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555定時器

鎖定
555定時器是一種集成電路芯片,常被用於定時器、脈衝產生器和振盪電路。555可被作為電路中的延時器件、觸發器或起振元件。
555定時器於1971年由西格尼蒂克公司推出,由於其易用性、低廉的價格和良好的可靠性,被廣泛應用於電子電路的設計中。許多廠家都生產555芯片,包括採用雙極型晶體管的傳統型號和採用CMOS設計的版本。555被認為是年產量最高的芯片之一,僅2003年,就有約10億枚的產量。
中文名
555定時器
類    別
集成器
特    點
成本低,性能可靠
製作工藝
雙極型(TTL)
類    型
中規模集成器件

555定時器設計

555定時器由Hans R. Camenzind於1971年為西格尼蒂克公司設計。西格尼蒂克公司後來被飛利浦公司所併購。
不同的製造商生產的555芯片有不同的結構,標準的555芯片集成有25個晶體管,2個二極管和15個電阻並通過8個引腳引出(DIP-8封裝)。555的派生型號包括556(集成了兩個555的DIP-14芯片)和558與559。
NE555的工作温度範圍為0-70°C,軍用級的SE555的工作温度範圍為−55到+125 °C。555的封裝分為高可靠性的金屬封裝(用T表示)和低成本的環氧樹脂封裝(用V表示),所以555的完整標號為NE555V、NE555T、SE555V和SE555T。一般認為555芯片名字的來源是其中的三枚5KΩ電阻,但Hans Camenzind否認這一説法並聲稱他是隨意取的這三個數字。 [1] 
555還有低功耗的版本,包括7555和使用CMOS電路的TLC555。7555的功耗比標準的555低,而且其生產商宣稱7555的控制引腳並不像其他555芯片那樣需要接地電容,同時供電與地之間也不需要消除噪聲的去耦電容

555定時器引腳

DIP封裝的555芯片各引腳功能如下表所示: [2] 
引腳
名稱
功能
1
GND(地)
接地,作為低電平(0V)
2
TRIG(觸發)
當此引腳電壓降至1/3VCC(或由控制端決定的閾值電壓)時輸出端給出高電平。
3
OUT(輸出)
輸出高電平(+VCC)或低電平。
4
RST(復位)
當此引腳接高電平時定時器工作,當此引腳接地時芯片復位,輸出低電平。
5
CTRL(控制)
控制芯片的閾值電壓。(當此管腳接空時默認兩閾值電壓為1/3VCC與2/3VCC).
6
THR(閾值)
當此引腳電壓升至2/3VCC(或由控制端決定的閾值電壓)時輸出端給出低電平。
7
DIS(放電)
內接OC門,用於給電容放電。
8
V+,VCC(供電)
提供高電平並給芯片供電。

