关于555集成电路原理及应用

555集成电路及其应用

一、555集成电路原理 ................................................................................ 1 二、多用途水位控制器 ............................................................................... 4 三、品名：JS-97A液位控制器 .................................................................. 5 四、555的应用 ............................................................................................. 7

一、555集成电路原理

在数字系统中，为了使各部分在时间上协调动作，需要有一个统一的时间基准。用来产生时间基准信号的电路称为时基电路。时基集成电路555就是其中的一种。它是一种由模拟电路与数字电路组合而成的多功能的中规模集成组件，只要配少量的外部器件，便可很方便的组成触发器、振荡器等多种功能电路。因此其获得迅速发展和广泛应用。

555时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在同一硅片上的组合集成电路。它设计新颖，构思奇巧，用途广泛，备受电子专业设计人员和电子爱好者的青睐，人们将其戏称为伟大的小IC。1972年，美国西格尼蒂克斯公司(Signetics)研制出Tmer NE555双极型时基电路，设计原意是用来取代体积大,定时精度差的热延迟继电器等机械式延迟器。但该器件投放市场后，人们发现这种电路的应用远远超出原设计的使用范围，用途之广几乎遍及电子应用的各个领域，需求量极大。美国各大公司相继仿制这种电路 1974年西格尼蒂克斯公司又在同一基片上将两个双极型555单元集成在一起，取名为NF556。1978年美国英特锡尔公司(Intelsil)研制成功CMOS型时基电路ICM555 1CM556,后来又推出将四个时基电路集成在一个芯片上的四时基电路558 由于采用CMOS型工艺和高度集成，使时基电路的应用从民用扩展到火箭、导弹,卫星,航天等高科技领域。在这期间，日本、西欧等各大公司和厂家也竞相仿制、生产。尽管世界各大半导体或器件公司、厂家都在生产各自型号的555／556时基电路，但其内部电路大同小异，且都具有相同的引出功能端。

时基集成电路555工作原理如下：图a所示为555时基电路内部电路图。管脚排列如图b所示。整个电路包括分压器，比较器，基本RS触发器和放电开关四个部分。

（1）分压器 由三个5kW的电阻串联组成分压器，其上端接电源VCC（8端），下端接地（1端），为两个比较器A1、A2提供基准电平。使比较器A1的“+”端接基准电平2VCC／3（5端），比较器A2的“-”端接VCC／3。如果在控制端（5端）外加控制电压。可以改变两个比较器的基准电平。不用外加控制电压时，可用0.01mF的电容使5端交流接地，以旁路高频干扰。

（2）比较器A1、A7是两个比较器。其“+”端是同相输人端，“-”端是反相输入端。由于比较器的灵敏度很高，当同相输入端电平略大于反相端时，其输出端为高电平；反之，当同相输入端电平略小于反相输人端电平时，其输出端为低电平。因此，当高电平触发端（6端）的触发电平大于2VCC／3时，比较器A1的输出为低电平；反之输出为高电平。当低电平触发端（2端）的触发电平略小于VCC／3时，比较器A2的输出为低电平；反之，输出为高电平。

（3）基本RS触发器 比较器A1和A2的输出端就是基本RS触发器的输入端RD和SD。因此，基本RS触发器的状态（3端的状态）受6端和2端的输入电平控制。图中的4端是低电平复位端。在4端施加低电平时，可以强制复位，使Q=0。平时，将4端接电源VCC的正极。

（4）放电开关图中晶体管VT构成放电开关，使用时将其集电极接正电源，基极接基本RS触发器的Q端。当Q=0时，VT截止；当Q=1时，VT饱合导通。可见晶体管VT作为放电开关，其通断状态由触发器的状态决定。

从CA555时基电路的内部等效电路图中可看到，VTl-VT4、VT5、VT7组成上比较器Al，VT7的基极电位接在由三个5kΩ电阻组成的分压器的上端，电压为2/3VDD；VT9-VT13组成下比较器A2，VTl3的基极接分压器的下端，参考电1/3VDD。在电路设计时，要求组成分压器的三个5kΩ电阻的阻值严格相等，以便给出比较精确的两个参考电位1/3VDD和2/3VDD。VTl4-VTl7与一个4.7kΩ的正反馈电阻组合成一个双稳态触发电路。VTl8-VT21组成一个推挽式功率输出级，能输出约200mA的电流。VT8为复位放大级，VT6是一个能承受50mA以上电流的放电晶体三极管。双稳态触发电路的工作状态由比较器A1、A2的输出决定。 555时基电路的工作过程如下：

当2脚，即比较器A2的反相输入端加进电位低于1/3VDD的触发信号时，则VT9、VTll导通，给双稳态触发器中的VTl4提供一偏流，使VTl4饱和导通，它的饱和压降Vces箝制VTl5的基极处于低电平，使VTl5截止，VTl7饱和，从而使VTl8截止，VTl9导通，VT20完全饱和导通，VT21截止。因此，输出端3脚输出高电平。此时，不管6端(阈值电压)为何种电平，由于双稳态触发器(VTl4-VTl7)中的4．7kΩ电阻的正反馈作用(VTl5的基极电流是通过该电阻提供的)，3脚输出高电平状态一直保持到6脚出现高于1/3VDD的电平为止。当触发信号消失后，即比较器A2反相输入端2脚的电位高于1/3VDD，则VT9、VTll截止，VTl4因无偏流而截止，此时若6脚无触发输入，则VTl7的Vces

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饱和压降通过4.7kΩ电阻维持VTl3截止，使VTl7饱和稳态不变，故输出端3脚仍维持高电平。同时，VTl8的截止使VT6也截止。

当触发信号加到6脚时，且电位高于2/3VDD时，则VTl、VT2、VT3皆导通。此时，若2脚无外加触发信号使VT9、VTl4截止，则VT3的集电极电流供给VTl5偏流，使该级饱和导通，导致VTl7截止，进而VTl8导通，VTl9、VT2。都截止，VT21饱和导通，故3脚输出低电平。当6脚的触发信号消失后，即该脚电位降至低于2/3VDD时，则VTl、VT2、VT3皆截止，使VTl5得不到偏流。此时，若2脚仍无触发信号，则VTl5通过4.7kΩ电阻得到偏流，使VTl5维持饱和导通，VTl7截止的稳态，使3脚输出端维持在低电平状态。同时，VTl8的导通，使放电级VT6饱和导通。

