555計時器

555定时器是一種積體電路晶片，常被用于定时器、脉冲產生器和震盪电路。555可被作为电路中的延时器件、触发器或起振元件。

DIP封装的NE555

555内部电路图

555定时器于1971年由西格尼蒂克公司（Signetics）推出，由于其易用性、低廉的价格和良好的可靠性，直至今日仍被广泛应用于电子电路的设计中。许多厂家都生产555芯片，包括采用双极型晶体管的传统型号和采用CMOS设计的版本。555被认为是当前年产量最高的芯片之一，仅2003年，就有约10亿枚的产量。^[1]

设计

555定时器由瑞士電子工程師漢斯·R·卡門曾德（Hans R. Camenzind）于1971年为西格尼蒂克公司设计。西格尼蒂克公司后来被飞利浦公司所并购。

不同的制造商生产的555芯片有不同的结构，标准的555芯片集成有25个晶体管，2个二极管和15个电阻并通过8个引脚引出(DIP-8封装)。^[2]555的派生型号包括556（集成了两个555的DIP-14芯片）和558与559。

NE555的工作温度范围为0-70°C，军用级的SE555的工作温度范围为−55到+125 °C。555的封装分为高可靠性的金属封装（用T表示）和低成本的环氧树脂封装（用V表示），所以555的完整标号为NE555V、NE555T、SE555V和SE555T。一般认为555芯片名字的来源是其中的三枚5KΩ电阻^[3]，但Hans Camenzind否认这一说法并声称他是随意取的这三个数字。^[1]

555还有低功耗的版本，包括7555和使用CMOS电路的TLC555。^[4]7555的功耗比标准的555低，而且其生产商宣称7555的控制引脚并不像其他555芯片那样需要接地电容，同时供电与地之间也不需要消除雜訊的去耦电容。

引脚

 

555芯片引脚图

DIP封装的555芯片各引脚功能如下表所示：

引脚	名称	功能
1	GND（地）	接地，作为低电位（0V）
2	TRIG（触发）	当此引脚电压降至1/3 VCC（或由控制端决定的阈值电压）时输出端给出高电位。
3	OUT（输出）	输出高电位（+VCC）或低电位。
4	RST（复位）	当此引脚接高电位时定时器工作，当此引脚接地时芯片复位，输出低电位。
5	CTRL（控制）	控制芯片的阈值电压。（当此引脚接空时默认两阈值电压为1/3 VCC与2/3 VCC）.
6	THR（阈值）	当此引脚电压升至2/3 VCC（或由控制端决定的阈值电压）时输出端给出低电位。
7	DIS（放电）	内接OC门，用于给电容放电。
8	V+, VCC（供电）	提供高电位并给芯片供电。

用途

555定时器可工作在三种工作模式下：

• 单稳态模式：在此模式下，555功能为单次触发。应用范围包括定时器，脉冲丢失检测，反弹跳开关，轻触开关，分频器，电容测量，脉冲宽度调制（PWM）等。
• 无稳态模式：在此模式下，555以振荡器的方式工作。这一工作模式下的555芯片常被用于频闪灯、脉冲发生器、逻辑电路时钟、音调发生器、脉冲位置调制（PPM）等电路中。如果使用热敏电阻作为定时电阻，555可构成温度传感器，其输出信号的频率由温度决定。
• 双稳态模式（或称施密特触发器模式）：在DIS引脚空置且不外接电容的情况下，555的工作方式类似于一个RS触发器，可用于构成锁存开关。

单稳态模式

 

单稳态555电路图

 

触发信号，电容电压与输出脉冲宽度示意图

在单稳态工作模式下，555定时器作为单次触发脉冲发生器工作。当触发输入电压降至V_CC的1/3时开始输出脉冲。输出的脉宽取决于由定时电阻与电容组成的RC网络的时间常数。当电容电压升至V_CC的2/3时输出脉冲停止。根据实际需要可通过改变RC网络的时间常数来调节脉宽。^[5]

