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。

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。

## 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

DIP 封裝的 555 晶片各引腳功能如下表所示：

## 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

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。

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：

　
: $t=RC\ln(3)\approx 1.1RC$

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）。

### 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

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 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 _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：

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

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 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。

## 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。

## 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：

### 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

## 參考資料

## 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（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Single CMOS Timer, National Semiconductor, 12 pages, 2010
* Single CMOS Timer, Diodes Inc, 11 pages, 2006（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Single / Dual CMOS Timer, Intersil, 12 pages, 2006
* Dual Bipolar Timer, Texas Instruments, 16 pages, 2006（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Quad Bipolar Timer, NXP / Philips, 9 pages, 2003
* NE555 datasheet collection
* 555 Timer Circuits – the Astable, Monostable and Bistable（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 555 and 556 Timer Circuits（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Java simulation of 555 oscillator circuit（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Using NE 555 as a Temperature DSP
* NE555 Frequency and duty cycle calculator（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） for astable multivibrators
* Time-lapse intervalometer for SLRs using a 555
* 555 Timer Tutorial
* Common Mistakes When Using a 555 Timer（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* The 2011 555 Design Contest. [2011-05-26]. （原始內容存檔於 2011-07-30）.