通过上面两种状态的分析，可以发现：只要2脚的电位低于1/3VDD，即有触发信号加入时，必使输出端3脚为高电平；而当6脚的电位高于2/3VDD时，即有触发信号加进时，且同时2脚的电位高于1/3VDD时，才能使输出端3脚有低电平输出。4脚为复位端。当在该脚加有触发信号，即其电位低于导通的饱和压降0.3V时，VT8导通，其发射极电位低于lV，因有D3接入，VTl7为截止状态，VTl8、VT21饱和导通，输出端3脚为低电平。此时，不管2脚、6脚为何电位，均不能改变这种状态。因VT8的发射极通过D3及VTl7的发射极到地，故VT8的发射极电位任何情况下不会比1.4V电压高。因此，当复位端4脚电位高于1.4V时，VT8处于反偏状态而不起作用，也就是说，此时输出端3脚的电平只取决于2脚、6脚的电位。

根据上面的分析，CA555时基电路的内部等效电路可简化为如图所示的等效功能电路。显然，555电路(或者专556电路)内含两个比较器A1和A2、一个触发器、一个驱动器和一个放电晶体管。两个比较器分别被电阻R1、R2和R3构成的分压器设定的2/3VDD和1/3VDD。参考电压所限定。为进一步理解其电路功能，并灵活应用555集成块，下面简要说明其作用机理。从图1—5可见，三个5kΩ电阻组成的分压器，使内部的两个比较器构成一个电平触发器，上触发电平为2/3VDD，下触发电平为1/3VDD。在5脚控制端外接一个参考电源Vc，可以改变上、下触发电平值。比较器Al的输出同或非门l的输入端相接，比较器A2的输出端接到或非门2的输入端。由于由两个或非门组成的RS触发器必须用负极极性信号触发，因此，加到比较器Al同相端6脚的触发信号，只有当电位高于反相端5脚的电位时，R—S触发器才翻转；而加到比较器A2反相端2脚的触发信号，只有当电位低于A2同相端的电位1/3DD时，R—S触发器才翻转。

通过上面对等效功能电路和CA555时基电路的内部等效电路的分析，可得出555各功能端的真值表。

引脚 电平 电平 电平 电平 2 ≤1/3VDD <1/3VDD <1/3VDD * 6 1.4V ≥2/3VDD >2/3VDD * 4 * 1.4V 1.4V 0.3V 3 高电平 低电平 保持电平 低电平 7 悬空状态 低电平 保持 低电平 由表可看出，S、R、MR的输入不一定是逻辑电平，可以是模拟电平，因此，该集成电路兼有模拟和数字电路的特色。

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二、多用途水位控制器

本例介绍的水位控制器具有单泵单信号（仅凭水塔中的水位信号）水位自定控制、单泵双信

号（水塔中的水位信号和水源中的水位信号）水位自动控制以及排水自动控制功能。排水功能适用于配电间电缆沟自动排水等。

工作原理

多用途水位控制器电路如图4一59所示。图4一59中的SA1、SA2是进水、排水功能选择开关。当开关处于图中位置时为向水塔进水，下面先介绍单泵双信号电路的工作原理：220V市电经变压器T降压至15V后，由全桥整流、C5、C6滤波，IC1（7812)稳压，供给电路12V工作电源，指示灯VD3（红色）点亮。VT2是电源自动开关，其基极受水源水位的控制。当水源水位处于电极4及以上时，12V电源经V竹发射极、R6、电极4再经水电阻（一般在30kΩ以下）到电极3然后回到电源地，VT2饱和向后续电路供电，同时＿VD4（兰色）点亮显示水源有水。当水源水位低于电极4以下时，VT2基极呈高电平截止，后续电路无电源不工作。

VT2饱和导通后，后续电路工作状态受水塔水位的高低控制。当水塔水位低于电极2时，IC2（LM358B)的同相输人端5脚为高电平、反相输入端6脚只有4.5V以下，故此比较器输出端7脚有近10.5V的高电平，经C3藕合到VD2去触发晶闸管VS的控制极，使VS导通，电源经继电器的K绕组，VD5到地，于是K吸合，水泵M运转向水塔供水。指示灯VD5发绿光指示水泵正在工作。

当水塔水位上升到电极2时，LM358B的5脚变为低电平，比较器翻转输出低电平近OV。由于VD2的隔离作用对晶闸管的工作无影响，它继续导通工作；当水塔水位上升至电极1时，LM358A

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的反向输人端2脚变为低电平（近OV），其同相输人端3脚有约4.5V电压，于是该比较器输出端1脚翻转为高电平，通过C2藕合到VT1使VTl瞬间饱和，将VS阳极电位下拉至0.3V并迅速关断。由于VTl基极是经有隔直作用的电容C2祸合过来的，所以它亦迅速回复截止，于是继电器K失电，断开水泵电机的电源，水泵停止工作；当水塔水位下降到电极1以下时，比较器LM358A翻转输出低电平。对电路工作无影响；当水塔水位下降到电极2以下时水泵又开始新一轮工作。

如果不设水源信号，只要在机盒外用导线将电极3与4短接即成为单信号工作制式。 自动排水的工作原理是：将开关SA的两组动触头接至“3”的位置，即可用于自动排水。

当积水池中的水位高于电极1时，LM358A的反向输人端2脚为低电平，输出端1脚为高电平，经C2, SA2、VD2藕合到VS的G极，于是VS导通、电源经继电器K线圈、VS,VD5到地，继电器吸合。VD5发绿光水泵开始排水。当积水池的水位低于电极2时，LM358B的同相输入端5脚呈高电平，比较器翻转输出高电平经C3, SAl藕合到VTI的基极使VTI瞬时饱和，将VS阳极的电位下拉到0.3V关闭，VTI也同时截止。设置C1是为使VS能可靠的关闭。作排水用时电极3与电极4一定要短接，否则电路无工作电源。

