555計時器

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555定時器（555 Timer），也稱555時基（timebase）電路，是一種廣泛使用的積體電路版本的多諧振盪器，常被用於定時器、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。

555定時器於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。

## 設計

555定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個二極體和15個電阻並通過8個引腳引出(DIP-8封裝)。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，但Hans Camenzind否認這一說法並聲稱他是隨意取的這三個數字。

555還有低功耗的版本，包括7555和使用CMOS電路的TLC555。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

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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定時器工作，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定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。應用範圍包括定時器，脈衝丟失檢測，反彈跳開關，輕觸開關，分頻器，電容測量，脈衝寬度調變（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、脈衝位置調變（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

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在單穩態工作模式下，555定時器作為單次觸發脈衝發生器工作。當觸發輸入電壓降至VCC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網路的時間常數。當電容電壓升至VCC的2/3時輸出脈衝停止。根據實際需要可通過改變RC網路的時間常數來調節脈寬。

輸出脈寬t，即電容電壓充至VCC的2/3所需要的時間由下式給出：

$$t = RC\ln(3) \approx 1.1 <pre> RC$$

雖然一般認為當電容電壓充至VCC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）。

### 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

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無穩態工作模式下555定時器可輸出連續的特定頻率的方波。電阻R1接在VCC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 VCC，然後輸出電壓翻轉，電容通過R2放電至1/3 VCC，之後電容重新充電，輸出電壓再次翻轉。

無穩態模式下555定時器輸出波形的頻率由R1、R2與C決定：

$f = \frac{1}{\ln(2) \cdot C \cdot (R_1 + 2R_2)}$

$$T = \ln(2) \cdot C \cdot (R_1 + 2R_2)$$

輸出高電平時間由下式給出：

$$\mathrm{high} = \ln(2) \cdot (R_1 + R_2) \cdot C$$

輸出低電平時間由下式給出：

$$\mathrm{low} = \ln(2) \cdot R_2 \cdot C$$

R1的額定功率要大於$\frac{V_{cc}^{2}}{R_1}$.

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，可以通過給輸出Out取反或者給R2並聯一個二極體實現。這一二極體在充電時導通，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。這兩種實現得到的波形不同。

## 參數

以下為NE555的電氣參數，其他不同規格的555定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定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定時器。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｜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

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雙定時器

在一塊晶片中集成兩個555定時器的型號為556，這種晶片包括14個引腳。

### 558四定時器

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

## 拓展閱讀

- 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.

## 外部連結

- Single Bipolar Timer, Texas Instruments, 30 pages, 2010
- Single CMOS Timer, National Semiconductor, 12 pages, 2010
- Single CMOS Timer, Diodes Inc, 11 pages, 2006
- Single / Dual CMOS Timer, Intersil, 12 pages, 2006
- Dual Bipolar Timer, Texas Instruments, 16 pages, 2006
- Quad Bipolar Timer, NXP / Philips, 9 pages, 2003
- NE555 datasheet collection
- 555 Timer Circuits – the Astable, Monostable and Bistable
- 555 and 556 Timer Circuits
- Java simulation of 555 oscillator circuit
- Using NE 555 as a Temperature DSP
- NE555 Frequency and duty cycle calculator for astable multivibrators
- Time-lapse intervalometer for SLRs using a 555
- 555 Timer Tutorial
- Common Mistakes When Using a 555 Timer