NE555芯片的工作模式、特性描述和管脚分配

在开发电子设备时，经常需要产生给定长度的脉冲或产生具有给定频率和一定长度与暂停比的矩形信号。对于有经验的设计师来说，在单独的数字元件上设计这样的设备并不难，但为此目的使用专门的微电路会更方便。

NE555芯片是什么，用在什么地方

NE555芯片开发于上世纪70年代，至今仍深受专业人士和业余爱好者的喜爱。它是一个封装在带有 8 个引脚的外壳中的计时器。提供 DIP 或各种表面贴装 (SMD) 版本。

微电路包含两个比较器 - 上部和下部。在它们的输入端，形成一个参考电压，等于电源电压的 2/3 和 1/3。 分压器由电阻组成 电阻 5 kOhm。比较器控制 RS 触发器。缓冲放大器和晶体管开关连接到其输出。每个比较器都有一个空闲输入，用于提供外部控制信号。当出现高电平时触发上比较器并将微电路的输出切换到低电平。较低的“保护”将电压降低到 1/3 VCC 以下并将定时器输出设置为逻辑单元。

NE555芯片的主要特点

不同制造商的定时器的特性可能在很小的范围内有所不同，但没有一个有根本的偏差（除了来历不明的微电路，你可以期待他们的任何东西）：

• 尽管数据表包含 4.5 ... 18 V 的限制，但电源电压的标准指示为 +5 至 +15 V。
• 输出电流为 200 mA。
• 输出电压最大为 VCC - 1.6 V，但在电源电压为 5 V 时不低于 2 V。
• 5 V 时的电流消耗不超过 5 mA，15 V 时 - 最高 13 mA。
• 脉冲宽度的形成误差不超过2.25%。
• 最大工作频率为 500 kHz。

所有参数均针对 +25 °C 的环境温度指定。

引脚的位置和用途

无论外壳设计如何，定时器输出均按标准排列 - 从按键逆时针（从上方观察）从 1 到 8 升序排列。每个输出都有其自己的用途：

1. 接地 – 设备的公共电源线。
2. 触发 - 当应用低电平时，它启动第二个（根据方案较低）比较器，逻辑单元出现在其输出端，将内部 RS 触发器设置为 0。外部定时 RC 电路连接到它。优先于 THR。
3. 出去 - 出口。信号的高电平略低于电源电压，低电平为0.25 V。
4. 重置 - 重置。不管其他输入上的信号如何，如果有低电平，它会将输出复位为 0 并禁用定时器。
5. CTRL - 管理。它始终具有电源轨电压的 2/3 级。在这里，您可以应用外部信号并用它调制输出。
6. 心电图 - 当出现高电平时（超过电源的2/3），第一个（根据方案顶部）触发器设置为1，内部 RS触发器 进入逻辑单元的状态。
7. DIS - 时间设定电容器的放电。当输出端出现高电平触发时，内部晶体管打开，发生快速放电。定时器已为下一个操作周期做好准备。
8. VCC - 功率输出。它可以提供 5 至 15 V 的电压。

NE555芯片工作模式说明

虽然定时器的架构允许它在多种模式下使用，但 NE555 有三种典型的操作模式。

单振子（备用多谐振荡器）

起始位置：

• 输入2高逻辑电平；
• 在触发器的输入 R 和 S - 零；
• 触发输出 - 1；
• 放电电路三极管开路，电容C分流；
• 输出 3 为 0 级。

当输入 2 出现零电平时，下部比较器切换到 1，将触发器翻转为 0。微电路的输出端出现高电平。同时，晶体管关闭，停止对电容器进行分流。它通过电阻 R 开始充电。一旦它两端的电压达到 VCC 的 2/3，上层比较器将工作，将触发器设置回 1，定时器输出为 0。晶体管将打开并对电容放电.因此，在输出端将形成一个正脉冲，其开始由输入 2 的外部信号决定，完成取决于电容器充电的时间，其计算公式为 t=1.1⋅R⋅ C。