元器件选择

IC1选用LM7812三端集成稳压器，IC2选用LM358运算放大器。

VTl选用9014或3 DG8型硅NPN小功率三极管，要求电流放大系数β＞100；N T2选用9012或3CG12型硅PNP中功率三极管，要求电流放大系数β＞100。VS选用MCR100一6或BT169D, 2N6565型等小型塑封单向晶闸管。VD1选用1 N4007硅整流二极管；VD2选用1 N4148硅开关二极管。

QD用QL一1 A/50V型硅全桥。

K选用触头电流为交流220V、5A的12V双触头直流继电器。 其他元器件无特殊要求，按图所标型号及参数选用。 制作与调试

由于本电路结构较简单，在购买元件时，可顺便买一块万用电路板，将全部元件焊接在万用电路板上，焊好并检查无误以后，一般不需要调试即可使用。

三、品名：JS-97A液位控制器

■功能和作用

本产品采用集成电路，并结合高层楼宇上、下水池(水塔)的水位

分级提升进行设计，具有上下水池联合控制、水池排水及缺水保护等功能， 可自动实现水箱补水、排水，并有效防止水池水位过高溢出或水泵空转损坏， 是一种工业、学校均实用的产品。非常适合城镇、农村、学校、工矿企事业 单位及家庭用水的水塔-水井供水工程，广泛应用于印染、化工、食品、酿 酒、饮料、制糖等行业。

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■单控上水池探头安装说明 安装图如图一所示

A(红线)—为上水池(水塔)上限液位控制点，水位上升达到A点水位, 水与探头接触，水位控制器自动关泵；

B(蓝线)—为上水池(水塔)下限液位控制点，水位下降到B点水位以下，水与探头脱离接触，水位控制器自动开泵, 水池充水

C(黑线)—为水池(水塔)地线，放在水池的最低点与水池底部接触； D(绿线)、E(黄线)点并接到C。 ■单控下水池(即排水池)探头安装说明 安装图如图二所示：

E—为下水池上限液位控制点，水位上升达到E点水位，水与探头接触，水位控制器自动开泵，水池排水；若不排水，则E点不接；

D—为下水池下限液位控制点, 水位下降到D点水位，水与探头脱离接触，水位控制器自动关泵，水池停止排水；

C—为水池地线，放在水池的最低点与水池底部接触；A、B点不接。 缺水保护探头安装说明 安装图如图三所示

C、D点为水池下限水位控制点，水位下降到下限水位，C、D探头之一与水面脱离接触，水位 控制器继电器立即动作，切断输出，水泵停止工作；E点与C点短接；A、B点不接。 ■故障排除

1、接通电源不工作：

a. 检查红色电源指示灯有无点亮，若不亮，检查输入输出接线端子是否均已接触良好； b. 打开产品，检查产品内控制板上的保险丝，若已烧坏，则更 换0.15~0.30A的保险丝。

c. 检查产品左侧的“手动/自动”开关，是否在“关”上将其调整回“自动”位置，水位控制器进入工作状态。 2、水位线超过或低于探头控制点，水泵没有自动关闭或开启，请按“自动/手动”开关手动控制水泵。并检查：

a. 探头是否偏离原位，安放位置过高（过低），导致水位无法接触（脱离）； b. 探头连接是否与其他线错位，是否有接错或短路； c. 探头连线与探头之间是否连接良好； d. C点地线是否已经安放在水池最低位置。 ■上下水池联合控制探头安装 上下水池联合控制探头安装说明 安装图如图三所示：

A—为上水池(水塔)上限液位控制点，水位上升达到A点水位，水与探头接触，水位控制器自动关泵；

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B—为上水池(水塔)下限液位控制点，水位下降到B点水位以下，水与探头脱离接触, 水位控制器自动开泵, 水池充水；

C—为上、下水池(水塔)公用地线，放在上、下水池的最低点与水池底部接触；?

D—为下水池下限液位控制点，水位下降到D点水位，水与探头脱离接触,水位控制器自动关泵，水池停止排水；

E—为下水池上限液位控制点，水位上升到E点水位，水与探头接触, 水位控制器自动开泵，水池排头；若不排水，则E点不接 ■安装使用其他说明

1、为确保水位控制器正常工作，安装好后请再次检查输入输出的接线、探头连接线是否接触可靠。检查产品右侧的“手动/自动”开关（DF-96D无），是否确能根据用户需要手动开启、关闭水泵，用后将其调整回“自动”位置，水位控制器进入工作状态。

4、临时需开启、关闭水泵，请用水位控制器右侧的“手动/自动”开关控制（DF-96D型无手动开关）。 5、为避免误动作，请勿将产品安装在潮湿、腐蚀及高金属含量气体的环境中。 6、建议您配套采用公司生产的水位控制器专用探头。 ■性能特征

型号 JS－97A JS－97D

外形尺寸 126×88×51mm 50×100×74mm 工作电压 220V 220V 安装方式 壁挂 导轨 负载 10A 20A

四、555的应用

我们知道,555电路在应用和工作方式上一般可归纳为3类。每类工作方式又有很多个不同的电

路。

在实际应用中,除了单一品种的电路外,还可组合出很多不同电路,如：多个单稳、多个双稳、单稳和无稳,双稳和无稳的组合等。这样一来,电路变的更加复杂。为了便于我们分析和识别电路,更好的理解555电路,这里我们这里按555电路的结构特点进行分类和归纳,把555电路分为3大类、8种、共18个单元电路。每个电路除画出它的标准图型,指出他们的结构特点或识别方法外,还给出了计算公式和他们的用途。方便大家识别、分析555电路。下面将分别介绍这3类电路。

单稳类电路

单稳工作方式,它可分为3种。见图示。

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第1种（图1）是人工启动单稳,又因为定时电阻定时电容位置不同而分为2个不同的单元,并分别以1.1.1和1.1.2为代号。他们的输入端的形式,也就是电路的结构特点是：“RT-6.2-CT”和“CT-6.2-RT”。

