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555計時器

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DIP封装的NE555
555内部电路图

555定时器是一种集成电路芯片,常被用于定时器脉冲发生器震盪电路。555可被作为电路中的延时器件、触发器或起振元件。

555定时器于1971年由西格尼蒂克公司推出,由于其易用性、低廉的价格和良好的可靠性,直至今日仍被广泛应用于电子电路的设计中。许多厂家都生产555芯片,包括采用双极型晶体管的传统型号和采用CMOS设计的版本。555被认为是当前年产量最高的芯片之一,仅2003年,就有约10亿枚的产量。[1]

设计[编辑]

555定时器由Hans R. Camenzind于1971年为西格尼蒂克公司设计。西格尼蒂克公司后来被飞利浦公司所并购。

不同的制造商生产的555芯片有不同的结构,标准的555芯片集成有25个晶体管,2个二极管和15个电阻并通过8个引脚引出(DIP-8封装)。[2]555的派生型号包括556(集成了两个555的DIP-14芯片)和558与559。

NE555的工作温度范围为0-70°C,军用级的SE555的工作温度范围为−55到+125 °C。555的封装分为高可靠性的金属封装(用T表示)和低成本的环氧树脂封装(用V表示),所以555的完整标号为NE555V、NE555T、SE555V和SE555T。一般认为555芯片名字的来源是其中的三枚5KΩ电阻[3],但Hans Camenzind否认这一说法并声称他是随意取的这三个数字。[1]

555还有低功耗的版本,包括7555和使用CMOS电路的TLC555。[4]7555的功耗比标准的555低,而且其生产商宣称7555的控制引脚并不像其他555芯片那样需要接地电容,同时供电与地之间也不需要消除毛刺的去耦电容

引脚[编辑]

555芯片引脚图

DIP封装的555芯片各引脚功能如下表所示:

引脚 名称 功能
1 GND(地) 接地,作为低电平(0V)
2 TRIG(触发) 当此引脚电压降至1/3 VCC(或由控制端决定的阈值电压)时输出端给出高电平。
3 OUT(输出) 输出高电平(+VCC)或低电平。
4 RST(复位) 当此引脚接高电平时定时器工作,当此引脚接地时芯片复位,输出低电平。
5 CTRL(控制) 控制芯片的阈值电压。(当此管脚接空时默认两阈值电压为1/3 VCC与2/3 VCC).
6 THR(阈值) 当此引脚电压升至2/3 VCC(或由控制端决定的阈值电压)时输出端给出低电平。
7 DIS(放电) 内接OC门,用于给电容放电。
8 V+, VCC(供电) 提供高电平并给芯片供电。

用途[编辑]

555定时器可工作在三种工作模式下:

  • 单稳态模式:在此模式下,555功能为单次触发。应用范围包括定时器,脉冲丢失检测,反弹跳开关,轻触开关,分频器,电容测量,脉冲宽度调制(PWM)等。
  • 无稳态模式:在此模式下,555以振荡器的方式工作。这一工作模式下的555芯片常被用于频闪灯、脉冲发生器、逻辑电路时钟、音调发生器、脉冲位置调制(PPM)等电路中。如果使用热敏电阻作为定时电阻,555可构成温度传感器,其输出信号的频率由温度决定。
  • 双稳态模式(或称施密特触发器模式:在DIS引脚空置且不外接电容的情况下,555的工作方式类似于一个RS触发器,可用于构成锁存开关。

单稳态模式[编辑]

单稳态555电路图
触发信号,电容电压与输出脉冲宽度示意图

在单稳态工作模式下,555定时器作为单次触发脉冲发生器工作。当触发输入电压降至VCC的1/3时开始输出脉冲。输出的脉宽取决于由定时电阻电容组成的RC网络的时间常数。当电容电压升至VCC的2/3时输出脉冲停止。根据实际需要可通过改变RC网络的时间常数来调节脉宽。[5]

输出脉宽t,即电容电压充至VCC的2/3所需要的时间由下式给出:

t = RC\ln(3) \approx 1.1
 RC

虽然一般认为当电容电压充至VCC的2/3时电容通过OC门瞬间放电,但是实际上放电完毕仍需要一段时间,这一段时间被称为“弛豫时间”。在实际应用中,触发源的周期必须要大于弛豫时间与脉宽之和(实际上在工程应用中是远大于)。[6]

双稳态模式[编辑]

双稳态工作模式下的555芯片类似基本RS触发器。在这一模式下,触发引脚(引脚2)和复位引脚(引脚4)通过上拉电阻接至高电平,阈值引脚(引脚6)被直接接地,控制引脚(引脚5)通过小电容(0.01到0.1μF)接地,放电引脚(引脚7)浮空。所以当引脚2输入高电压时输出置位,当引脚4接地时输出复位。

无稳态模式[编辑]

555无稳态电路

无稳态工作模式下555定时器可输出连续的特定频率的方波。电阻R1接在VCC与放电引脚(引脚7)之间,另一个电阻(R2)接在引脚7与触发引脚(引脚2)之间,引脚2与阈值引脚(引脚6)短接。工作时电容通过R1与R2充电至2/3 VCC,然后输出电压翻转,电容通过R2放电至1/3 VCC,之后电容重新充电,输出电压再次翻转。

无稳态模式下555定时器输出波形的频率由R1、R2与C决定:

f = \frac{1}{\ln(2) \cdot C \cdot (R_1 + 2R_2)}[7]

输出高电平时间由下式给出:

\mathrm{high} = \ln(2) \cdot (R_1 + R_2) \cdot C

输出低电平时间由下式给出:

\mathrm{low} = \ln(2) \cdot R_2 \cdot C

R1的额定功率要大于\frac{V_{cc}^{2}}{R_1}.

