555定时器芯片型号，555定时器主要功能

以下文章由《清华玩笑》作者卓庆撰写。

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在电子领域，555定时器集成芯片是著名的集成芯片之一。不过，很多人可能不知道它是如何发明的。下面是Circuit Today网站上发表的一篇文章，回顾了555从发明到今天的发展过程。

1.什么是555计时集成芯片？

555芯片具有多种功能，可用作定时器、振荡器、脉冲发生电路，使其成为电子领域最重要、最流行的芯片之一。由单晶制成的集成芯片与运算放大器电路一样可靠且廉价。它可以产生占空比为50%至100%的稳定方波信号。

图1 Signetic第一代NE555集成芯片2. 555集成芯片是怎么来的？

Hans R. Camenzind 于1971 年在American Signetics 公司工作时设计了第一块555 定时器集成芯片。这一设计也成为Hans R. Kamensindo在集成电路技术领域最重要的经验。 1971年夏天，第一版设计获得批准，集成了恒流源电路，共9个引脚。

这个计划通过了，但是Camenzind提出了一个新的想法，直接用电阻代替原来的恒流源，将所需的芯片引脚减少到8个，并允许封装在8PIN电路封装中。采用14PIN封装。同年10月，新版本的设计获得批准，总共包含25个晶体管、2个二极管和15个电阻器。定时器周期由外部电阻和电容决定。

图2 555 Hans R. Camenzind，定时器电路的发明者。

1972年，Signetic发布了第一款555定时器电路。它提供两种封装形式：8PIN DIP 封装和8PIN TO5 金属罐封装。芯片信号为SE/NE555，是当时唯一商用的芯片。这部新片成本低廉，实力雄厚，所以一上映就一炮而红。后来，另外12家公司也生产了555集成芯片，该芯片成为最畅销的集成芯片。

一直有人认为555芯片之所以被命名为555，是因为它有三个5k欧姆串联分压电阻。 Hans R. Camnenzind 在他的《Designing Analogue Chips》一书中指出，该芯片是由时任Segnetics 总监的Arg Fury 命名的，而Arg Fury 最喜欢的数字是555。

有关555 芯片工作原理及其使用方法的概述，请参阅555 定时器- 完整指南网络文章。

图3 8PIN封装555定时器电路引脚定义

3、555定时器电路的应用经过几年的积累，电子工程师和爱好者探索了555集成电路的各种应用领域，如温度测量、功率调节、各种振荡器等。用于数千个应用程序。

555定时器的应用可以根据其工作模式进行分类，其丰富的功能和灵活的工作模式使其被许多电子设计所采用。

基本上，555 定时器电路包括三种操作模式。

1.双稳态模式：施密特触发器；

2. 单稳态模式：单脉冲发生器。

3.非稳态模式：自由多谐振荡器；

根据555的工作模式（非稳态、单稳态、双稳态），555集成电路可以组成各种形式的多谐振荡器。例如，选择555形成单稳态模式可以形成单稳态多谐振荡器。这些多谐振荡器可以进一步形成张弛振荡器、定时器、触发器等。

图4 555集成电路

4. PWM波形生成

555可以通过改变555芯片的控制引脚（PIN5）上的电压来产生脉宽调制（PWM）信号。信号的占空比取决于控制引脚上的电压。

555 集成电路的一个应用示例是开关电源电路。由于开关电源需要使用PWM 波形，因此许多设计人员认为555 定时器因其价格低廉且与其他电路良好的结合而成为重要选择。通常需要两块555芯片，一颗用于配置多谐振荡器，另一颗用于配置PWM信号发生电路。

图5 555集成电路板

小型DC-DC转换电路也是555集成电路的一个应用领域。然后555定时器工作在振荡器状态，其输出驱动反相器产生输出电压。该电路用于许多工业应用。

此外，555还用于温度测量、湿度测量、波形生成和各种定时器电路。

在实际应用中，以CMOS工艺制造的555定时器电路应用最为广泛，其中包括MOTOROLA的MC1455。它是NE555 芯片的直接替代品，当时的成本仅为0.25 美元，非常实惠。

5、双极晶体管和CMOS这两种工艺是从555电路开始就设计的，后续其他12家公司的芯片都是同样的方案。其中包括一些缺陷，例如比较器不平衡、占用大面积的操作电路以及温度敏感性。

针对这些缺点，Hans R. Camenzind重新设计了555电路，改进了这些缺点，与原电路相比提高了性能。新版本的555被命名为ZSCTI555。尽管该芯片已得到改进，但旧的设计仍在市场上出售，因为它不再与某些蜂鸣器电路配合使用。