输出脉宽t，即电容电压充至V_CC的2/3所需要的时间由下式给出：

${\displaystyle t=RC\ln(3)\approx 1.1RC}$ 

虽然一般认为当电容电压充至V_CC的2/3时电容通过OC门瞬间放电，但是实际上放电完毕仍需要一段时间，这一段时间被称为“弛豫时间”。在实际应用中，触发源的周期必须要大于弛豫时间与脉宽之和（实际上在工程应用中是远大于）。^[6]

双稳态模式

双稳态工作模式下的555芯片类似基本RS触发器。在这一模式下，触发引脚（引脚2）和复位引脚（引脚4）通过上拉电阻接至高电平，阈值引脚（引脚6）被直接接地，控制引脚（引脚5）通过小电容（0.01到0.1μF）接地，放电引脚（引脚7）浮空。所以当引脚2输入高(有误应为低)电压时输出置位，当引脚4接地时输出复位。

无稳态模式

 

555无稳态电路

无稳态工作模式下555定时器可输出连续的特定频率的方波。电阻R₁接在V_CC与放电引脚(引脚7)之间，另一个电阻(R₂)接在引脚7与触发引脚（引脚2）之间，引脚2与阈值引脚（引脚6）短接。工作时电容通过R₁与R₂充电至2/3 V_CC，然后输出电压翻转，电容通过R₂放电至1/3 V_CC，之后电容重新充电，输出电压再次翻转。

无稳态模式下555定时器输出波形的频率由R₁、R₂与C决定：

${\displaystyle f={\frac {1}{\ln(2)\cdot C\cdot (R_{1}+2R_{2})}}}$ ^[7]

输出高电平时间由下式给出：

${\displaystyle \mathrm {high} =\ln(2)\cdot (R_{1}+R_{2})\cdot C}$ 

输出低电平时间由下式给出：

${\displaystyle \mathrm {low} =\ln(2)\cdot R_{2}\cdot C}$ 

R₁的额定功率要大于${\displaystyle {\frac {V_{cc}^{2}}{R_{1}}}}$ .

对于双极型555而言，若使用很小的R₁会造成OC门在放电时达到饱和，使输出波形的低电平时间远大于上面计算的结果。

为获得占空比小于50%的矩形波，可以通过给R₂并联一个二极管实现。这一二极管在充电时导通，短路R₂，使得电源仅通过R₁为电容充电；而在放电时截止以达到减小充电时间降低占空比的效果。

参数

以下为NE555的电气参数，其他不同规格的555定时器可能会有不同的参数，请查阅数据手册。

供电电压(VCC)	4.5-16 V
额定工作电流(VCC = +5 V)	3-6 mA
额定工作电流(VCC = +15 V)	10-15 mA
最大输出电流	200 mA
最大功耗	600mW
最低工作功耗	30mW（5V），225mW（15V）
温度范围	0-70 °C

衍生芯片

555定时器有许多不同公司生产的衍生型号，其中有引脚功能不同的型号，也有采用CMOS的设计。有的芯片中包括数个集成的555定时器。555芯片家族的其他一些型号如下：

生产厂商	型号	备注
Avago Technologies	Av-555M
Custom Silicon Solutions^[8]	CSS555/CSS555C	CMOS芯片，最低工作电压1.2V, IDD<5µA
CEMI	ULY7855
ECG Philips	ECG955M
Exar	XR-555
仙童	NE555/KA555
Harris	HA555
IK Semicon	ILC555	CMOS芯片，最低工作电压2V
英特矽尔	SE555/NE555
英特矽尔	ICM7555	CMOS
Lithic Systems	LC555
美信	ICM7555	CMOS芯片，最低工作电压2V
摩托罗拉	MC1455/MC1555
美国国家半导体	LM1455/LM555/LM555C
美国国家半导体	LMC555	CMOS芯片，最低工作电压1.5V
NTE Sylvania	NTE955M
雷神	RM555/RC555
RCA	CA555/CA555C
意法半导体	NE555N/ K3T647
德州仪器	SN52555/SN72555
德州仪器	TLC555	CMOS芯片，最低工作电压2V
苏联	K1006ВИ1
Zetex	ZSCT1555	最低工作电压0.9V
恩智浦半导体	ICM7555	CMOS
HFO / 东德	B555
日立	HA17555