对于双极型555而言,若使用很小的R1会造成OC门在放电时达到饱和,使输出波形的低电平时间远大于上面计算的结果。

为获得占空比小于50%的矩形波,可以通过给R2并联一个二极管实现。这一二极管在充电时导通,短路R2,使得电源仅通过R1为电容充电;而在放电时截止以达到减小充电时间降低占空比的效果。

参数[编辑]

以下为NE555的电气参数,其他不同规格的555定时器可能会有不同的参数,请查阅数据手册。

供电电压(VCC) 4.5-15 V
额定工作电流(VCC = +5 V) 3-6 mA
额定工作电流(VCC = +15 V) 10-15 mA
最大输出电流 200 mA
最大功耗 600mW
最低工作功耗 30mW(5V),225mW(15V)
温度范围 0-70 °C

衍生芯片[编辑]

555定时器有许多不同公司生产的衍生型号,其中有引脚功能不同的型号,也有采用CMOS的设计。有的芯片中包括数个集成的555定时器。555芯片家族的其他一些型号如下:

生产厂商 型号 备注
Avago Technologies Av-555M
Custom Silicon Solutions[8] CSS555/CSS555C CMOS芯片,最低工作电压1.2V, IDD<5µA
CEMI ULY7855
ECG Philips ECG955M
Exar XR-555
仙童 NE555/KA555
Harris HA555
IK Semicon ILC555 CMOS芯片,最低工作电压2V
英特矽尔 SE555/NE555
英特矽尔 ICM7555 CMOS
Lithic Systems LC555
美信 ICM7555 CMOS芯片,最低工作电压2V
摩托罗拉 MC1455/MC1555
美国国家半导体 LM1455/LM555/LM555C
美国国家半导体 LMC555 CMOS芯片,最低工作电压1.5V
NTE Sylvania NTE955M
雷声 RM555/RC555
RCA CA555/CA555C
意法半导体 NE555N/ K3T647
德州仪器 SN52555/SN72555
德州仪器 TLC555 CMOS芯片,最低工作电压2V
苏联 K1006ВИ1
Zetex ZSCT1555 最低工作电压0.9V
恩智浦半导体 ICM7555 CMOS
HFO / 东德 B555
日立 HA17555

556双定时器[编辑]

在一块芯片中集成两个555定时器的型号为556,这种芯片包括14个引脚。

558四定时器[编辑]

在一块芯片中集成四个555定时器的型号为558。这种芯片包括16个引脚,其中四个555定时器共用供电、接地和复位的引脚。放电引脚与阈值引脚被合为同一个引脚并被称为“定时”。同时触发引脚改为下降沿触发。

参见[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 Ward, Jack (2004). The 555 Timer IC – An Interview with Hans Camenzind. The Semiconductor Museum. Retrieved 2010-04-05
  2. ^ van Roon, Fig 3 & related text.
  3. ^ Scherz, Paul (2000) "Practical Electronics for Inventors", p. 589. McGraw-Hill/TAB Electronics. ISBN 978-0-07-058078-7. Retrieved 2010-04-05.
  4. ^ Jung, Walter G. (1983) "IC Timer Cookbook, Second Edition", pp. 40–41. Sams Technical Publishing; 2nd ed. ISBN 978-0-672-21932-0. Retrieved 2010-04-05.
  5. ^ van Roon, Chapter "Monostable Mode". (Using the 555 timer as a logic clock)
  6. ^ http://www.national.com/ds/LM/LM555.pdf
  7. ^ van Roon Chapter: "Astable operation".
  8. ^ http://www.customsiliconsolutions.com/products-for-ASIC-solutions/standard-IC-products.aspx

拓展阅读[编辑]

  • IC Timer Cookbook; 2nd Ed; Walter G Jung; Sams Publishing; 384 pages; 1983; ISBN 978-0-672-21932-0.
  • IC 555 Projects; E.A. Parr; Bernard Babani Publishing; 144 pages; 1978; ISBN 978-0-85934-047-2.
  • 555 Timer Applications Sourcebook with Experiments; Howard M Berlin; Sams Publishing; 158 pages; 1979; ISBN 978-0-672-21538-4.
  • Timer, Op Amp, and Optoelectronic Circuits and Projects; Forrest M Mims III; Master Publishing; 128 pages; 2004; ISBN 978-0-945053-29-3.
  • Engineer's Mini-Notebook – 555 Timer IC Circuits; Forrest M Mims III; Radio Shack; 32 pages; 1989; ASIN B000MN54A6.

外部链接[编辑]