双极性555电路电流消耗大，电流毛刺大，不适合在小功率电路中使用。这也导致了555电路的CMOS版本的设计，它可以显着降低电路的功耗和产生的电流毛刺噪声。

555 的CMOS 版本是TI 的LMC555。

图6 LM555集成芯片内部电路框图

6. 555 集成芯片的变种我们已经了解了555 电路的功能，可以组成连续振荡电路或单脉冲振荡电路。有许多由不同公司制造的功能兼容的555定时器IC，包括双极定时器和CMOS 555定时器。

555集成芯片的两种封装格式是：

图7 555的两种封装形式

有一种14PIN封装的电路叫做556，它实际上是两个相同的555芯片封装在一起。这两个555 共用一个电源引脚，其余12 个引脚各组成另外6 个引脚。

LM556是TI公司生产的双定时器电路芯片，适用于序列定时器应用。

图8 LM556引脚定义

还有一些DIP16封装的定时器电路称为558和559。它们集成了四个555 芯片。 558 是一款边沿触发四定时器芯片，无需用于序列定时应用的耦合电容器。

7.有趣的555项目今天我想向大家介绍一个非常有趣的项目。该项目使用分立元件来实现比砖块还大的555 定时器芯片。

尤其是在使用分立元件从头开始构建电路时。可以深入了解555定时器芯片的各个部分以及IC的工作原理，对数字电路有更深入的了解。

1.背景：首先，我们来看看DIP-8封装的555芯片。

图9 Signetics 第一代NE555N

不仅要关注芯片的外观，还要关注内部情况。芯片的实际内部情况如下。

图10 555芯片内部结构

我不太明白整个事情，但是我们看一下NE555芯片的内部电路图。详情如下。

图11 555芯片内部电路图

我们简单分析一下这个电路图。

绿色部分：正电源电压VCC和地GND之间的分压电路。由三个相同电阻组成的分压器电路可产生两个参考电压：1 3 VCC 和2 3 VCC。后者连接到“控制”引脚。所有三个电阻都具有相同的电阻值：双极定时器为5k，CMOS 定时器为100k（或更大）。黄色和红色部分是两个电压比较器，紫色部分是RS触发器，粉色部分是推挽输出的驱动器，图12 555芯片内部原理图。

2、555定时器芯片图13 分立元件组成的555集成电路

因此，为了开始这个项目，我们可以将555 电路分成更小的部分。因为最好将一个大电路分成几个部分。这种模块化设计有助于简化面包板周围的电路，并使故障排除更加容易。前面说过，它可以分为以下几个部分：

分压器电压比较器SR 寄存器输出驱动器复位晶体管放电晶体管3. 分压器分压器很简单- 我们为整个电路使用4.7K 电阻和串联二极管保护。

图14 分压器

4. 电压比较器该项目最有趣的部分是学**和设计555 IC 中使用的电压比较器。具体来说，我们将讨论差分对如何工作以及什么是电流控制。

通过这个区别，我也了解到了恒流吸收装置的重要性。在和处使用电流镜来增加差分增益。

图15 电压比较器

图16 两个电压比较器

5. SR寄存器RS触发器也称为SR锁存器，是最简单的触发器类型，也是许多其他类型触发器的基本组件。

两个NAND或NOR门的输入和输出端交叉耦合或端到端连接，形成基本的RS触发器。

现代SR触发器通常由两个晶体管触发器（或非门）和一个额外的输出缓冲器组成，以降低Q ~Q输出的输出阻抗。

图17 示意图

图18 硬件电路

图19 运行状态

6. 输出驱动器对于输出级，原来的555定时器有一个图腾柱配置，这很棒，但是有点毛病，性能不是很好。因此，我使用旧的推挽级作为555 IC 的输出缓冲器。

图20 输出驱动器

7. 复位晶体管使用PNP BJT 作为复位输入。

图21 复位晶体管

8. 一对NPN 亲爱的，用于硬短路放电晶体管接地，单NPN 可以工作，但在稳定模式下有一些问题。

图22 放电晶体管

9. 进行最终布局连接以匹配实际的555 定时器引脚配置。

图23 最终总体布局图

整体布局如下，但硬件电路设计也满足了低耦合和高内聚的理念，如下所示。

图24 最终总体布局图

最后，添加一个看起来像鞋盒的黑盒子。

10. 在测试结束时，我使用一些带别针的鳄鱼夹在面包板上对其进行了测试。

图25 鳄鱼夹

测试后，我用两个按钮控制LED灯的亮灭，效果很好。

图26 测试LED

11.最后，这个项目不是很大，没有包含很多分立元件，所以可以通过这个项目了解芯片的内部工作原理。

—— 结束——

参考文献： 1.《555 Timer A Complete Basic Guide》、https://www.Circuitstoday.com/555-timer；

2.《The History of 555 Timer IC Story of Invention by Hans Camenzind》、https://www. Circuitstoday.com/the-history-555-timer-ic；

3.《Giant 555 Timer》、https://hackaday.io/project/182863-giant-555-timer。

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