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。
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
DIP封裝的555晶元各引腳功能如下表所示:
引腳 | 名稱 | 功能 |
1 | GND(地) | 接地,作為低電平(0V) |
2 | TRIG(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。 |
3 | OUT(輸出) | 輸出高電平(+V)或低電平。 |
4 | RST(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。 |
5 | CTRL(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). |
6 | THR(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。 |
7 | DIS(放電) | 內接OC門,用於給電容放電。 |
8 | V+,V(供電) | 提供高電平並給晶元供電。 |
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。
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
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
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 |
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 |
AvagoTechnologies | Av-555M | |
CustomSiliconSolutions | CSS555/CSS555C | CMOS晶元,最低工作電壓1.2V,IDD<5µA |
CEMI | ULY7855 | |
ECGPhilips | ECG955M | |
Exar | XR-555 | |
仙童 | NE555/KA555 | |
Harris | HA555 | |
IKSemicon | ILC555 | CMOS晶元,最低工作電壓2V |
英特硅爾 | SE555/NE555 | |
英特硅爾 | ICM7555 | CMOS |
LithicSystems | LC555 | |
美信 | ICM7555 | CMOS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 | LMC555 | CMOS晶元,最低工作電壓1.5V |
NTESylvania | 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晶元,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 |
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。
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。
•振蕩器
•RC電路