系统看懂电路图-逻辑电路要点及举例

对于新手来说，认识电路图是需要迈出的第一步，这一步至关重要，它影响到日后对电路的影响和整体设计效率，本系列文章对电路中所有的图形和符号进行了详细的讲解，希望能对大家有所帮助，在上一篇文章当中，小编为大家整理了数字逻辑电路的知识，而在本节当中，将进一步进行巩固，对数字逻辑电路的读图要点进行介绍，并给出例子。

数字逻辑电路的读图步骤和其它电路是相同的，只是在进行电路分析时处处要用逻辑分析的方法。读图时要：①先大致了解电路的用途和性能。②找出输入端、输出端和关键部件，区分开各种信号并弄清信号的流向。③逐级分析输出与输入的逻辑关系，了解各部分的逻辑功能。④最后统观全局得出分析结果。

例1三路抢答器

图1

图1是智力竞赛用的三路抢答器电路。裁判按下开关SA4，触发器全部被置零，进入准备状态。这时Q1～Q3均为1，抢答灯不亮；门1和门2输出为0，门3和门4组成的音频振荡器不振荡，扬声器无声。

竞赛开始，假定1号台抢先按下SA1，触发器C1翻转成Q1=1、Q1=0。于是：①门2输出为1，振荡器振荡，扬声器发声；②HL1灯点亮；③门1输出为1，这时2号、3号台再按开关也不起作用。裁判宣布竞赛结果后，再按一下SA4，电路又进入准备状态。

例2彩灯追逐电路

图2是4位移位寄存器控制的彩灯电路。开始时按下SA，触发器C1～C4被置成1000，彩灯HL1被点亮。CP脉冲来到后，寄存器移1位，触发器C1～C4成0100，彩灯HL2点亮。第2个CP脉冲点亮HL3，第3个点亮HL4，第4个CP又把触发器C1～C4置成1000，又点亮HL1。如此循环往复，彩灯不停闪烁。只要增加触发器可使灯数增加，改变CP的频率可变化速度。

图2

555集成时基电路的特点

555集成电路开始出现时是作定时器应用的，所以叫做555定时器或555时基电路。但是后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可以用于调光、调温、调压、调速等多种控制以及计量检测等作用；还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，作为交流信号源以及完成电源变换、频率变换、脉冲调制等用途。由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，因此目前被广泛用于各种小家电中。

555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、触发器、输出管和放电管等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体。它的性能和参数要在非线性模拟集成电路手册中才能查到。555集成电路是8脚封装，图3（a）是双列直插型封装，按输入输出的排列可画成图1（b）。其中6脚称阀值端（TH），是上比较器的输入。2脚称触发端（），加上低电砰（<0.3伏）时可使输出成低电平。5脚称控制电压端（VC），可以用它改变上下触发电平值。8脚是电源，1脚为地端。

（b）

图3

对于初学者来说，可以把555电路等效成一个带放电开关的R-S触发器，如图4（a）。这个特殊的触发器有两个输入端；阈值端（TH）可看成是置零端R，要求高电平；触发端（，控制电压端VC，电源端VDD和地端GND。

（b）

图4

这个特殊的R-S触发器有2个特点：（1）两个输入端的触发电平要求一高一低：置零端R即阈值端TH要求高电平，而置低端）端来讲，>1/3VDD是高电平1，<1/3VDD是低电平0。如果在控制端（VC）加上控制电压VC，这时上触发电平就变成VC值，而下触发电平则变成1/2VC。可见改变控制端的控制电压值可以改变上下触发电平值。

经过简化，555电路可以等效成一个触发器，它的功能表见图4（b）。

555集成电路有双极型和CMOS型两种。CMOS型的优点是功耗低、电源电压低、输入阻抗高，但输出功率较小，输出驱动电流只有几毫安。双极型的优点是输出功率大，驱动电流达200毫安，其它指标则不如CMOS型的。

此外还有一种556双时基电路，14脚封装，内部包含有两个相同的时基电路单元。555的应用电路很多，大体上可分为555单稳、555双稳和555无稳三类。555单稳电路单稳电路有一个稳态和一个暂稳态。555的单稳电路是利用电容的充放电形成暂稳态的，因此它的输入端都带有定时电阻和定时电容，常见的555单稳电路有两种。

（1）人工启动型单稳

将555电路的6、2端并接起来接在RC定时电路上，在定时电容CT两端接按钮开关SB，就成为人工启动型555单稳电路，见图5（a）。用等效触发器替代555，并略去与单稳工作无关的部分后画成等效图5（b）。下面分析它的工作：

