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Fig.6-1是555的接腳圖，各腳的命名與動作我們在後文會陸續說明。

Fig.2是內部方塊圖，在555內部有三個等值電阻將VCC分壓，2/3VCC接到一個比較器的反相端，1/3Vcc接到另一個比較器的非反相端，兩個比較器剩下的輸入分別就是555的輸入端（第2腳Trigger和第6腳Threshold），它們的輸出則是接RS正反器。

Fig.6-1555的接腳圖

Fig.6-2555的內部方塊圖

根據Fig.6-2我們來想像一下555各腳位的動作規則：

1.當第2、6腳皆大於2/3VCC時，正反器SR=01，輸出為低電位，同時讓Q14飽和，第7腳如同短路至地，可吸入35～55mA的電流，相當大。

2.當第2、6腳皆小於1/3VCC時，正反器SR=10，輸出為高電位，同時讓Q14截止，第7腳如同斷路。

3.當第2、6腳電位位於1/3VCC、2/3VCC中間時，因為有正反器的緣故，所以輸出和Q14都維持前一狀態不變。

【應用電路】555的應用電路

◆方波產生器（無穩態多諧振盪器，Astable

Multivibrator）

Fig.6-3方波產生器

方波產生器也叫做無穩態多諧振盪器（AstableMultivibrator）。

請參考Fig.6-3，電路振盪的動作說明如下：

1.開機瞬間C如同短路，輸入電壓為零，即第2、6腳皆小於1/3VCC，所以輸出為高電位，且Q14截止。

2.VCC經由R1和R2向C充電，第2、6腳電壓上升，當上升至2/3VCC時，輸出就變為低電位，且Q14飽和，第7腳電位近乎為零。

3.由於第7腳近於接地，因此C被迫經由R2放電，第2、6腳電壓開始降低，所以輸出維持不變，且放電繼續。

4.當2、6腳電壓降至1/3VCC時，輸出馬上變為高電位，Q14斷流，C又被充電，如此循環不息。

特別注意：

當Q14飽和時，第7腳的電位近乎為零，此時有兩股電流被吸入，一股來自VCC，經由R1，一股來自電容，經由R2。

此時，為了避免Q14因電流過大而燒燬，R1和R2的數值均應有所限制，它們的最小值為：

R1不得低於5kΩ，R2不得低於3kΩ

此外，當Q14截止時，它的電流（雖小）限制著R1和R2的最大值。

這是因為如果電流太小，電容將無法被充電至2/3VCC，如此一來，振盪便會中止。

所以，一般而言，R1加R2之和的最大值在數MΩ左右。

實際操作時，有些同學可能用可變電阻代替R1、R2，那麼務必請串聯上一固定電阻，以防不慎事件發生。

Fig.1的振盪電路除了R1、R2與C之外，還有一些在555的其他應用電路裏也常會見到的接線，茲分別解釋如後：

1.第5、8腳與地之間接有電容，這是穩定電位用的。

由於555內部正反器在轉態時會使消耗電流瞬間增大或減小，這種現象極易使VCC電壓不穩，進而影響內部據以比較的1/3VCC、2/3VCC位準。

在5、8腳與地之間並聯電容可以改善這種現象。

在接下來的實作中，不管電路圖上是否標明，只要用到555之處，都必須加上這兩個電容，否則實驗結果會和理論值出入極大。

2.輸出端與VCC之間接有一個電阻（以虛線示出），這個電阻的作用在於，可使輸出的高電位提升到VCC。

在實作中，這個電阻可加可不加，若不加則高電位約比VCC低0.5V。

3.第4腳取名重置（Reset），若將之接地，則Q14恆為飽和且輸出恆為低電位。

同學們在這裡會發現一個矛盾：

「Q14飽和時C會放電，使第2腳低於1/3VCC，此時，輸出不是高電位嗎？

」這個問題的正確答案為：

「重置」勝過其它接腳的功用。

由此可以推論：

第4腳不用時應該接到VCC，不應該讓它浮接，以防雜訊由此導入來影響其它接腳。

Fig.6-4電路的振盪波形

Fig.6-4是Fig.6-3電路的振盪波形，水平軸為0.5ms/div，垂直軸為2V/div，零位是下方的水平線，各點波形以同一scale示出。

若將R1的電源獨立出來，則這個電路的頻率將隨R1外加的電壓而改變，但方波的振幅不變，因此提供了一個VCO（VoltageControlledOscillator；

