NE555芯片的工作模式、特性描述和管腳分配

在開發電子設備時，經常需要產生給定長度的脈衝或產生具有給定頻率和一定長度與暫停比的矩形信號。對於有經驗的設計師來說，在單獨的數字元件上設計這樣的設備並不難，但為此目的使用專門的微電路會更方便。

NE555芯片是什麼，用在什麼地方

NE555芯片開發於上世紀70年代，至今仍深受專業人士和業餘愛好者的喜愛。它是一個封裝在帶有 8 個引腳的外殼中的計時器。提供 DIP 或各種表面貼裝 (SMD) 版本。

微電路包含兩個比較器 - 上部和下部。在它們的輸入端，形成一個參考電壓，等於電源電壓的 2/3 和 1/3。 分壓器由電阻組成 電阻 5 kOhm。比較器控制 RS 觸發器。緩衝放大器和晶體管開關連接到其輸出。每個比較器都有一個空閒輸入，用於提供外部控制信號。當出現高電平時觸發上比較器並將微電路的輸出切換到低電平。較低的“保護”將電壓降低到 1/3 VCC 以下，並將定時器輸出設置為邏輯單元。

NE555芯片的主要特點

不同製造商的定時器的特性可能在很小的範圍內有所不同，但沒有一個有根本的偏差（除了來歷不明的微電路，你可以期待他們的任何東西）：

• 儘管數據表包含 4.5 ... 18 V 的限制，但電源電壓的標準指示為 +5 至 +15 V。
• 輸出電流為 200 mA。
• 輸出電壓最大為 VCC - 1.6 V，但在電源電壓為 5 V 時不低於 2 V。
• 5 V 時的電流消耗不超過 5 mA，15 V 時 - 最高 13 mA。
• 脈衝寬度形成的誤差不超過2.25%。
• 最大工作頻率為 500 kHz。

所有參數均針對 +25 °C 的環境溫度指定。

引腳的位置和用途

無論外殼設計如何，定時器輸出均按標準排列 - 從按鍵逆時針（從上方觀察）從 1 到 8 升序排列。每個輸出都有其自己的用途：

1. 接地 – 設備的公共電源線。
2. 觸發 - 當應用低電平時，它啟動第二個（根據方案較低）比較器，邏輯單元出現在其輸出端，將內部 RS 觸發器設置為 0。外部定時 RC 電路連接到它。優先於 THR。
3. 出去 - 出口。信號的高電平略低於電源電壓，低電平為0.25 V。
4. 重置 - 重置。不管其他輸入上的信號如何，如果有低電平，它會將輸出複位為 0 並禁用定時器。
5. CTRL - 管理。它始終具有電源軌電壓的 2/3 級。在這裡，您可以應用外部信號並用它調製輸出。
6. 心電圖 - 當出現高電平時（超過電源的2/3），第一個（根據方案頂部）觸發設置為1，內部 RS觸發器 進入邏輯單元的狀態。
7. DIS - 時間設定電容器的放電。當輸出端出現高電平觸發時，內部晶體管打開，發生快速放電。定時器已為下一個操作週期做好準備。
8. VCC - 功率輸出。它可以提供 5 至 15 V 的電壓。

NE555芯片工作模式說明

雖然定時器的架構允許它在多種模式下使用，但 NE555 有三種典型的操作模式。

單振子（備用多諧振盪器）

起始位置：

• 輸入2高邏輯電平；
• 在觸發器的輸入 R 和 S - 零；
• 觸發輸出 - 1；
• 放電電路三極管開路，電容C分流；
• 輸出 3 為 0 級。

當輸入 2 出現零電平時，下部比較器切換到 1，將觸發器翻轉為 0。微電路的輸出端出現高電平。同時，晶體管關閉，停止對電容器進行分流。它通過電阻 R 開始充電。一旦它兩端的電壓達到 VCC 的 2/3，上層比較器將工作，將觸發器設置回 1，定時器輸出為 0。晶體管將打開並對電容放電.因此，在輸出端將形成一個正脈衝，其開始由輸入 2 的外部信號決定，完成取決於電容器充電的時間，其計算公式為 t=1.1⋅R⋅ C。

