555定时器IC集成电路

跳转导航跳转搜索555定时器IC是一款集成电路(芯片)，用于各种定时器、延迟、脉冲产生和振荡器应用。衍生品在一个封装中提供两(556)或四(558)个定时电路。[2]Signetics于1972年推出了555，[4]由于其价格低廉、易于使用和稳定性，555至今仍在广泛使用。许多公司也制造了原始的双极定时器和类似的低功耗CMOS定时器。截至2003年，估计每年生产10亿台。[5]555是有史以来最受欢迎的集成电路。[6][7]。

定时器IC是汉斯·卡门辛德于1971年根据与Signetics的合同设计的。1968年，他受雇于Signetics开发锁相环(PLL)IC。他为锁相环设计了一种振荡器，使频率不依赖于电源电压或温度。由于1970年的经济衰退，Signetics随后解雇了一半的员工，PLL的发展因此冻结。[8]卡门辛德提议开发一种基于PLL振荡器的通用电路，并要求他向Signetics借用设备，而不是让他的工资减半，单独开发这一电路。其他工程师争辩说，该产品可以用现有的部件制造；然而，营销经理批准了这个想法。

555的第一个设计是在1971年夏天审查的。经评定无误后，进行版图设计。几天后，卡门辛德萌生了用直流电阻源代替恒流源的想法，后来发现这是可行的。这一改变将所需的9针减少到8针，因此IC可以安装在8针封装中，而不是14针封装中。这一修订设计通过了第二次设计审查，原型于1971年10月完成，分别为NE555V(塑料浸渍)和SE555T(金属TO-5)。[5]9针的复制品已经由另一家公司发布，该公司的创始人是一名参加了第一次审查并从Signetics退休的工程师；该公司在555发布后不久就撤回了版本。[8]555定时器于1972年由12家公司生产，并成为最畅销的产品。[8]。

后来，汉斯·卡门辛德为Zetex半导体设计了ZSCT1555定时器，该定时器已不再生产。

有人错误地假设，555型的名字来自于双极IC内的三个5kK的Ω电阻器。[9]汉斯·卡门辛德曾表示，零件编号是任意的，因此他们匹配只是一个巧合。[5][8]原西格磁零件号NE555和SE555的前缀字母"；NE"；和"；SE"；是模拟芯片的温度代号，其中"；NE&34；是商用温度系列，"；SE"；是军用温度系列。

根据制造商的不同，标准555封装在一个硅芯片上包括25个晶体管、2个二极管和15个电阻器，它们安装在8引脚双列直插式封装(DIP-8)中。[10]可用的变体包括556(将两个完整的555组合在一个芯片上的DIP-14)、[11]和558/559(两者都是在一个芯片上组合四个功能降低的定时器的DIP-16)。[2]。

NE555部件的商用温度范围为0°C至+70°C，SE555部件号指定的军用温度范围为−55°C至+125C。这些部件提供高可靠性金属罐(T封装)和廉价的环氧塑料(V封装)封装。因此，完整的部件号为NE555V、NE555T、SE555V和SE555T。

还提供555的低功耗CMOS版本，例如Intersil ICM7555和Texas Instruments LMC555、TLC555和TLC551。[12][13][14][15]CMOS定时器比双极定时器功耗低得多；当输出开关处于状态时，CMOS定时器也比双极定时器产生更低的电源噪声。[需要引用]

555定时器的内部框图和原理图在所有三张图中都用相同的颜色突出显示，以阐明芯片是如何实现的：[2]。

绿色：在正电源电压V CC和地接地之间是由三个相同电阻器组成的分压器，在​1⁄3 V CC和​2⁄3 V CC处产生两个参考电压。后者连接到控制电压引脚。这三个电阻器具有相同的电阻，双极性定时器为5kΩ，CMOS定时器为100kΩ(或更高)。555IC得名于这三个5英尺Ω电阻器的说法纯属虚构。[5]。

黄色：比较器负输入连接到​2⁄3V CC的较高参考分压器(和控制引脚)，比较器正输入连接到阈值引脚。

红色：比较器正输入连接到​1⁄3V CC的低参考分压器，比较器负输入连接到触发器引脚。

紫色：SR触发器存储定时器的状态，并由两个比较器控制。复位引脚覆盖其他两个输入，因此触发器(以及整个定时器)可以随时复位。

粉色：触发器的输出之后是带推挽的输出级(P.P.)。输出驱动器可加载输出引脚，双极性定时器最高可加载200 mA，CMOS定时器最高可加载200 mA。

青色：还有，触发器的输出接通一个晶体管，该晶体管将放电引脚连接到地。

下表显示了8针555定时器和14针556双定时器的引脚。556内部的两个定时器分成两列。[2][1][16]