第2种（图2）是脉冲启动型单稳,也可以分为2个不同的单元。他们的输入特点都是“RT-7.6-CT”,都是从2端输入。1.2.1电路的2端不带任何元件,具有最简单的形式;1.2.2电路则带有一个RC微分电路。

第3种（图3）是压控振荡器。单稳型压控振荡器电路有很多,都比较复杂。为简单起见,我们只把它分为2个不同单元。不带任何辅助器件的电路为1.3.1;使用晶体管、运放放大器等辅助器件的电路为1.3.2。图中列出了2个常用电路。

双稳类电路

这里我们将对555双稳电路工作方式进行总结、归纳。555双稳电路可分成2种。

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第一种（见图1）是触发电路,有双端输入（2.1.1）和单端输入（2.1.2）2个单元。单端比较器（2.1.2）可以是6端固定,2段输入;也可是2端固定,6端输入。

第2种（见图2）是施密特触发电路,有最简单形式的（2.2.1）和输入端电阻调整偏置或在控制端（5）加控制电压VCT以改变阀值电压的（2.2.2）共2个单元电路。

双稳电路的输入端的输入电压端一般没有定时电阻和定时电容。这是双稳工作方式的结构特点。2.2.2单元电路中的C1只起耦合作用,R1和R2起直流偏置作用。

无稳类电路

第三类是无稳工作方式。无稳电路就是多谐振荡电路,是555电路中应用最广的一类。电路的变化形式也最多。为简单起见,也把它分为三种。

第一种（见图1）是直接反馈型,振荡电阻是连在输出端VO的。

第二种（见图2）是间接反馈型,振荡电阻是连在电源VCC上的。其中第1个单元电路（3.2.1）是应用最广的。第2个单元电路（3.2.2）是方波振荡电路。第3、4个单元电路都是占空比可调的脉冲振荡电路,功能相同而电路结构略有不同,因此分别以3.2.3a 和3.2.3b的代号。

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第三种(见图3)是压控振荡器。由于电路变化形式很复杂,为简单起见,只分成最简单的形式（3.3.1）和带辅助器件的(3.3.2)两个单元。图中举了两个应用实例。

无稳电路的输入端一般都有两个振荡电阻和一个振荡电容。只有一个振荡电阻的可以认为是特例。例如：3.1.2单元可以认为是省略RA的结果。有时会遇上7.6.2三端并联,只有一个电阻RA的无稳电路,这时可把它看成是3.2.1单元电路省掉RB后的变形。

以上归纳了555的3类8种18个单元电路,虽然它们不可能包罗所有555应用电路,古话讲：万变不离其中,相信它对我们理解大多数555电路还是很有帮助的。 各种应用电路 555触摸定时开关

集成电路IC1是一片555定时电路,在这里接成单稳态电路。平时由于触摸片P端无感应电压,电容C1通过555第7脚放电完毕,第3脚输出为低电平,继电器KS 释放 ,电灯不亮。

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当需要开灯时,用手触碰一下金属片P,人体感应的杂波信号电压由C2加至555的触发端,使555的输出由低变成高电平,继电器KS吸合,电灯点亮。同时,555第7脚内部截止,电源便通过R1给C1充电,这就是定时的开始。

当电容C1上电压上升至电源电压的2/3时,555第7脚道通使C1放电,使第3脚输出由高电平变回到低电平,继电器释放,电灯熄灭,定时结束。

定时长短由R1、C1决定：T1=1.1R1*C1。按图中所标数值,定时时间约为4分钟。D1可选用1N4148或1N4001。

相片曝光定时器

附图电路是用555单稳电路制成的相片曝光定时器。用人工启动式单稳电路。 工作原理：

电源接通后,定时器进入稳态。此时定时电容CT的电压为：VCT=VCC=6V。对555这个等效触发器来讲,两个输入都是高电平,即VS=0。继电器KA不吸合,常开点是打开的,曝光照明灯HL不亮。

按一下按钮开关SB之后,定时电容CT立即放到电压为零。于是此时555电路等效触发的输入成为：R=0、S=0,它的输出就成高电平：V0=1。继电器KA吸动,常开接点闭合,曝光照明灯点亮。按

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钮开关按一下后立即放开,于是电源电压就通过RT向电容CT充电,暂稳态开始。当电容CT上的电压升到2/3VCC既4伏时,定时时间已到,555等效电路触发器的输入为：R=1、S=1,于是输出又翻转成低电平：V0=0。继电器KA 释放 ,曝光灯HL熄灭。暂稳态结束,有恢复到稳态。

曝光时间计算公式为：T=1.1RT*CT。本电路提供参数的延时时间约为1秒~2分钟,可由电位器RP调整和设置。

电路中的继电器必需选用吸合电流不应大于30mA的产品,并应根据负载（HL）的容量大小选择继电器触点容量。

单电源变双电源电路

附图电路中,时基电路555接成无稳态电路,3脚输出频率为20KHz、占空比为1：1的方波。3脚为高电平时,C4被充电;低电平时,C3被充电。由于VD1、VD2的存在,C3、C4在电路中只充电不放电,充电最大值为EC,将B端接地,在A、C两端就得到+/-EC的双电源。本电路输出电流超过50mA。

简易催眠器

时基电路555构成一个极低频振荡器,输出一个个短的脉冲,使扬声器发出类似雨滴的声音（见附图）。扬声器采用2英寸、8欧姆小型动圈式。雨滴声的速度可以通过100K电位器来调节到合适的

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程度。如果在电源端增加一简单的定时开关,则可以在使用者进入梦乡后及时切断电源。

直流电机调速控制电路

这是一个占空比可调的脉冲振荡器。电机M是用它的输出脉冲驱动的,脉冲占空比越大,电机电驱电流就越小,转速减慢;脉冲占空比越小,电机电驱电流就越大,转速加快。因此调节电位器RP的数值可以调整电机的速度。如电极电驱电流不大于200mA时,可用CB555直接驱动;如电流大于200mA,应增加驱动级和功放级。