（b）

图5

①稳态：接上电源后，电容CT很快充到VDD，从图3（b）看到，触发器输入R=1，=1，从功能表查到输出Vo=0，这是它的稳态。

②暂稳态：按下开关SB，CT上电荷很快放到零，相当于触发器输入R=0，=0，输出立即翻转成Vo=1，暂稳态开始。开关放开后，电源又向CT充电，经时间td后，CT上电压升到>2/3VDD时，输出又翻转成V=0，暂稳态结束。td就是单稳电路的定时时间或延时时间，它和定时电阻RT和定时电容CT的值有关；td=1.1RTCT。

（2）脉冲启动型单稳

把555电路的6、7端并接起来接到定时电容CT上，用2端作输入就成为脉冲启动型单稳电路，见图6（a）。电路的2端平时接高电平，当输入接低电平或输入负脉冲时才启动电路。用等效触发器替代555电路后可画成图6（b）。这个电路利用放电端使定时电容能快速放电。下面分析它的工作状态：

（b）

图6

①稳态：通电后，R=1，=1，输出Vo=0，DIS端接地，CT上电压为0即R=0，输出仍保持Vo=0，这是它的稳态。

②暂稳态：输入负脉冲后，输入=1，输出又翻转成Vo=0，暂稳态结束。这时内部放电开关接通，DIS端接地，CT上电荷很快放到零，为下一次定时控制作准备。电路的定时时间td=1.1RTCT。这两种单稳电路常用作定时延时控制。

555双稳电路

常见的555双稳电路有两种。

（1）R-S触发器型双稳把555电路的6、2端作为两个控制输入端，7端不用，就成为一个R-S触发器。要注意的是两个输入端的电平要求和阈值电压都不同，见图7（a）。有时可能只有一个控制端，这时另一个控制端要设法接死，根据电路要求可以把R端接到电源端，见图7（b），也可以把S端接地，用R端作输入。

（b）

图7

有两个输入端的双稳电路常用作电机调速、电源上下限告警等用途，有一个输入端的双稳电路常作为单端比较器用作各种检测电路。

（2）施密特触发器型双稳

把555电路的6、2端并接起来成为只有一个输入端的触发器，见图8（a）。这个触发器因为输出电压和输入电压的关系是一个长方形的回线形，见图8（b），所以被称为施密特触发器。从曲线看到，当输入Vi=0时输出Vo=1。当输入电压从0上升时，要升到>2/3VDD以后，Vo才翻转成0。而当输入电压从最高值下降时，要降到<1/3VDD以后，Vo才翻转成1。所以输出电压和输入电压之间是一个回线形曲线。由于它的输入有两个不同的阈值电压，所以这种电路被用作电子开关，各种控制电路，波形变换和整形的用途。

（b）

图8

555无稳电路

无稳电路有2个暂稳态，它不需要外触发就能自动从一种暂稳态翻转到另一种暂稳态，它的输出是一串矩形脉冲，所以它又称为自激多谐振荡器或脉冲振荡器。555的无稳电路有多种，这里介绍常用的3种。

（1）直接反馈型555无稳

利用555施密特触发器的回滞特性，在它的输入端接电容C，再在输出V0与输入之间接一个反馈电阻Rf，就能组成直接反馈型多谐振荡器，见图9（a）。用等效触发器替代555电路后可画成图9（b）。现在来看看它的振荡工作原理：

（c）

图9

刚接通电源时，C上电压为零，输出V0=1。通电后电源经内部电阻、V0端、Rf向C充电，当C上电压升到>2/3VDD时，触发器翻转V0=0，于是C上电荷通过Rf和V0放电入地。当C上电压降到<1/3VDD时，触发器又翻转成V0=1。电源又向C充电，不断重复上述过程。由于施密特触发器有2个不同的阀值电压，因此C就在这2个阀值电压之间交替地充电和放电，输出得到的是一串连续的矩形脉冲，见图9（c）。脉冲频率约为f=0.722/RfC。

（2）间接反馈型无稳

另一路多谐振荡器是把反馈电阻接在放电端和电源上，如图10（a），这样做使振荡电路和输出电路分开，可以使负载能力加大，频率更稳定。这是目前使用最多的555振荡电路。

图10

这个电路在刚通电时，V0=1，DIS端开路，C的充电路径是：电源→RA→DIS→RB→C，当C上电压上升到>2/3VDD时，V0=1，DIS端接地，C放电，C放电的路径是：C→RB→DIS→地。可以看到充电和放电时间常数不等，输出不是方波。t1=0.693（RA+BB）C、t2=0.693RBC，脉冲频率f=1.443/（RA+2R）C

（3）555方波振荡电路

要想得到方波输出，可以用图9的电路。它是在图11的电路基础上在RB两端并联一个二极管VD组成的。当RA=RB时，C的充放电时间常数相等，输出就得到方波。方波的频率为f=0.722/RAC（RA=RB）

