555計時器
555計時器是一種積體電路晶片，常被用於計時器、脈衝產生器和震盪電路。555可被作為電路中的延時器件、觸發器或起振元件。
555計時器於1971年由西格尼蒂克公司（Signetics）推出，由於其易用性、低廉的價格和良好的可靠性，直至今日仍被廣泛應用於電子電路的設計中。許多廠家都生產555晶片，包括採用雙極型電晶體的傳統型號和採用CMOS設計的版本。555被認為是當前年產量最高的晶片之一，僅2003年，就有約10億枚的產量。[1]
設計
[編輯]555計時器由瑞士電子工程師漢斯·R·卡門曾德（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晶片有不同的結構，標準的555晶片集成有25個電晶體，2個二極管和15個電阻並通過8個引腳引出(DIP-8封裝)。[2]555的派生型號包括556（集成了兩個555的DIP-14晶片）和558與559。
NE555的工作溫度範圍為0-70°C，軍用級的SE555的工作溫度範圍為−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晶片名字的來源是其中的三枚5KΩ電阻[3]，但Hans Camenzind否認這一說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。[4]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晶片那樣需要接地電容，同時供電與地之間也不需要消除雜訊的去耦電容。
引腳
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| 引腳 | 名稱 | 功能 |
|---|---|---|
| 1 | GND（地） | 接地，作為低電位（0V） |
| 2 | TRIG（觸發） | 當此引腳電壓降至1/3 VCC（或由控制端決定的閾值電壓）時輸出端給出高電位。 |
| 3 | OUT（輸出） | 輸出高電位（+VCC）或低電位。 |
| 4 | RST（復位） | 當此引腳接高電位時計時器工作，當此引腳接地時晶片復位，輸出低電位。 |
| 5 | CTRL（控制） | 控制晶片的閾值電壓。（當此引腳接空時默認兩閾值電壓為1/3 VCC與2/3 VCC）. |
| 6 | THR（閾值） | 當此引腳電壓升至2/3 VCC（或由控制端決定的閾值電壓）時輸出端給出低電位。 |
| 7 | DIS（放電） | 內接OC門，用於給電容放電。 |
| 8 | V+, VCC（供電） | 提供高電位並給晶片供電。 |
用途
[編輯]555計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。應用範圍包括計時器，脈衝丟失檢測，反彈跳開關，輕觸開關，分頻器，電容測量，脈衝寬度調制（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晶片常被用於頻閃燈、脈衝發生器、邏輯電路時鐘、音調發生器、脈衝位置調制（PPM）等電路中。如果使用熱敏電阻作為定時電阻，555可構成溫度傳感器，其輸出信號的頻率由溫度決定。
- 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
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在單穩態工作模式下，555計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與電容組成的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。[5]
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，觸發源的周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）。[6]
雙穩態模式
[編輯]雙穩態工作模式下的555晶片類似基本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
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無穩態工作模式下555計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2/3 VCC，然後輸出電壓翻轉，電容通過R2放電至1/3 VCC，之後電容重新充電，輸出電壓再次翻轉。
無穩態模式下555計時器輸出波形的頻率由R1、R2與C決定：
輸出高電平時間由下式給出：
輸出低電平時間由下式給出：
R1的額定功率要大於.
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。
為獲得占空比小於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占空比的效果。
參數
[編輯]以下為NE555的電氣參數，其他不同規格的555計時器可能會有不同的參數，請查閱數據手冊。
| 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） |
| 溫度範圍 | 0-70 °C |
衍生晶片
[編輯]555計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，也有採用CMOS的設計。有的晶片中包括數個集成的555計時器。555晶片家族的其他一些型號如下：
| 生產廠商 | 型號 | 備註 |
|---|---|---|
| Avago Technologies | Av-555M | |
| Custom Silicon Solutions[8] | CSS555/CSS555C | CMOS晶片，最低工作電壓1.2V, IDD<5µA |
| CEMI | ULY7855 | |
| ECG Philips | ECG955M | |
| Exar | XR-555 | |
| 仙童 | NE555/KA555 | |
| Harris | HA555 | |
| IK Semicon | ILC555 | CMOS晶片，最低工作電壓2V |
| 英特矽爾 | SE555/NE555 | |
| 英特矽爾 | ICM7555 | CMOS |
| Lithic Systems | LC555 | |
| 美信 | ICM7555 | CMOS晶片，最低工作電壓2V |
| 摩托羅拉 | MC1455/MC1555 | |
| 美國國家半導體 | LM1455/LM555/LM555C | |
| 美國國家半導體 | LMC555 | CMOS晶片，最低工作電壓1.5V |
| NTE Sylvania | NTE955M | |
| 雷神 | RM555/RC555 | |
| RCA | CA555/CA555C | |
| 意法半導體 | NE555N/ K3T647 | |
| 德州儀器 | SN52555/SN72555 | |
| 德州儀器 | TLC555 | CMOS晶片，最低工作電壓2V |
| 蘇聯 | K1006ВИ1 | |
| Zetex | ZSCT1555 | 最低工作電壓0.9V |
| 恩智浦半導體 | ICM7555 | CMOS |
| HFO / 東德 | B555 | |
| 日立 | HA17555 |
556雙計時器
[編輯]在一塊晶片中集成兩個555計時器的型號為556，這種晶片包括14個引腳。
558四計時器
[編輯]在一塊晶片中集成四個555計時器的型號為558。這種晶片包括16個引腳，其中四個555計時器共用供電、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。
參見
[編輯]參考資料
[編輯]- ^ 1.0 1.1 Ward, Jack (2004). The 555 Timer IC – An Interview with Hans Camenzind. The Semiconductor Museum. Retrieved 2010-04-05. [2011-04-26]. （原始內容存檔於2017-11-26）.
- ^ van Roon, Fig 3 & related text.
- ^ Scherz, Paul (2000) "Practical Electronics for Inventors", p. 589. McGraw-Hill/TAB Electronics. ISBN 978-0-07-058078-7. Retrieved 2010-04-05.
- ^ 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.
- ^ van Roon, Chapter "Monostable Mode". (Using the 555 timer as a logic clock)
- ^ 存档副本 (PDF). [2011-09-17]. （原始內容 (PDF)存檔於2011-09-11）.
- ^ van Roon Chapter: "Astable operation".
- ^ 存档副本. [2011-04-26]. （原始內容存檔於2011-07-08）.
拓展閱讀
[編輯]- 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.
外部連結
[編輯]
- Single Bipolar Timer, Texas Instruments, 30 pages, 2010（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- Single CMOS Timer, National Semiconductor, 12 pages, 2010
- Single CMOS Timer, Diodes Inc, 11 pages, 2006（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- Single / Dual CMOS Timer, Intersil, 12 pages, 2006
- Dual Bipolar Timer, Texas Instruments, 16 pages, 2006（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- Quad Bipolar Timer, NXP / Philips, 9 pages, 2003
- NE555 datasheet collection
- 555 Timer Circuits – the Astable, Monostable and Bistable（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- 555 and 556 Timer Circuits（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- Java simulation of 555 oscillator circuit（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- Using NE 555 as a Temperature DSP
- NE555 Frequency and duty cycle calculator（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） for astable multivibrators
- Time-lapse intervalometer for SLRs using a 555
- 555 Timer Tutorial
- Common Mistakes When Using a 555 Timer（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
- The 2011 555 Design Contest. [2011-05-26]. （原始內容存檔於2011-07-30）.