图中VD3是续流二极管。在功放管截止期间为电驱电流提供通路,既保证电驱电流的连续性,又防止电驱线圈的自感反电动势损坏功放管。电容C2和电阻R3是补偿网络,它可使负载呈电阻性。整个电路的脉冲频率选在3~5千赫之间。频率太低电机会抖动,太高时因占空比范围小使电机调速范围减小。

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用555制作的D类放大器

由IC555和R1、R2、C1等组成100KHz可控多谐振荡器,占空比为50%,控制端5脚输入音频信号,3脚便得到脉宽与输入信号幅值成正比的脉冲信号,经L、C3接调、滤波后推动扬声器。

风扇周波调速电路

夏天要来了,电风扇又得派上用场。这里介绍一个电风扇模拟阵风周波调速电路,可以为将我们家里的老式风扇增加一个实用功能,也算是一个迎接夏天到来的准备吧。下面介绍其工作原理。

电路见图1a。电路中NE555接成占空比可调的方波发生器,调节RW可改变占空比。在NE555

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的3脚输出高电平期间,过零通断型光电耦合器MOC3061初级得到约10mA正向工作电流,使内部硅化镓红外线发射二极管发射红外光,将过零检测器中光敏双向开关于市电过零时导通,接通电风扇电机电源,风扇运转送风。在NE555的3脚输出低电平期间,双向开关关断,风扇停转。

MOC3061本身具有一定驱动能力,可不加功率驱动元件而直接利用MOC3061的内部双向开关来控制电风扇电机的运转。RW为占空比调节电位器,亦即电风扇单位时间内（本电路数据约为20秒）送风时间的调节,改变C2的取值或RW的取值可改变控制周期。

图1b电路为MOC3061的典型功率扩展电路,在控制功率较大的电机时,应考虑使用功率扩展电路。制作时,可参考图示参数选择器件。由于电源采用电容压降方式,请自制时注意安全,人体不能直接触摸电路板。

电热毯温控器

一般电热毯有高温、低温两档。使用时,拨在高温档,入睡后总被热醒;拨在低温档,有时醒来会觉得温度不够。这里介绍一种电热毯温控器,它可以把电热毯的温度控制在一个合适的范围。

工作原理：

电路如图所示。图中IC为NE555时基电路。RP3为温控调节电位器,其滑动臂电位决定IC的触发电位V2和阀电位Vf,且V5=Vf=2Vz。220V交流电压经C1、R1限流降压,D1、D2整流、C2滤波,DW稳压后,获得9V左右的电压供IC用。室温下接通电源,因已调V2

五、集成定时器555及其应用

集成定时器555是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙地结合在一起的中规模集成电路。

该电路功能灵活、适用范围广,只要在外部配上几个适当的阻容元件,就可以很方便地构成多谐振荡

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器、施密特触发器和单稳态触发器等电路,完成脉冲信号的产生、定时和整形等功能。因而在控制、定时、检测、仿声、报警等方面有着广泛应用。常用的集成定时器有5G555(TTL电路)和CC7555(CMOS电路)等。

下面以5G555为例说明其功能和应用。

一.5G555的电路结构与逻辑功能

1. 电路结构

(1)结构图和管脚排列图

5G555的电路结构图和管脚排列图分别如图7.32(a)、(b)所示。

图7.32 5G555的电路结构图和管脚排列图 (2)组成

集成定时器5G555由电阻分压器、电压比较器、基本R-S触发器、放电三极管和输出缓冲器五部

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分组成。定时器的功能主要取决于比较器C1和C2，由它们的输出直接控制基本R-S触发器的状态和放电三极管T的状态，从而决定整个电路的输出状态。

①电阻分压器

由3个阻值均为5kΩ的电阻串联构成分压器，为电压比较器C1和C2提供参考电压UR1、UR2。

● 当电压控制端CO不外加控制电压Uco时,

● 当电压控制端CO外加控制电压Uco时，比较器的参考电压将发生变化，相应地电路的阈值、触发电平也将随之改变，并进而影响电路的定时参数。

为了防止干扰，当不外加控制电压时，CO端一般通过一个小电容(如0.01μF)接地，以旁路高频干扰。

②电压比较器C1和C2

电压比较器C1和C2是两个结构完全相同的理想运算放大器。当运算放大器的同相输入U+大 于反相输入U-时，其输出为高电平1信号；而当U+小于U-时，其输出为低电平0信号。 比较器C1的同相输入端(+端)接参考电压UR1，反相输入端(-端)与阈值输入端TH相连，其输出端R的状态取决于阈值输入信号UTH与UR1的比较结果。

当UR1＞UTH时，输出R为高电平1；当UR1＜UTH时，输出R为低电平0。

比较器C2的同相输入端(+端)与触发输入端相连，反相输入端(-端)接参考电压UR2，其输出端S的状态取决于触发输入信号UTR与UR2的比较结果。

当UTR＞UR2时，输出S为高电平1；UTR＜UR2时，输出S为低电平0。

③基本R-S触发器

两个与非门G1和G2构成了低电平触发的基本R-S触发器。触发器输入信号R、S为比较器C1、C2的输出，触发器Q端状态为电路输出端OUT的状态，触发器Q端状态控制放电三极管T的导通与截止。当外部复位信号RD为0(低电平)时，可使Uo=0，定时器输出直接复位。

④放电三极管T

放电三极管T构成泄放电路，T的集电极用输出端D表示。如果将D端经过一个外接电阻接至电源，即可组成一个反相器。当Q=0(Q=1)时，T导通，D端输出为低电平0；当Q=1(Q=0) 时，T截止，D端输出为高电平1。可见，D端的逻辑状态与输出端OUT的状态相同。