556双定时器

在一块芯片中集成两个555定时器的型号为556，这种芯片包括14个引脚。

558四定时器

在一块芯片中集成四个555定时器的型号为558。这种芯片包括16个引脚，其中四个555定时器共用供电、接地和复位的引脚。放电引脚与阈值引脚被合为同一个引脚并被称为“定时”。同时触发引脚改为下降沿触发。

参见

• 运算放大器
• 振荡器
• RC电路

参考资料

1. Ward, Jack (2004). The 555 Timer IC – An Interview with Hans Camenzind. The Semiconductor Museum. Retrieved 2010-04-05. [2011-04-26]. （原始内容于2017-11-26）. 
2. van Roon, Fig 3 & related text.
3. Scherz, Paul (2000) "Practical Electronics for Inventors", p. 589. McGraw-Hill/TAB Electronics. ISBN 978-0-07-058078-7. Retrieved 2010-04-05.
4. Jung, Walter G. (1983) "IC Timer Cookbook, Second Edition", pp. 40–41. Sams Technical Publishing; 2nd ed. ISBN 978-0-672-21932-0. Retrieved 2010-04-05.
5. van Roon, Chapter "Monostable Mode". (Using the 555 timer as a logic clock)
6. (PDF). [2011-09-17]. （原始内容 (PDF)存档于2011-09-11）. 
7. van Roon Chapter: "Astable operation".
8. 存档副本. [2011-04-26]. （原始内容于2011-07-08）. 

拓展阅读

• IC Timer Cookbook; 2nd Ed; Walter G Jung; Sams Publishing; 384 pages; 1983; ISBN 978-0-672-21932-0.
• IC 555 Projects; E.A. Parr; Bernard Babani Publishing; 144 pages; 1978; ISBN 978-0-85934-047-2.
• 555 Timer Applications Sourcebook with Experiments; Howard M Berlin; Sams Publishing; 158 pages; 1979; ISBN 978-0-672-21538-4.
• Timer, Op Amp, and Optoelectronic Circuits and Projects; Forrest M Mims III; Master Publishing; 128 pages; 2004; ISBN 978-0-945053-29-3.
• Engineer's Mini-Notebook – 555 Timer IC Circuits; Forrest M Mims III; Radio Shack; 32 pages; 1989; ASIN B000MN54A6.

外部链接

维基共享资源中相关的多媒体资源：555計時器

• Single Bipolar Timer, Texas Instruments, 30 pages, 2010（页面存档备份，存于互联网档案馆）
• Single CMOS Timer, Diodes Inc, 11 pages, 2006（页面存档备份，存于互联网档案馆）
• Dual Bipolar Timer, Texas Instruments, 16 pages, 2006（页面存档备份，存于互联网档案馆）
• 555 Timer Circuits – the Astable, Monostable and Bistable（页面存档备份，存于互联网档案馆）
• 555 and 556 Timer Circuits（页面存档备份，存于互联网档案馆）
• Java simulation of 555 oscillator circuit（页面存档备份，存于互联网档案馆）
• NE555 Frequency and duty cycle calculator（页面存档备份，存于互联网档案馆） for astable multivibrators
• Time-lapse intervalometer for SLRs using a 555
• Common Mistakes When Using a 555 Timer（页面存档备份，存于互联网档案馆）
• . [2011-05-26]. （原始内容存档于2011-07-30）.