555計時器

555計時器是一種積體電路晶片，常被用於計時器、脈衝產生器和震盪電路。555可被作為電路中的延時器件、觸發器或起振元件。

DIP封裝的NE555

555內部電路圖

555計時器於1971年由西格尼蒂克公司（Signetics）推出，由於其易用性、低廉的價格和良好的可靠性，直至今日仍被廣泛應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。^[1]

設計

555計時器由瑞士電子工程師漢斯·R·卡門曾德（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個二極管和15個電阻並通過8個引腳引出(DIP-8封裝)。^[2]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^[3]，但Hans Camenzind否認這一說法並聲稱他是隨意取的這三個數字。^[1]

555還有低功耗的版本，包括7555和使用CMOS電路的TLC555。^[4]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雜訊的去耦電容。

引腳

555晶片引腳圖

DIP封裝的555晶片各引腳功能如下表所示：

引腳	名稱	功能
1	GND（地）	接地，作為低電位（0V）
2	TRIG（觸發）	當此引腳電壓降至1/3 VCC（或由控制端決定的閾值電壓）時輸出端給出高電位。
3	OUT（輸出）	輸出高電位（+VCC）或低電位。
4	RST（復位）	當此引腳接高電位時計時器工作，當此引腳接地時晶片復位，輸出低電位。
5	CTRL（控制）	控制晶片的閾值電壓。（當此引腳接空時默認兩閾值電壓為1/3 VCC與2/3 VCC）.
6	THR（閾值）	當此引腳電壓升至2/3 VCC（或由控制端決定的閾值電壓）時輸出端給出低電位。
7	DIS（放電）	內接OC門，用於給電容放電。
8	V+, VCC（供電）	提供高電位並給晶片供電。

用途

555計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。應用範圍包括計時器，脈衝丟失檢測，反彈跳開關，輕觸開關，分頻器，電容測量，脈衝寬度調制（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、脈衝位置調制（PPM）等電路中。如果使用熱敏電阻作為定時電阻，555可構成溫度傳感器，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

單穩態555電路圖

觸發信號，電容電壓與輸出脈衝寬度示意圖

在單穩態工作模式下，555計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_CC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網絡的時間常數。當電容電壓升至V_CC的2/3時輸出脈衝停止。根據實際需要可通過改變RC網絡的時間常數來調節脈寬。^[5]

輸出脈寬t，即電容電壓充至V_CC的2/3所需要的時間由下式給出：

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

雖然一般認為當電容電壓充至V_CC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」。在實際應用中，觸發源的周期必須要大於弛豫時間與脈寬之和（實際上在工程應用中是遠大於）。^[6]

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

555無穩態電路

無穩態工作模式下555計時器可輸出連續的特定頻率的方波。電阻R₁接在V_CC與放電引腳(引腳7)之間，另一個電阻(R₂)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R₁與R₂充電至2/3 V_CC，然後輸出電壓翻轉，電容通過R₂放電至1/3 V_CC，之後電容重新充電，輸出電壓再次翻轉。

無穩態模式下555計時器輸出波形的頻率由R₁、R₂與C決定：

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

輸出高電平時間由下式給出：

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

輸出低電平時間由下式給出：

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

R₁的額定功率要大於${\displaystyle {\frac {V_{cc}^{2}}{R_{1}}}}$.

對於雙極型555而言，若使用很小的R₁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R₂並聯一個二極管實現。這一二極管在充電時導通，短路R₂，使得電源僅通過R₁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計時器可能會有不同的參數，請查閱數據手冊。

供電電壓(VCC)	4.5-16 V
額定工作電流(VCC = +5 V)	3-6 mA
額定工作電流(VCC = +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計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計時器。555晶片家族的其他一些型號如下：

生產廠商	型號	備註
Avago Technologies	Av-555M
Custom Silicon Solutions[8]	CSS555/CSS555C	CMOS晶片，最低工作電壓1.2V, IDD<5µA
CEMI	ULY7855
ECG Philips	ECG955M
Exar	XR-555
仙童	NE555/KA555
Harris	HA555
IK Semicon	ILC555	CMOS晶片，最低工作電壓2V
英特矽爾	SE555/NE555
英特矽爾	ICM7555	CMOS
Lithic Systems	LC555
美信	ICM7555	CMOS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	LMC555	CMOS晶片，最低工作電壓1.5V
NTE Sylvania	NTE955M
雷神	RM555/RC555
RCA	CA555/CA555C
意法半導體	NE555N/ K3T647
德州儀器	SN52555/SN72555
德州儀器	TLC555	CMOS晶片，最低工作電壓2V
蘇聯	K1006ВИ1
Zetex	ZSCT1555	最低工作電壓0.9V
恩智浦半導體	ICM7555	CMOS
HFO / 東德	B555
日立	HA17555

556雙計時器

在一塊晶片中集成兩個555計時器的型號為556，這種晶片包括14個引腳。

558四計時器

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