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⑤输出缓冲器

输出缓冲器G3的作用是提高负载能力，并隔离负载对定时器的影响。

2.5G555的逻辑功能

(1)外接控制电压时，5G555的逻辑功能

当CO端外接控制电压时，根据各部分电路的功能，可归纳出5G555的逻辑功能如表7.11所示。

表7.11 5G555的功能表 输 入 uTH d ＜UR1 ＜UR1 ＞UR1 uTR d ＜UR2 ＞UR2 ＞UR2 1 1 1 RD 0 1 1 0 比较器输出 R(C1) d 0 1 1 S(C2) d 1 不变 0 OUT 0 输 出 放电三极管T 导通 截止 不变 导通 （2）不外接控制电压时，5G555的逻辑功能

当CO端不外接控制电压时，5G555的逻辑功能如表7.12所示。

表7.12 5G555不外接控制电压时的功能表 输 入 uTH d uTR d RD 0 1 输 出 OUT 0 1 放电三极管 导通 截止 1 不变 不变

二 . 5G555的应用举例

0 0 导通 18

由于5G555具有电源范围宽、定时精度高、使用方法灵活、带负载能力强等特点，所以它在脉冲信号产生、定时与整形等方面的应用非常广泛。

1．用5G555构成多谐振荡器

多谐振荡器又称矩形波发生器，它有两个暂稳态，电路一旦起振，两个暂稳态就交替变化，输出矩形脉冲信号。

（1）电路构成及工作原理

①电路构成

用5G555构成的多谐振荡器电路及其工作波形图如图7.33(a)、(b)所示。

图7.33 用5G555构成的多谐振荡器电路及其工作波形图

从图7.33(a)可知，电路由5G555外加两个电阻和一个电容组成。5G555的D端(即放电三极管T的集电极)经R1接至电源UCC，构成一个反相器。电阻R2和电容C构成积分电路。积分电路的电容电压uC作为电路输入接至输入端TH和TR。

②电路的工作原理

电路的工作原理可归纳为电容C充电、放电的过程。

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(2）输出脉冲信号参数的计算

矩形波振荡周期TW的近似计算公式为 TW

矩形波振荡频率f的近似计算公式为

矩形波的占空比Q的近似计算公式为

(3)占空比可调的多谐振荡器

在图7.33(a)所示电路中，一旦选定电阻R1和R2，输出信号的占空比Q便固定下来。如果按图7.34所示对原电路稍加改进。即该电路在原有基础上增加一个可调电阻RW，并利用二极管的单向导电性，用D1、D2两个二极管将充电回路和放电回路隔离开，便构成了占空比可调的多谐振荡器。调节电阻RW的阻值就可改变输出矩形波的占空比Q。

图7.34 占空比可调的多谐振荡器

图7.34中，RW分成可变的两部分，靠近R1一侧的部分和R1一起构成RA，靠近R2一侧的部分和R2一起构成RB。电源UCC通过RA、D1向电容C充电；电容C通过D2、RB及5G555内部的放电三极管T放电。充、放电回路的时间常数决定输出信号高、低电平的持续时间，它们分别为

tH + tL≈0.7(R1+2R2)C

tH ≈ 0.7RAC tL ≈ 0.7RBC

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占空比Q为

调节可变电阻RW，便可改变RA和RB的阻值，进而改变输出矩形波的占空比。

2．用5G555构成施密特触发器

(1)施密特触发器

施密特触发器是一种特殊的双稳态时序电路，与一般的双稳态触发器相比，它具有如下两个特点：

① 施密特触发器属于电平触发，对于缓慢变化的信号同样适用。只要输入信号电平达 到相应的触发电平，输出信号就会发生突变，从一个稳态翻转到另一个稳态，并且稳态的维持依赖于外加触发输入信号。

② 对于正向和负向增长的输入信号，电路有不同的阈值电平。这一特性称为滞后特性或回差特性。

一种常用施密特触发器的逻辑符号和电压传输特性如图7.35所示,该器件实际上是一个具有滞后特性的反相器。

图7.35 施密特触发器

图中，上升时的阈值电压UT+称为正向阈值电平或上限触发电平；下降时的阈值电压UT-称为负向阈值电平或下限触发电平。它们之间的差值称为回差电压(或滞后电压)，用ΔUT表示。即

ΔUT

= UT+-UT-

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(2)5G555构成的施密特触发器

用5G555构成的施密特触发器原理图及其传输特性分别如图7.36(a)、(b)所示。在图7.36(a)中，将5G555的TH端和TR端连接在一起作为信号输入端，OUT作为输出端，便构成了一个施密特反相器。

图7.36 5G555构成的施密特触发器 ① 工作原理

该电路工作原理如下：

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② 典型应用

施密特触发器的典型应用有波形变换、脉冲整形、幅值鉴别等。

波形变换：施密特触发器能将正弦波、三角波或任意形状的模拟信号波形变换成矩形波。图 7.37(a)所示是将正弦波变换成矩形波。

脉冲整形：经传输后的矩形脉冲往往由于干扰及传输线路的分布电容等因素而使信号发生畸变，出现前、后沿变坏或信号电平波形上叠加脉动干扰波等现象。用施密特触发器，选择适 当的回差电压ΔUT，即可对输入信号整形后输出。如图7.37(b)所示，就是将干扰后的不规则波形，经整形后变成规则波形。

幅值鉴别：施密特触发器能在一系列幅值各异的脉冲信号中鉴别出幅值大于UT+的脉冲，并产生对应的输出信号。如图7.37(c)所示，输入信号经鉴幅后，仅幅值大于UT+的脉冲会产生相应输出信号。

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图7.37 施密特触发器的

七、时基电路555应用种种

内容摘要：555时基电路可用作：脉冲发生器、方波发生器、单稳态多谐振荡器、双稳态多谐振荡器、自由振荡器、内振荡器、定时电路、延时电路、脉冲调制电路、仪器仪表的各种控制电路及民用电子产品、电子琴、电子玩具等。

时基集成电路555并不是一种通用型的集成电路，但它却可以组成上百种实用的电路，可谓变化无穷，故深受人们的欢迎。

555时基电路具有以下几个特点：

（1）555时基电路，是一种将模拟电路和数字电路巧妙结合在一起的电路；

（2）555时基电路可以采用4．5～15V的单独电源，也可以和其它的运算放大器和TTL电路共用电源； （3）一个单独的555时基电路，可以提供近15分钟的较准确的定时时间；

