进行放大，增大总增益，也能够保持输出电流的平衡，公共电阻R2可以取一个较小的值，以提高放大器的带载能力。

仿真分析：

3.2.2 触发比较器

在触发比较强电路中Q9和Q10，Q12和Q13分别组成达林顿结构，Q9的基极接芯片第二引脚，Q13基极差分输入为固定1/3VCC输入。该差分电路为双端输入，单端输出方式。当外部触发引脚输入电压小于1/3VCC使，Q9和Q10导通能力较大，流过电流也大些，比较器输出为高，当触发引脚高于1/3VCC时，大部分电流会流过Q12与Q13，这是比较器输出电压较低。 Q11和R12组成NPN管组成开关电路，给差分电路提供工作电流，而Q11的基极电电流又是由Q15和Q18组成的电流镜结构所提供。

仿真分析

3.3 RS触发器

RS触发器是常用于存储一位二进制数据。它由两个互补反馈的非门（或与非门）构成，其中 R 表示复位（Reset），S 表示设置（Set）。RS触发器有两个输出：Q 和 Q'，分别代表正相和负相的输出。

RS触发器有两种状态：设置状态（S=1，R=0）和复位状态（S=0，R=1）。在设置状态下，输出 Q 为高电平，输出 Q' 为低电平；在复位状态下，输出 Q 为低电平，输出 Q' 为高电平。当 S 和 R 同时为 0 时，RS触发器保持其当前状态。

在555的RS触发电路中当R=0，S=1时，Q14a导通，Q17截止，Q18截止，流过R13的电流经过Q16和Q19到地，Q19导通，OUTPUT输出接地为0电平，翻转电平为1；当R=1，S=0时，Q17导通，使得Q19的基极拉低，Q19截止，流过R13的电流经过Q16和Q17到地，Q18导通，Q19集电极为高电平，即输出OUTPUT为1，翻转电平为0；当S=1，R=1时，Q14导通，它的Uce电压很小，即Q17无法导通，此时Q19导通，OUTPUT输出接地为0电平，翻转电平为1。

初始状态Q17和Q18导通。随后R和S改变状态为低电平输入，即R=0，S=0，这时Q14和Q17理应截止，但是由于最初Q18已经导通，电源电流经过R14来到Q17的基极，使得Q17继续导通，所以输出OUTPUT还是输出为1，翻转电平后为0；

如果初始状态R=0，S=1，这时Q14和Q19导通。随后R和S改变状态为低电平输入，即R=0，S=0，此时Q14依旧截止，由于R还是为0，所以Q19还是导通状态，OUTPUT输出保持低电平不变，翻转电平为1。

仿真分析

3.4 输出电路

RS触发器的输出接到Q20的基级，与R15和R16组成开关电路，当基级输入低电平时，芯片输出为高电平。，当基级输入高电平时，芯片输出为低电平。复位引脚输入为低电平时，三极管Q23导通，发射极电流为前面触发器所提供，进而给Q24与Q26提供使其导通，导致芯片3引脚输出与7引脚放电脚接地为低电平，实现复位功能。