壓控振盪器）的可行性，只可惜這個VCO的關係是非線性的。

Fig.6-3的振盪器有一個缺點，那就是它的充放電路徑所經過的電阻無法相等（試想為什麼呢？

），所以我們無法得到一個對稱方波。

為了改善這個缺點，可以用Fig.6-5的電路代替：

Fig.6-5可調整DutyCycle的方波產生器

Fig.6-5的電路是令充放電的路徑獨立，如此可使方波對稱，或是放電時間較短於充電時間，也就是DutyCycle大於50%。

◆單穩態多諧振盪器（MonostableMutlivibrator）

Fig.6-4的接法稱為「單穩態多諧振盪器」（MonostableMutlivibrator）。

所謂“單穩態”的意思，是指這個電路只有一個穩態（輸出為0V時），當輸出為高電位時是“不穩態”，只能維持短時間，隨即掉回穩態（低電位）。

這個電路也被稱為計時電路，是555最典型的應用電路。

（a）（b）

Fig.6-6MonostableMutlivibrator

開機瞬間，C視為短路，輸入電壓為零，即第2、6腳皆小於1/3VCC，所以輸出為高電位，且Q14截止；

C經由R3被VCC充電，使第6腳的電位上升；

當第6腳的電位升至2/3VCC後，輸出定在低電位，Q14吸去電容上的電荷。

此時如果沒有外加訊號，555便一直維持在此狀態。

接下來我們來看觸發後的不穩態分析。

加一負向的觸發信號於第2腳，使其低於1/3VCC，則輸出立刻被激發到高電位，此刻是計時的「開始」。

因Q14截止，C受到VCC的充電而使第6腳的電位上升；

當第6腳升至2/3VCC，輸出立刻落回低電位，此刻是計時的「結束」，C又被放電，一切恢復穩態。

在計時之內因555內有正反器的關係，輸出維持高電位，縱使你移去觸發信號，輸出不會跟著落回，所以觸發的長短是不重要的（但是不能比計時週期長，否則可能影響計時週期）。

對於觸發訊號較嚴格的要求是觸發位準的正確與否，Fig.6-7是一些例子，這些波形並非全部皆適合做為觸發訊號，你能指出哪些才能正確觸發Fig.6-6的電路嗎？

Fig.6-7觸發訊號

Fig.6-8電路的振盪波形

Fig.6-8是單穩態振盪器的輸出波形。

最上方是第2腳的觸發信號，中央是第3腳的輸出訊號，下方是第6腳的電容電壓。

根據Fig.6-8可知：

1.若沒有第二次的觸發，輸出便恆停在穩態，此圖是為了配合示波器重複掃描的特性，使用週期性觸發。

2.經由簡單的計算，不穩態維持的時間為：

T=1.1R3C-------------（6-1）

3.電容放電相當快，快得來不及留下光跡，可証明Q14飽和時，電阻近乎零，吸入電流的能力很大，所以應該注意R3不可小於5kΩ。

注意：

零位未示出，但你可從Fig.6-2知道在那裡。

◆可再觸發單穩態複振器（Retriggerable

Fig.6-9是不可再觸發型（Unretriggerable）的複振器，什麼是“不可再觸發”呢?