555定時器用途

555定時器可工作在三種工作模式下:
  • 單穩態模式:在此模式下,555功能為單次觸發。應用範圍包括定時器,脈衝丟失檢測,反彈跳開關,輕觸開關,分頻器,電容測量,脈衝寬度調製(PWM)等。
  • 無穩態模式:在此模式下,555以振盪器的方式工作。這一工作模式下的555芯片常被用於頻閃燈、脈衝發生器、邏輯電路時鐘、音調發生器、脈衝位置調製(PPM)等電路中。如果使用熱敏電阻作為定時電阻,555可構成温度傳感器,其輸出信號的頻率由温度決定。
  • 雙穩態模式(或稱施密特觸發器模式):在DIS引腳空置且不外接電容的情況下,555的工作方式類似於一個RS觸發器,可用於構成鎖存開關。
單穩態模式
在單穩態工作模式下,555定時器作為單次觸發脈衝發生器工作。當觸發輸入電壓降至VCC的1/3時開始輸出脈衝。輸出的脈寬取決於由定時電阻電容組成的RC網絡的時間常數。當電容電壓升至VCC的2/3時輸出脈衝停止。根據實際需要可通過改變RC網絡的時間常數來調節脈寬。
輸出脈寬t,即電容電壓充至VCC的2/3所需要的時間由下式給出:
雖然一般認為當電容電壓充至VCC的2/3時電容通過OC門瞬間放電,但是實際上放電完畢仍需要一段時間,這一段時間被稱為“弛豫時間”。在實際應用中,觸發源的週期必須要大於弛豫時間與脈寬之和(實際上在工程應用中是遠大於)。
雙穩態模式
雙穩態工作模式下的555芯片類似基本RS觸發器。在這一模式下,觸發引腳(引腳2)和復位引腳(引腳4)通過上拉電阻接至高電平,閾值引腳(引腳6)被直接接地,控制引腳(引腳5)通過小電容(0.01到0.1μF)接地,放電引腳(引腳7)浮空。所以當引腳2輸入高(有誤應為低)電壓時輸出置位,當引腳4接地時輸出復位。
無穩態模式
無穩態工作模式下555定時器可輸出連續的特定頻率的方波。電阻R1接在VCC與放電引腳(引腳7)之間,另一個電阻(R2)接在引腳7與觸發引腳(引腳2)之間,引腳2與閾值引腳(引腳6)短接。工作時電容通過R1與R2充電至2/3VCC,然後輸出電壓翻轉,電容通過R2放電至1/3VCC,之後電容重新充電,輸出電壓再次翻轉。
對於雙極型555而言,若使用很小的R1會造成OC門在放電時達到飽和,使輸出波形的低電平時間遠大於上面計算的結果。
為獲得佔空比小於50%的矩形波,可以通過給R2並聯一個二極管實現。這一二極管在充電時導通,短路R2,使得電源僅通過R1為電容充電;而在放電時截止以達到減小充電時間降低佔空比的效果。

555定時器參數

以下為NE555的電氣參數,其他不同規格的555定時器可能會有不同的參數,請查閲數據手冊。
供電電壓(VCC)
4.5-16 V
額定工作電流(VCC= +5 V)
3-6 mA
額定工作電流(VCC= +15 V)
10-15 mA
最大輸出電流
200 mA
最大功耗
600mW
最低工作功耗
30mW(5V),225mW(15V)
温度範圍
0-70°C

555定時器衍生芯片

555定時器有許多不同公司生產的衍生型號,其中有引腳功能不同的型號,也有采用CMOS的設計。有的芯片中包括數個集成的555定時器。555芯片家族的其他一些型號如下: [3] 
生產廠商
型號
備註
Avago Technologies
Av-555M

Custom Silicon Solutions
CSS555/CSS555C
CMOS芯片,最低工作電壓1.2V, IDD<5µA
CEMI
ULY7855

ECG Philips
ECG955M

Exar
XR-555

NE555/KA555

Harris
HA555

IK Semicon
ILC555
CMOS芯片,最低工作電壓2V
英特硅爾
SE555/NE555

英特硅爾
ICM7555
CMOS
Lithic Systems
LC555

ICM7555
CMOS芯片,最低工作電壓2V
MC1455/MC1555

美國國家半導體
LM1455/LM555/LM555C

美國國家半導體
LMC555
CMOS芯片,最低工作電壓1.5V
NTE Sylvania
NTE955M

RM555/RC555

RCA
CA555/CA555C

NE555N/ K3T647

SN52555/SN72555

TLC555
CMOS芯片,最低工作電壓2V
K1006ВИ1

Zetex
ZSCT1555
最低工作電壓0.9V
恩智浦半導體
ICM7555
CMOS
HFO /東德
B555

HA17555

556雙定時器
在一塊芯片中集成兩個555定時器的型號為556,這種芯片包括14個引腳。
558四定時器
在一塊芯片中集成四個555定時器的型號為558。這種芯片包括16個引腳,其中四個555定時器共用供電、接地和復位的引腳。放電引腳與閾值引腳被合為同一個引腳並被稱為“定時”。同時觸發引腳改為下降沿觸發

555定時器參見

參考資料
  • 1.    Scherz, Paul (2000) "Practical Electronics for Inventors", p. 589. McGraw-Hill/TAB Electronics.
  • 2.    閻石.數字電子技術基礎:高等教育出版社,2006年5月
  • 3.    IC Timer Cookbook; 2nd Ed; Walter G Jung; Sams Publishing; 384 pages; 1983