触发：当此引脚上的电压低于CONT引脚电压的​1⁄2(​1⁄3 V CC，除非CONT由外部信号驱动时)，OUT引脚变为高电平，并开始计时间隔。只要该引脚继续保持低电压，OUT引脚就会保持高电平。

输出：此引脚为推挽(P.P.)。被驱动到低状态(GND引脚)或高状态(对于双极定时器，V CC引脚减去大约1.7伏)(对于CMOS定时器，V CC引脚)的输出。对于双极定时器，该引脚可以驱动高达200 mA，但CMOS定时器能够驱动较少(因芯片而异)。对于双极定时器，如果此引脚驱动数字逻辑芯片的边缘敏感输入，则可能需要添加一个100至1000 pF的去耦电容器(在此引脚和GND之间)，以防止双重触发。[2]。

复位：可通过将此引脚驱动到GND来重置计时间隔，但在此引脚上升到约0.7伏以上之前，计时不会再次开始。此引脚覆盖触发器，而触发器又覆盖阈值。如果不使用此引脚，则应将其连接到V cc，以防止电气噪声导致复位。

控制(或控制电压)：此引脚提供对内部分压器(默认情况下为​2⁄3 V CC)的访问。通过向该引脚施加电压，可以改变定时特性。在不稳定模式下，该引脚可用于对输出进行调频。如果不使用此引脚，应将其连接到10 nF去耦电容器(此引脚和接地之间)，以确保电气噪声不会影响内部分压器。[2]。

阈值：当此引脚上的电压大于CONT引脚上的电压时(​2⁄3 V CC，除非CONT由外部信号驱动)，则OUT高电平计时间隔结束，导致输出变低。

放电：对于双极时代，此引脚是开路集电极(O.C.)。在输出端，CMOS定时器为开漏O.D。此引脚可用于在间隔之间与输出同相地对电容器进行放电。在双稳态模式和施密特触发模式下，该引脚未使用，因此可以用作备用输出。

正电源：对于双极定时器，电压范围通常为4.5至16伏，有些规格高达18伏，尽管大多数将低至3伏。对于CMOS定时器，电压范围通常为2至15伏，有些规格高达18伏，有些规格低至1伏。请参阅本文衍生品表格中的Supply Min和Max列。对于双极定时器，由于输出切换期间的电流浪涌，需要一个或多个去耦电容器(在此引脚和GND之间)。[2]。

稳定(自由运行)模式-555可以作为电子振荡器运行。用途包括LED和灯闪光器、脉冲产生、逻辑时钟、音调产生、安全报警、脉冲位置调制等。555可以用作简单的ADC，将模拟值转换为脉冲长度(例如，选择热敏电阻作为定时电阻器允许在温度传感器中使用555，并且输出脉冲的周期由温度确定)。然后，使用基于微处理器的电路可以将脉冲周期转换为温度，使其线性化，甚至提供校准手段。

单稳态(单触发)模式-在此模式下，555用作单触发脉冲发生器。应用包括定时器、丢失脉冲检测、无跳开关、触摸开关、分频器、电容测量、脉宽调制(PWM)等。

双稳态(触发器)模式-555用作SR触发器。用途包括无弹锁开关。

施密特触发器(逆变器)模式-555用作施密特触发器逆变门，将噪声输入转换为干净的数字输出。

在不稳定配置中，555定时器发出具有特定频率的连续矩形脉冲流。使用两个电阻器R1{\DisplayStyle R_{1}}和R2{\DisplayStyle R_{2}}和一个电容器C{\DisplayStyle C}实现不稳定配置。在此配置中，不使用控制引脚，因此它通过10 nF去耦电容器连接到地，以分流电气噪声。阈值和触发引脚连接到电容器C{\DisplayStyle C}，因此它们具有相同的电压。最初，电容器C{\DisplayStyle C}不充电，因此触发引脚接收的零电压小于电源电压的三分之一。因此，触发引脚使输出变为高电平，并且内部放电晶体管进入截止模式。由于放电引脚不再短路到地，电流通过两个电阻器R1{\Displaystyle R_{1}}和R2{\Displaystyle R_{2}}流向为其充电的电容器。电容器C{\displaystyle C}开始充电，直到电压变为电源电压的三分之二。在这种情况下，阈值引脚导致输出变低，内部放电晶体管进入饱和模式。因此，电容器通过R2{\DisplayStyle R_{2}}开始放电，直到它变得小于电源电压的三分之一，在这种情况下，触发引脚使输出变高，并且内部放电晶体管再次进入截止模式。这样的循环就会重复。