我們以下圖來說明：

第六腳

電位

Fig.6-9不可再觸發型複振器的波形

如果觸發是週期性且頻率太快，就可能在前一個觸發所引起的不穩態還未結束，下一個觸發就又進來了。

以Fig.6-9來看，當第1個觸發已到，而第2個觸發未來之時，不穩態已在進行，即輸出高電位（中間的波形），電容正在充電（下面的波形）。

這時，第2個脈衝進來，對不穩態毫無影響，等於浪費了一樣。

同理第3個脈衝也浪費掉。

然後第4個脈衝進來，因為已經回到了穩態，所以能夠再觸發；

同理，第5和第6個脈衝又浪費掉，第7個脈衝能夠觸發，……，像這種必須等到計時結束才能再觸發的特性，就稱為不可再觸發型複振器。

我們可以利用不可再觸發的特性來完成兩個目的：

1.用作計數器（Counter），正如數位系統般的計數器，任何數目的分頻都是可行的。

2.用作同步器，輸出被輸入強迫同步（整數倍）。

除了上述電路，有時我們也需要可再觸發型複振器（RetriggerableMultivibrator）。

這種電路顧名思義，就是在不穩態週期尚未結束前，如果又有觸發訊號進來，可以接受新的觸發訊號並重新計時。

Fig.6-10是可再觸發型單穩態複振器，用了兩顆555。

其中，B部份的接線圖同Fig6，它的觸發源來自於A部份的輸出。

唯一不同的地方在於，B部份充電用的電容多接一條線到A部份的第7腳，造成“欲使C充電，必須兩顆555的第2腳都截止”才行，正因為這條線，使它成為可再觸發。

Fig.6-10RetriggerableMultivibrator

Fig.10的輸出結果顯示在Fig.6-11。

0.5ms/div0.5ms/div

（a）（b）

Fig.6-11的輸出結果

根據Fig.6-11，說明電路動作如下：

1.觸發信號是正向脈衝，且含有直流偏壓。

未觸發時應使555（A）第2腳低於1/3VCC，觸發信號來時使其高於1/3VCC。

2.穩態時有一矛盾情形：

未觸發時，555（A）第2腳<

1/3VCC，此時輸出為高電位，同時Q14截止；

但555（A）第6腳>

2/3VCC，會使得輸出為低電位，且Q14飽和；

對於一般SR正反器而言，這會造成輸入皆為1的“不確定”情況。

但是555內部的正反器是經過特別設計的，當正反器輸入皆為（1,1）時，其輸出是（1,0），與輸入是（1,0）時相同，你也可以看成優先次序是腳2優於腳6。

3.觸發訊號來時，555（A）第3腳立刻有反應，555（B）第6腳則否，後者要等到觸發訊號結束後才開始充電。

由Fig.6-9（a）可以看出，如果充電未達2/3VCC時觸發訊號就進來，則555（B）第6腳就會迅速被555（A）第7腳放電，等到脈衝離去才又恢復充電，於是555（B）第3腳一直保持高電位。

如果觸發訊號的間隔較計時週期長，則情況如Fig.6-11（b）所示，555（B）第6腳先充電到2/3VCC，然後回穩態等待下一次觸發。

4.根據Fig.6-11（a），555（B）總共計時週期為：

T=觸發脈寬+1.1RC----------（6-2）

這不同於不可再觸發的（

）式。

由此也可以知道，這個電路的計時是在觸發訊號結束後才開始的，因此並無觸發脈寬長短的問題。

5.一次成功的觸發所需最短脈寬約2-3μs，故知555只適用在低頻，其不穩態振盪的極限約100kHz左右。

◆鎖鑰振盪器（KeyedOscillator）

如Fig.6-12，前級的輸出端接到後級的重置端，兩級都是不穩態複振器，且前級的頻率較低。

當前級輸出高電位時，鑰啟後級的振盪；

當前級輸出低電位時，鎖止後級；

這種電路稱為鎖鑰振盪器（KeyedOscillator）。

Fig.12鎖鑰振盪器

PRELAB

班級：

組別：

姓名：

學號：

同組組員：

◎預習一

1.試說明Fig.6-3方波產生器電路的工作原理。

2.一個如下圖的RC電路：

當它充電時，電壓與時間的關係是：

；

當它放電時，電壓與時間的關係是：

。

請你利用這兩個公式，參考Fig.6-4，證明Fig.6-3電路的T1、T2符合（6-3）、（6-4）式：

（6-3）

（6-4）

3.若在555的第5腳加上一電壓VR，則555內兩比較器之參考電壓分別為VR、1/2VR，因此電容的充放電在此二者之間。

請證明T1、T2變為：

（6-5）

（6-6）

◎預習二

1.比較Fig.6-3與Fig.6-5兩電路有何差別。

2.根據預習一的推導，Fig.6-5電路中的T1、T2的值應為何?