（4）555时基电路具有一定的输出功率，最大输出电流达200mA，可直接驱动继电器、小电动机、指示灯及喇叭等负载。

因此，555时基电路可用作：脉冲发生器、方波发生器、单稳态多谐振荡器、双稳态多谐振荡器、自由振荡器、内振荡器、定时电路、延时电路、脉冲调制电路、仪器仪表的各种控制电路及民用电子产品、电子琴、电子玩具等。

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现以5G1555时基集成电路为例，说明其各脚功能。

5G1555时基电路有两种结构。一种为金属圆壳封装（型号为5G1555），其外貌与管脚排列如图39-1中（a）所示；另一种为陶瓷双列封装（型号为5G1555C），其外貌与管脚排列如图39-1中（b）所示。

图39-1

无论是进口或国产的时基555集成电路，还是用何种材料封装，其内部电路原理和管脚的功能则是完全一致的。其各管脚功能如下：

①脚接电源地线，即电源的负极； ②脚为低电位触发端，简称低触发端；

③脚为输出端，可将继电器、小电动机及指示灯等负载的一端与它相连，另一端接地或电源的正极； ④脚为低电位复位端；

⑤脚为电压控制端，主要是用来调节比较器的触发电位； ⑤脚为高电位触发端，简称高触发端； ⑦脚为放电端；

⑧脚接电源正极。弄清各管脚的功能后，正确运用555时基集成电路就十分容易了。 今列举555时基电路若干种如下，供读者选用与开拓。

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从公式中可看出，输出电压的高低只决定“脉冲宽度比”，而与电容C1无关，故提高了输出电源的稳定性。 7．线性温度-频率变换电路

线性温度-频率变换电路如图39-13所示。

在图中，当时基电路555的③脚输出高电平时，三极管BG1、BG2均导通，定时电容C便以时间常数τ＝Rt·C的速率充电。当C上的充电电压达2/3电源电压时，时基电路555被复位，③脚输出低电平，使BG1、BG2截止。电容C便通过时基电路555的内部放电管、Rt及③脚以τ＝Rt·C的速率放电，则BG2管输出的脉冲周期与热敏元件Rt的关系是：

T＝K·Rt（K=1．4CK为一常数）

由此可见，输出周期T与Rt成正比。合理地选择Rt的工作区域，便可以保持温度与其阻值成线性关系，即输出频率与温度成线性关系。

线性温度一频率变换电路的印刷电路如图39-14所示。

8.快速响应过流保护电路

快速响应过流保护电路如图39-15所示。

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图39-15

用时基电路555组成的稳压过流保护电路，其动作时间可达100μs。

正常情况下，电位器W中心头的电位被箝在2/3·UDW，则UR3＝0V，三极管BG1截止，时基电路555的③脚输出高电位，对电源调整管BG2不起作用；当负载过流时，UR3电位上升，使BG1导通，时基电路555的④脚电位变低电位，③脚输出亦是低电位，调整管BG2截止，实现过流保护。当输出超过一定电压（即 (Rw1+Rw2) Rw2 UDW）时，时基电路555被复位，输出低电位，达到过压保护的目的。 在出现“保护动作”后，按一下复位起动按钮AN，即可复位。

9．逆变时序触发脉冲产生电路

在大功率直流-交流三相逆变电源系统中，为达到将直流逆变为三相交流电的目的，对可控硅组系列的触发脉冲是有严格要求的。如：要求每只可控硅的导通角相等，以保持相与相之间的波形一致；触发脉冲占空比为0．5，以保持波形的对称性；触发脉冲的时序相差为T／6（即60°），以保证其相位差为120°；触发脉冲的波形为方波并有足够的脉宽，以满足大电流可控硅的触发需要；以及触发脉冲应用隔离方式输出，来实现可控硅的不同联接方式等。

鉴于对触发脉冲的要求条件十分苛刻，一般的时序触发脉冲产生电路都较复杂，可靠性也差，故采用时基电路555为核心组成的逆变时序触发脉冲产生电路，不仅时序准确，工作可靠性高、功耗小，而且电路简单、元件少、成本低，适于批量生产和新产品开发。

逆变时序触发脉冲产生电路如图39-17所示。

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图39-17 （1）电路组成

IC1时基电路组成50Hz方波发生器； BG1、C2、D2形成线性锯齿波； IC2、IC3时基电路组成脉冲移相； IC4、IC5时基电路组成脉冲展宽； 三极管BG2～BG7组成脉冲功率放大。 （2）工作原理 ①50Hz方波发生器

当电容C1以τ1＝R1·C1速率充电，且充电电压＜2／3电源电压时，IC1处于置位状态，其③脚输出高电平；当C1上的充电电压上升到2／3电源电压时，IC1由置位状态转为复位状态，则③脚输出低电平，电容C1经IC1内部的放电管，以τ＝R2·C1的速率放电。当电容C1的放电电压降至1／3电源电压时，IC1又由复位状态转为置位状态，开始周而复始地循环，IC1③脚便输出与电源电压高低无关的50Hz方波。 ②锯齿波的形成

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场效应管BG1与电位器W组成恒流源，提供一个恒定的漏极电流，随时间增加，电容C2上的充电电压以K·t（斜率K＝漏极电流 C2）的直线规律上升。当时间达到方波结束财，输入电压跃变为零，C2又以K·T充的速率经二极管D2和IC1内部的RS触发器迅速放电，使电容C2两端形成与输入脉冲宽度，频率均相等的50Hz斜率为K的锯齿波形。 ③脉冲移相

时基电路IC2、IC3为移相电路。其中IC2时基移相电路，其电源是取自稳压管D3、D4，稳压值为十10V。当锯齿波电压＜2／3稳压值时，IC2处于置位状态，③脚输出高电平；当锯齿波电压≥2／3稳压值时，IC2由置位状态转为复位状态，③脚输出低电平。

