555定時器

集成電路晶元

555定時器是一種集成電路晶元,常被用於定時器、脈衝產生器和振蕩電路。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,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晶元,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被認為是當前年產量最高的晶元之一,僅2003年,就有約10億枚的產量。

外觀特點


555定時器由HansR.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晶元有不同的結構,標準的555晶元集成有25個晶體管,2個二極體和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晶元)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晶元名字的來源是其中的三枚5KΩ電阻,但HansCamenzind否認這一說法並聲稱他是隨意取的這三個數字。
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晶元那樣需要接地電容,同時供電與地之間也不需要消除雜訊的去耦電容
定時器
定時器

引腳


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

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以振蕩器的方式工作。這一工作模式下的555晶元常被用於頻閃燈、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可構成溫度感測器,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

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V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網路的時間常數。當電容電壓升至V的2/3時輸出脈衝停止。根據實際需要可通過改變RC網路的時間常數來調節脈寬。
輸出脈寬t,即電容電壓充至V的2/3所需要的時間由下式給出:
555定時器
555定時器
雖然一般認為當電容電壓充至V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)。

雙穩態模式

雙穩態工作模式下的555晶元類似基本RS觸發器。在這一模式下,觸發引腳(引腳2)和複位引腳(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接地時輸出複位。

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R接在V與放電引腳(引腳7)之間,另一個電阻(R)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R與R充電至2/3V,然後輸出電壓翻轉,電容通過R放電至1/3V,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R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R並聯一個二極體實現。這一二極體在充電時導通,短路R,使得電源僅通過R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。
定時器
定時器

配置參數


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,請查閱數據手冊。
供電電壓(V)4.5-16V
額定工作電流(V=+5V)3-6mA
額定工作電流(V=+15V)10-15mA
最大輸出電流200mA
最大功耗600mW
最低工作功耗30mW(5V),225mW(15V)
溫度範圍0-70°C

衍生晶元


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,也有採用CMOS的設計。有的晶元中包括數個集成的555定時器。555晶元家族的其他一些型號如下:
生產廠商型號備註
AvagoTechnologiesAv-555M
CustomSiliconSolutionsCSS555/CSS555CCMOS晶元,最低工作電壓1.2V,IDD<5µA
CEMIULY7855
ECGPhilipsECG955M
ExarXR-555
仙童NE555/KA555
HarrisHA555
IKSemiconILC555CMOS晶元,最低工作電壓2V
英特硅爾SE555/NE555
英特硅爾ICM7555CMOS
LithicSystemsLC555
美信ICM7555CMOS晶元,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LMC555CMOS晶元,最低工作電壓1.5V
NTESylvaniaNTE955M
雷聲RM555/RC555
RCACA555/CA555C
意法半導體NE555N/K3T647
德州儀器SN52555/SN72555
德州儀器TLC555CMOS晶元,最低工作電壓2V
蘇聯K1006ВИ1
ZetexZSCT1555最低工作電壓0.9V
恩智浦半導體ICM7555CMOS
HFO/東德B555
日立HA17555

556雙定時器

在一塊晶元中集成兩個555定時器的型號為556,這種晶元包括14個引腳。

558四定時器

在一塊晶元中集成四個555定時器的型號為558。這種晶元包括16個引腳,其中四個555定時器共用供電、接地和複位的引腳。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


•振蕩器
•RC電路