在第一个脉冲中，电容器从零充电到电源电压的三分之二，然而在后面的脉冲中，它只充电电源电压的三分之一到三分之二。因此，与后面的脉冲相比，第一个脉冲具有更长的高时间间隔。此外，电容器通过两个电阻器充电，但只通过R2{\DisplayStyle R2}}放电，因此高间隔比低间隔长。这在下面的方程式中显示出来。

t h i g h=ln⁡(2)⋅(R1+R2)⋅C{\DisplayStyle t_{高}=\ln(2)\cot(R_{1}+R_{2})\cdot C}。

t l o w=ln⁡(2)⋅R 2⋅C{\DisplayStyle t_{低}=\ln(2)\cot R_{2}\cdot C}。

F=1 t h i g h+t l o w=1 ln⁡(2)⋅(R1+2 R2)⋅C{\DisplayStyle f={\frac{1}{t_{高}+t_{低}={\frac{1}{\ln(2)\cot(R_{1}+2R_{2})\cdot C}[17]

D u t y=t h i g h t h i g h+t l o w⋅100{\DisplayStyle Duty={\frac{t_{高}}{t_{高}+t_{低}\CDOT100}。

其中t{\DisplayStyle t}是秒(时间)，R{\DisplayStyle R}是欧姆(电阻)，C{\DisplayStyle C}是法拉(电容)，ln⁡(2){\DisplayStyle\ln(2)}是2常数的自然对数，它是0.693147181(四舍五入到9个尾随数字)，但在555时序簿和数据手册中通常四舍五入到更少的数字，如0.7、0.69或0.693。

根据欧姆定律，R1{\DisplayStyle R_{1}}的W{\DisplayStyle W}功率容量必须大于V c c⋅V c c R 1{\DisplayStyle{\frac{V_{cc}\cotV_{cc}}{R_{1}。

特别是对于双极555，必须避免R1{\DisplayStyle R_{1}}的低值，以使输出在放电期间保持在接近零电压的饱和状态，正如上面的公式所假定的那样。否则，输出低电平时间将大于上面计算的时间。

第一个循环花费的时间将比计算的时间长得多，因为电容器必须从通电时从0V充电到V cc的​2⁄3，但在随后的循环中只能从V cc的​1⁄3充电到V cc的​2⁄3。

为了使输出高时间短于低时间(即占空比小于50%)，可以将快速二极管(即1N4148信号二极管)与R2并联放置，阴极位于电容器侧。这在周期的高位部分绕过R2，因此高位间隔仅取决于R1和C，并基于二极管上的电压降进行调整。二极管两端的电压降减慢了电容器的充电速度，因此高电压时间比预期和经常引用的ln(2)*R1C=0.693 R1C要长。低时间将与上述相同，为0.693 R 2C。使用旁路二极管，最高时间是。

t h i g h=ln⁡(2 V cc−3 V二极管V cc−3 V二极管)⋅R 1⋅C{\DisplayStyle t_{高}=\ln\Left({\FRAC{2V_{\tExtrm{cc}}-3V_{\tExtrm{二极管}{V_{\texm{cc}}。-3V_{\tExtrm{二极管}\右)\CDOT R_{1}\CDOT C}。

其中，V二极管是指二极管导通电流为V cc/R 1的​1⁄2，这可以从其数据手册或测试中确定。作为一个极端的例子，当V cc=5，V二极管=0.7时，高时间=1.00R 1C，比预期的0.693 R 1C长45%.。在另一个极端，当V cc=15，V二极管=0.3时，高时间=0.725 R 1C，更接近预期的0.693 R 1C。如果V二极管=0.693，则方程减小到预期的0.693 R 1C。