对于IC3时基移相电路，电源电压是取自稳压管D4，稳压值为十5V。当锯齿波电压＜2／3稳压值时，IC3处于置位状态，③脚输出高电平；当锯齿波电压≥2／3稳压值时，IC3由置位状态转为复位状态，③脚输出低电平。 显而易见，IC2的③脚输出脉冲下降沿比IC3③脚输出脉冲下降沿滞后T／6时间（相当60°），而IC1③脚输出脉冲下降沿又滞后IC2③脚输出脉冲下降沿T／6时间，故完成三脉冲移相任务。 ④脉冲展宽

脉冲展宽，是为了实现每个系列脉冲串的宽度及占空比的一致性。IC2、IC3输出的脉冲下降沿为后一级的触发信号，使IC4、IC5输出相应的脉冲宽度，IC4、IC5时基电路均工作在单稳状态。

对于IC5单稳电路，当锯齿波电压＜2／3稳压值时，由于电容C5不与IC5的②脚相连，③脚输出高电平的时间里，IC5是处于复位状态，而电容C5处于充电状态时，则IC5的③脚输出低电平。当时间到达一定时刻时，输出的脉冲产生负跳变，使IC5由复位转为置位，③脚输出高电平，电容C5以τ=R9·C5的速率充电，待C5上的充电电压达到2／3电源电压时，IC3又转为复位状态，③脚输出低电平，达到脉冲展宽的目的。

对于IC4单稳电路，所不同的是IC4被置位的时间滞后T／6，IC4的②脚置位输入端接的是分压器R6、R7，以获得与IC5一致的触发脉冲幅度。 ⑤脉冲功率放大及脉冲分配

由图39-17可知，U1与U4、U2与U5、U3与U6的正脉冲均是交替出现，利用这一规律，可以使三相脉冲变为6组功率放大的顺序脉冲，使电路简化。

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以IC1和三极管BG6、BG7电路为例：当IC1③脚输出高电平正脉冲时，三极管BG6反偏截止，BG7管正偏导通，其集电极电流以线性增大，经脉冲变压器互感耦合，在次级上输出矩形脉冲；当IC1的③脚为低电平输出时，BG，管零偏截止，BG6管因发射极电位升高而导通，其集电极电流也以线性增大，经脉冲变压器在次级上输出矩形脉冲。由此可见，BG6、BG7两管交替地导通与截止，在次级上输出的U4滞后U1180°。同理U5滞后U2180°，U6滞后U3180°，而输入脉冲U2滞后U160°，U3滞后U460°，U6滞后U560°，完成整个系列触发脉冲时序分配及脉冲功率放大的任务。 （3）元件作用

电位器W，用来调整场效管恒流值，控制充电速度，确保可靠移相。

电阻R4、R5，分别用来改变IC2、IC3的触发灵敏度，以补偿稳压管D3、D4的参数不一致性。 二极管D5～D10，是用来吸收脉冲变压器产生的反峰电压，保护三极管BG2～BG7。

二极管D11、D12，是用来降低BG2、BG4、BG6的发射极电位，以保证在输入为高电平情况下可靠地截止。 电容C6、C7，是确保在电源接通后，时基电路IC4、IC5工作在复位状态。 电容C3、C4，为电源去耦电容。 （4）元件选择

IC为时基集成电路，选用NE555或5G1555。

二极管D1、D2，选用反向电压大于20V、反向电流小于20μA型的2AK2开关管。 D3、D4为稳压管，稳压值为5V，温度系数小于士0．04％的2CW12。 电容C1、C2、C4、C5为CA型钽电容，切记勿使用电解电容。 BG1为场效应管，选用IDSS＞2mA的3DJ6F。

BG2、BG4、BG6选用ICBO＜10μA、β＞70、BVCEO≥20V的PNP型3CK系列中功率管。 BG3、BG5、BG7选用β＞70、BVCEO≥20V的PNP型中功率管3DG12A。 D11、D12为整流二极管，可选用最大整流电流300mA的2CP系列管。

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脉冲变压器B的参数，由逆变可控硅最大触发电流决定，对于100A以下的可控硅，可用XE8X16型铁芯，初级绕组用φ0．2mm的漆包线绕150圈；次级绕组用φ0．38mm的漆包线绕75圈。 R1、R2、R8、R914．3kΩ R3100ΩR4、R568kΩ R6、R710kΩR10～R151kΩ C1、C2、C4、C51μF

C3、C8220μFC6、C70．047μF

三相逆变电源可控硅序号图如图39-18所示。

图39-18

10．大功率循环彩灯控制电路

大功率循环彩灯控制电路如图39-20所示，该控制电路是由3个时基集成电路循环振荡器所构成的。

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图39-20

在图中，当时基电路IC1的③脚输出高电平时，双向可控硅SCR1被触发导通，由它控制的一路灯泡点亮；与此同时，IC1③脚输出的高电平经二极管D1、电阻R3对电容C3充电，当C3上的充电电压达到2／3电源电压时，IC2的②、⑥脚因处高电位而复位，则IC2的③脚转为低电平，双向可控硅SCR2因失去触发电压而关断，它所控制的一路灯泡熄灭；与此同时，因IC2的③脚输出低电平，则IC3置位，③脚输出高电平，使可控硅SCR3触发导通，它所控制的一路灯泡点亮，而IC3又控制IC1复位，使SCR1控制的灯泡熄灭，从而进行周而复始地循环，实现了彩灯变换。

之所以能实现周而复始地循环，是利用了IC的②、⑤脚的电容C。当SCR关断时，IC的⑦脚内部的放电三极管导通，电容C经⑦脚上的电阻R放电，在C上的放电电压降到1/3电源电压时，IC置位，即③脚又输出高电平的缘故。所以，改变充电时间常数τ＝R·C，即改变彩灯变换速度，使彩灯的变化象流水似的效果。 双向可控硅应选用10A／600V型，并加装10×10cm的铝散热片。 安装时，零线应接可控硅的阴极，火线接可控硅的阳极，切勿接错。

由于时基电路IC的输出电流可达200mA，则图示电路功率可达6kW，可用于大型广告、商标、灯展及舞厅等的彩灯装饰，工作可靠、寿命长，且无噪声。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/txfw.html