本頁使用了標題或全文手工轉換

555計時器

維基百科,自由的百科全書
跳至導覽 跳至搜尋
DIP封裝的NE555
555內部電路圖

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個二極體和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[編輯]

555晶片引腳圖

DIP封裝的555晶片各引腳功能如下表所示:

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) 輸出高電平(+VCC)或低電位。
4 RST(復位) 當此引腳接高電平時計時器工作,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。(當此管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、脈衝位置調製(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[編輯]

單穩態555電路圖
觸發信號,電容電壓與輸出脈衝寬度示意圖

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[編輯]

555無穩態電路

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:

[7]

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並聯一個二極體實現。這一二極體在充電時導通,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
雷聲 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. ^ 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). 
  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. ^ 存档副本 (PDF). [2011-09-17]. (原始內容 (PDF)存檔於2011-09-11). 
  7. ^ van Roon Chapter: "Astable operation".
  8. ^ 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]