此模式下的重置操作定义不明确。一些制造商的部件会将输出状态保持到重置为低时的状态，其他制造商则会将输出发送到高或低。

在单稳态模式下，当电容器上的电压等于电源电压的​2⁄3时，输出脉冲结束。通过调整R和C的值，可以根据具体应用的需要延长或缩短输出脉冲宽度。[18]。

首先假定单稳态的输出为零，触发器(Qbar)的输出为1，这样放电晶体管导通，电容器两端的电压为零。上位比较器的一个输入端为电源电压的2/3，另一个输入端连接到电容器。对于下位比较器，一个输入为触发脉冲，另一个连接在电源电压的1/3。现在电容器向电源电压(Vcc)充电。当触发器输入施加在触发器引脚上时，下位比较器的输出为0，上位比较器的输出为0。触发器的输出保持不变，因此输出为0。当电容器两端的电压跨过Vcc的1/3时，下比较器的输出从0变为1。因此，单稳态的输出是1，放电晶体管仍然是关断的，并且电容器两端的电压从Vcc的1/3向Vcc充电。

当电容两端的电压超过Vcc的2/3时，上比较器的输出从0变为1，因此单稳态的输出为0，放电晶体管导通，电容通过该晶体管放电，因为它提供了低阻路径。循环不断，电容器的充放电依赖于时间常数Rc。

在t=T时，电容器两端的电压由vc=Vcc(1-e^(-t/rc))给出，由于vc=(2/3)vcc，因此2/3Vcc=vcc(1-e^(-T/rc))，从而减少到T=rc ln(3)秒。

时间t的输出脉冲宽度(其是将C充电到电源电压的​2⁄3所花费的时间)由下式给出。

t=ln⁡(3)⋅R⋅C{\DisplayStyle t=\ln(3)\cot R\cdot C}。

其中t{\DisplayStyle t}是秒(时间)，R{\DisplayStyle R}是欧姆(电阻)，C{\DisplayStyle C}是法拉(电容)，ln⁡(3){\DisplayStyle\ln(3)}是3常数的自然对数，它是1.098612289(四舍五入到9个尾随数字)，但在555时序簿和数据手册中通常四舍五入到更少的数字，如1.1或1.099。

在单稳态模式下使用定时器IC时，主要缺点是任意两个触发脉冲之间的时间间隔必须大于RC时间常数。[19]相反，通过将RC时间常数设置为大于寄生触发之间的跨度，可以忽略紧密间隔的脉冲。(示例：忽略开关触点反弹。)。

在双稳态模式下，555定时器充当SR触发器。当阈值输入(引脚6)接地时，触发和复位输入(分别位于555上的引脚2和4)通过上拉电阻保持高电平。如此配置，瞬间将触发器拉到地起到置位的作用，并将输出引脚(引脚3)转换到V cc(高状态)。将复位输入拉到地起到复位的作用，并将输出引脚转换到地(低状态)。在双稳态配置中不需要定时电容器。引脚7(放电)未连接，或可用作集电极开路输出。[20]。

555定时器可用于创建施密特触发器反相门，将噪声输入转换为干净的数字输出。输入信号应该通过串联电容器连接，然后串联电容器连接到触发器和阈值引脚。电阻分压器，从VCC到GND，连接到之前的捆扎引脚。复位引脚系在V cc上。

1972年，Signetics最初发布了DIP-8和TO5-8金属罐封装的555定时器，而556定时器则以DIP-14封装发布。[4]。

2020年，555以通孔封装DIP-8(间距2.54 mm)、[21]和表面贴装封装SO-8(间距1.27 mm)、SSOP-8/TSSOP-8/VSSOP-8(间距0.65 mm)、BGA(间距0.5 mm)提供。[1]。

2020年，双556定时器提供DIP-14(2.54 mm间距)、[16]通孔封装和SO-14(1.27 mm间距)和SSOP-14(0.65 mm间距)表面贴装封装。

MIC1555是一款CMOS 555型定时器，在SOT23-5(间距0.95 mm)表面贴装封装中具有较少的3个引脚。[22]。

这些规格适用于双极NE555。其他555定时器可以根据等级(工业、军事、医疗等)有不同的规格。应该考虑这些数值；应该参考每个芯片确切制造商的当前官方数据表，以获得参数限制建议。

在过去的几十年里，许多公司生产了555,556,558定时器的一个或多个变种，以及许多不同的零件号。以下是部分清单：

一个。

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