图11

在这个电路的基础上，在RA和RB回路内增加电位器以及采用串联或并联二极管的方法可以得到占空比可调的脉冲振荡电路。

555脉冲振荡电路常被用作交流信号源，它的振荡频率范围大致在零点几赫到几兆赫之间。因为电路简单可靠，所以使用极广。

555电路读图要点及举例

555集成电路经多年的开发，实用电路多达几十种，几乎遍及各个技术领域。但对初学者来讲，常见的电路也不过是上述几种，因此在读图时，只要抓住关键，识别它们是不难的。

从电路结构上分析，三类555电路的区别或者说它们的结构特点主要在输入端。因此当我们拿到一张555电路图时，在大致了解电路的用途之后，先看一下电路是CMOS型还是双极型，再看复位端（）是接高电平、控制电压端（Vc）是接一个抗干扰电容的

那就可以按以下的次序先从输入端开始进行分析：

（1）6、2端是分开的

①7端悬空不用的一定是双稳电路。如有两个输入的则是双限比较器；如只有一个输入的则是单端比较器。这类电路一般都是作电子开关、控制和检测电路的用途。

②7、6端短接并接有电阻电容、取2端作输入的一定是单稳电路。它的输入可以用开关人工启动，也可以用输入脉冲启动，甚至为了取得较好的启动效果在输入端带有RC微分电路。这类电路一般用作定时延时控制和检测的用途。

（2）6、2端短接的

①输入没有电容的是施密特触发器电路。这类电路常用作电子开关、告警、检测和整形的用途。

②输入端有电阻电容而7端悬空的，这时要看电阻电容的接法：（a）R和C串联接在电源和地之间的是单稳电路，R和C就是它的定时电阻和定时电容。（b）R在上C在下，R的一端接在V0端上的是直接反馈型无稳电路，这时R和C就是决定振荡频率的元件。

③7端也接在输入端，成“RA-7-RB-6、2—C”的形式的就是最常用的无稳电路。这时RA和RB及C就是决定振荡频率的元件。这类电路可以有很多种变型：如省去RA，把7端接在V0上；或者在RB两端并联二极管VD以获得方波输出，或者用电阻和电位器组成RA和RB，而且在RA和RB两端并联有二极管以获得占空比可调的脉冲波等等。这类电路是用途最广的，常用于脉冲振荡、音响告警、家电控制、电子玩具、医疗电器以及电源变换等用途。

（3）如果控制电压（Vc）端接有直流电压，则只是改变了上下两个阀值电压的数值，其它分析方法仍和上面的相同。

只要按上述步骤细心分析核对，一定能很快地识别555电路的类别和了解它的工作原理。下面的问题就比较好办了，例如定时时间、振荡频率等都可以按给出的公式进行估算。

例1相片曝光定时器

图12是用555电路制成的相片曝光定时器。从图看到，输入端6、2并接在RC串联电路中，所以这是一个单稳电路，R1和RP是定时电阻，C1是定时电容。

图12

电路在通电后，C1上电压被充到6伏，输出V0=0，继电器KA不吸动，常开接点是打开的，曝光灯HL不亮。这是它的稳态。

按下SB后，C1快速放电到零，输出V0=1，继电器KA吸动，点亮曝光灯HL，暂稳态开始。SB放开后电源向C1充电，当C1上电压升到4伏时，暂稳态结束，定时时间到，电路恢复到稳态。输出翻转成V0=0，继电器KA释放，曝光灯熄灭。电路定时时间是可调的，大约是1秒～2分钟。

例2光电告警电路

图13是555光电告警电路。它使用556双时基集成电路，有两个独立的555电路。前一个接成施密特触发器，后一个是间接反馈型无稳电路。图中引脚号码是556的引脚号码。

图13

图中R1是光敏电阻，无光照时阻值为几～几十兆欧，所以555a的输入相当于R=0、S=0，输出V0=1，三极管VT导通，VT的集电极电压只有0.3伏，加在555b的复位端（MR），使555b处于复位状态，即无振荡输出。

当R1受光照后，阻值突然下降到只有几～几十千欧，于是555a的输入电压升到上阀值电压以上，输出翻转成V0=0，VT截止，VT集电极电压升高，555b被解除复位状态而振荡，于是扬声器BL发声告警。555b的振荡频率大约是1千赫。如果把整个装置放入公文包内，那么当打开公文包时，这个装置会发声告警而成为防盗告警装置

至此，电路图中常见的电路符号和类型就为大家全部介绍完毕了。由于涉及的知识面比较广，所以相应的内容就比较多，希望大家能够认真阅读此系列的文章，勤加记忆。