555[積體電路]

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555定時器是一種積體電路晶片,常被用於定時器、脈衝產生器和振盪電路。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,直至今日仍被廣泛套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。

基本信息

設計

555定時器由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)。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,但Hans Camenzind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晶片那樣需要接地電容,同時供電與地之間也不需要消除噪聲的去耦電容。

引腳

DIP封裝的555晶片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(復位)當此引腳接高電平時定時器工作,當此引腳接地時晶片復位,輸出低電平。
5CTRL(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1/3V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)提供高電平並給晶片供電。

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。套用範圍包括定時器,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[積體電路] 555[積體電路]

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”。在實際套用中,觸發源的周期必須要大於弛豫時間與脈寬之和(實際上在工程套用中是遠大於)。

雙穩態模式

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

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2/3 V,然後輸出電壓翻轉,電容通過R放電至1/3 V,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。

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)4.5-16 V
額定工作電流(V= +5 V)3-6 mA
額定工作電流(V= +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

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。有的晶片中包括數個集成的555定時器。555晶片家族的其他一些型號如下:

生產廠商型號備註
Avago TechnologiesAv-555M
Custom Silicon SolutionsCSS555/CSS555CCMOS晶片,最低工作電壓1.2V, IDD<5µA
CEMIULY7855
ECG PhilipsECG955M
ExarXR-555
仙童NE555/KA555
HarrisHA555
IK SemiconILC555CMOS晶片,最低工作電壓2V
英特矽爾SE555/NE555
英特矽爾ICM7555CMOS
Lithic SystemsLC555
美信ICM7555CMOS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LMC555CMOS晶片,最低工作電壓1.5V
NTE SylvaniaNTE955M
雷聲RM555/RC555
RCACA555/CA555C
意法半導體NE555N/ K3T647
德州儀器SN52555/SN72555
德州儀器TLC555CMOS晶片,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

在一塊晶片中集成兩個555定時器的型號為556,這種晶片包括14個引腳。

558四定時器

在一塊晶片中集成四個555定時器的型號為558。這種晶片包括16個引腳,其中四個555定時器共用供電、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

•運算放大器

•振盪器

•RC電路

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