多谐振荡器

通电时，电容器在输入 2（和 6）处为逻辑 0，在定时器 1 的输出处放电（此过程在前一节中描述）。通过 R1 和 R2 将电容充电到 2/3 VCC 电平后，输入 6 的高电平将输出 3 翻转为零，放电晶体管将打开。但电容不会直接放电，而是通过R2。结果，电路会回到原来的位置，循环会一次又一次地重复。从过程描述可以看出，充电时间是由电阻R1、R2和电容的电容之和决定的，放电时间是由R1和C设定的。而不是R1和R2，您可以放置​​可变电阻器并快速控制脉冲的频率和占空比。计算公式：

• 脉冲持续时间 t1=0.693⋅(R1+R2)⋅C；
• 暂停持续时间 t2=0.693⋅R2⋅C；
• 脉冲重复率 f=1/(0.693(R1+2⋅R2)⋅C。

暂停时间不能超过脉冲时间。为了克服这个限制，放电和充电电路通过在电路中加入一个二极管来分开（阴极到引脚 6，阳极到引脚 7）。

施密特触发器

在 555 芯片上，您可以构建施密特触发器。该设备将缓慢变化的信号（正弦波、锯齿波等）转换为方波。这里不使用定时电路，信号被馈送到输入 2 和 6，相互连接。当达到 2/3 VCC 的阈值时，输出电压突然切换到 1，当它下降到 1/3 的电平时，它也突然下降到零。模糊区域是电源电压的 1/3。

的优点和缺点

NE555芯片的主要优点是它的易用性——搭建一个电路，一个小的绑定就足够了，它很适合计算。同时，设备成本低。

定时器的主要缺点是脉冲持续时间明显依赖于电源电压。这是因为单振子或多谐振荡器电路中的电容器通过一个电阻器（或两个）充电，并且电阻器的上端连接到电源总线。通过电阻的电流是由电压 VCC 形成的——电压越高，电流越大，电容充电越快，比较器越早工作，产生的时间间隔就越短。由于某种未知的原因，这一时刻不在技术文档中，但开发人员却很清楚。

定时器的另一个缺点是比较器的阈值电压由内部分压器形成，无法调整。这限制了NE555的应用可能性。

还有一个不愉快的功能。与构建输出级的推挽方案有关，在切换的时刻（当上面的晶体管已经打开，而下面的晶体管尚未关闭时，反之亦然) 有一个直通电流脉冲。它的持续时间很短，但会导致微电路额外发热并在电源电路中产生干扰。

什么是类似物

在计时器存在期间，已经开发和发布了大量的克隆。各家公司生产，但名称中都包含555这个数字，在生产类似物的工厂中，既有电子元器件的热门厂商，也有来自东南亚的不知名厂商。如果前者提供声明的参数，则不应期望后者提供任何保证。与声明特性的偏差可能很大。

在苏联，开发了类似的计时器 KR1006VI1。它的功能与原始功能完全相同，但有一个例外：其输出 2 优先于输出 6 (反之亦然，例如 NE555）。在设计方案时必须考虑到这一点。还有一件事：КР 指数意味着微电路仅在 DIP8 封装中生产。

实际使用示例

计时器的实际应用范围很广；在本次审查的框架内，不可能完全涵盖该主题。但最常见的例子值得考虑。

在几个微电路上的单振子模式下，可以建立一个有时间限制的密码锁，用于拨码。另一种方法是将其用作信号装置，与各种传感器一起达到阈值水平（照度、水箱填充水平等）。

在多谐振荡器模式（非稳态模式）中，定时器的应用最为广泛。在多个计时器上，您可以构建一个花环开关，分别调节闪烁频率、准时和暂停时间。可以使用 NE555 作为时间继电器的基础，形成 1 到 25 秒的用户接通时间。您可以为音乐家制作节拍器。这是最常用的芯片模式，不可能描述所有的应用。

作为施密特触发器，定时器很少使用。但在没有频率设定元件的双稳态模式下，NE555用作去抖器或启停模式下的两键开关。实际上，只使用了内置的 RS 触发器。基于定时器构建PWM控制器也是众所周知的。

有描述 NE555 定时器的各种应用的电路集合。他们描述了数千种使用芯片的方法。但即便如此，对于好奇的设计师来说，这可能还不够，他会发现尚未在任何地方描述的计时器的额外用途。微电路的开发人员提出的可能性允许这样做。

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