◎預習三

參考預習一的推導及Fig.6-6電路，請你推導出P6-6（6-1）式。

LAB

●本實驗的圖形記錄，請注意保持各個腳位之間的時序關係正確

◥實作一方波產生器

（1）

1.接線如Fig.6-3，R1、R2用10KΩ，C用0.05μF，VCC用12V。

先測量第5腳電位，看是否為2/3VCC。

2.觀察並畫下第2、6腳（即電容的跨壓）波形，標明此波形最高值與最低值。

3.觀察並畫下第3腳之輸出波形，記錄高電位週期T1與低電位週期T2，利用PRELAB導出的週期公式（6-3）、（6-4）驗證之。

4.調整VCC（請勿超出5~15V範圍），證明週期和VCC無關。

5.請加一10V電壓於第5腳，重新測T1與T2。

利用PRELAB中的（6-5）、（6-6）式驗證。

◥實作二方波產生器

（2）

1.接線如Fig.6-5，兩電阻都用10KΩ，C用0.05μF，VCC用12V。

2.觀察輸出波形，記錄高電位週期T1與低電位週期T2，與PRELAB推測的結果比較。

3.自行改變電容、電阻值，設計出DutyCycle為20%，頻率為1KHz的方波產生器，記錄下你所用的電容電阻值。

◥實作三單穩態複振器

1.接線如Fig.6-6，R3用10KΩ，C用0.05μF。

2.利用FG的DC-offset鈕與Symmetry鈕調整出適當頻率、位準、脈寬的觸發訊號輸入，觀察輸出訊號。

請在同一時間軸上畫下輸入、輸出以及第6腳的波形。

3.測量並記錄計時週期，利用（6-1）式驗證。

◥實作四可再觸發型單穩態複振器

1.接Fig.6-10線路，R3仍用10KΩ，C用0.05μF，在VCC與輸出間接一RL=1KΩ。

2.當觸發脈衝的間隔較計時週期長時，畫下A2、A3、B6、B3各腳之波形（A2代表555（A）的第2腳，餘類推）。

3.拔去RL，看看對輸出有何影響？

4.記錄觸發脈寬與計時週期，驗證（6-2）式。

5.調整觸發訊號頻率，觀察”可再觸發”的現象。

即觸發脈衝的間隔較計時週期短時，你看到的輸出波形為何？

畫下A2、A3、B6、B3各腳之波形。

6.求出一次成功的觸發所需的最短脈寬（加大觸發源的頻率，使脈寬變窄，直到無法觸發為止—想一想不成功的觸發會產生什麼狀況?

）。

◥實作五鎖鑰振盪器

1.接線如Fig.6-12，A的兩個電阻取47KΩ，B的兩個電阻用5KΩ，電容一律用0.05μF。

2.使用示波器的兩個Channel同時觀察A3、B3腳的波形。

注意此時要小心調整示波器的觸發源，否則看到的波形會不正確。

畫下A3、B3腳的波形。

REPORT

1.第5腳電壓：

__________

2.第2、6腳波形；

最高值：

__________；

最低值：

3.第3腳波形；

T1=__________；

T2=__________

5.T1=__________；

2.T1=__________；

3.R1=__________；

R2=__________；

C=__________

T2=__________；

f=__________

2.第2、3、6腳波形：

3.T=__________

2.A2、A3、B6、B3各腳位波形：

3.RL的影響:

4.觸發脈寬：

計時週期：

5.A2、A3、B6、B3各腳位波形：

6.最短觸發脈寬：