多諧振盪器

通電時，電容器在輸入 2（和 6）處為邏輯 0，在定時器 1 的輸出處放電（此過程在前一節中描述）。通過 R1 和 R2 將電容充電到 2/3 VCC 電平後，輸入 6 的高電平將輸出 3 翻轉為零，放電晶體管將打開。但電容不會直接放電，而是通過R2。結果，電路會回到原來的位置，循環會一次又一次地重複。從過程描述可以看出，充電時間是由電阻R1、R2和電容的電容之和決定的，放電時間是由R1和C設定的。而不是R1和R2，您可以放置​​可變電阻器并快速控制脈衝的頻率和占空比。計算公式：

• 脈衝持續時間 t1=0.693⋅(R1+R2)⋅C；
• 暫停持續時間 t2=0.693⋅R2⋅C；
• 脈衝重複率 f=1/(0.693(R1+2⋅R2)⋅C。

暫停時間不能超過脈衝時間。為了克服這個限制，放電和充電電路通過在電路中加入一個二極管來分開（陰極到引腳 6，陽極到引腳 7）。

施密特觸發器

在 555 芯片上，您可以構建施密特觸發器。該設備將緩慢變化的信號（正弦波、鋸齒波等）轉換為方波。這裡不使用定時電路，信號被饋送到輸入 2 和 6，相互連接。當達到 2/3 VCC 的閾值時，輸出電壓突然切換到 1，當它下降到 1/3 的電平時，它也突然下降到零。模糊區域是電源電壓的 1/3。

的優點和缺點

NE555芯片的主要優點是它的易用性——構建電路，一個小的綁定就足夠了，這很適合計算。同時，設備成本低。

定時器的主要缺點是脈衝持續時間明顯依賴於電源電壓。這是因為單振子或多諧振盪器電路中的電容器通過一個電阻器（或兩個）充電，並且電阻器的上端連接到電源總線。通過電阻的電流是由電壓VCC形成的——電壓越高，電流越大，電容充電的速度越快，比較器越早工作，產生的時間間隔就越短。由於某種未知的原因，這一時刻不在技術文檔中，但開發人員卻很清楚。

定時器的另一個缺點是比較器的閾值電壓由內部分壓器形成，無法調整。這限制了NE555的應用可能性。

還有一個不愉快的功能。與構建輸出級的推挽方案有關，在切換的時刻（當上面的晶體管已經打開，而下面的晶體管尚未關閉，反之亦然) 有一個直通電流脈衝。它的持續時間很短，但會導致微電路額外發熱並在電源電路中產生干擾。

什麼是類似物

在計時器存在期間，已經開發和發布了大量的克隆。各家公司生產，但名稱中都包含555這個數字，在生產類似物的工廠中，既有電子元器件的熱門廠商，也有來自東南亞的不知名廠商。如果前者提供聲明的參數，則不應期望後者提供任何保證。與聲明特性的偏差可能很大。

在蘇聯，開發了類似的計時器 KR1006VI1。它的功能與原版完全相同，但有一個例外：其輸出 2 優先於輸出 6（反之亦然，例如 NE555)。在設計方案時必須考慮到這一點。還有一件事：КР 指數意味著微電路僅在 DIP8 封裝中生產。

實際使用示例

計時器的實際應用範圍很廣；在本次審查的框架內，不可能完全涵蓋該主題。但最常見的例子值得考慮。

在幾個微電路上的單振子模式下，可以建立一個有時間限制的密碼鎖，用於撥碼。另一種方法是將其用作信號裝置，與各種傳感器一起達到閾值水平（照度、水箱填充水平等）。

在多諧振盪器模式（非穩態模式）中，定時器的應用最為廣泛。在多個定時器上，您可以構建一個花環開關，分別調節閃爍頻率、準時和暫停時間。可以使用 NE555 作為時間繼電器的基礎，形成 1 到 25 秒的用戶接通時間。您可以為音樂家製作節拍器。這是最常用的芯片模式，不可能描述所有的應用。

作為施密特觸發器，定時器很少使用。但在沒有頻率設定元件的雙穩態模式下，NE555用作去抖器或啟停模式下的兩鍵開關。實際上，只使用了內置的 RS 觸發器。基於定時器構建PWM控制器也是眾所周知的。

有描述 NE555 定時器的各種應用的電路集合。他們描述了數千種使用芯片的方法。但即便如此，對於好奇的設計師來說，這可能還不夠，他會發現尚未在任何地方描述的計時器的額外用途。微電路的開發人員提出的可能性允許這樣做。

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