555定时器作为一个稳定的多谐振荡器

集成电路555是最受欢迎和最广泛使用的集成电路之一。它是一种通用的、极其坚固的集成电路，被用于许多应用，如定时器、波发生器（脉冲）和振荡器。

IC555，俗称555定时器，是由Signetic公司的Hans Camenzind在1971年开发的。

它分两部分发布： NE 555和SE 555。NE 555部件是商业用途，温度范围为00C至700C，SE 555部件是为了满足军事标准，温度范围为-550C至1250C。它是一个单片集成电路，是第一个商业化的定时器集成电路。

特点

555定时器可以在5V至18V的广泛电源范围内运行。

它有3种不同的封装方式： 8引脚金属罐封装，8引脚DIP和14引脚DIP。

时序可以从微秒到小时不等。

它可以在星形和单稳态模式下工作。

高输出电流。

它有一个可调的占空比。

由于其高输出电流，它是TTL兼容的。

该输出可以向负载提供或灌入200mA的电流。

它的温度稳定性为0.005%每0℃。

不同的操作模式

一般来说，555定时器可以在三种模式下运行： 静止模式、单稳态模式（或一次性）和双稳态模式。

静止模式

在这种模式下，555的工作模式是自由运行的。可变型多晶体管的输出将在低电平和高电平之间连续切换，从而产生一连串的脉冲，这就是为什么它被称为脉冲发生器。

它是一个完美的方波发生器的最佳例子。它们被用作变频器，也被用于许多无线电的内部部分。选择一个热敏电阻作为定时电阻，就可以将555用于温度传感器。

单稳态模式

在单稳态模式下，顾名思义，它一直处于稳定状态，除非有外部触发。在这种模式下，555的功能是作为一个 "一次性 "脉冲发生器。单稳态的最佳应用是在系统中引入一个时间延迟。

其应用包括很多方面，如定时器、缺失脉冲检测，也包括无跳动开关、触摸开关以及分频器、电容测量和脉宽调制（PWM）等等。

双稳态模式

在双稳态模式下，集成电路555作为一个触发器，因为它有两个稳定的状态。它可以用来存储1位的数据。它不是一个实现触发器的好选择。

555定时器的引脚配置

555定时器有8个引脚的金属罐包装，8个引脚的迷你双列直插包装（DIP）和14个引脚的DIP。14引脚的DIP是IC 556，由两个555定时器组成。

8引脚DIP是最常用的。两种8引脚封装的555定时器的引脚图如下所示。

所有引脚的名称和编号以及它们的说明都列在下面。

引脚1 - 接地(GND)

地面参考电压（低电平0V）。所有的电压都是相对于这个端子测量的。

引脚2 - 触发端

它负责触发器的SET和RESET转换。外部触发脉冲的振幅将影响定时器的输出。当触发引脚的输入低于控制电压的一半（即VCC的1/3）时，输出为高电平，计时间隔开始。

引脚3 - 输出端

在这个引脚上有输出驱动波形。它被驱动到低于VCC的1.7V。有两种类型的负载可以连接到该输出端。一种是常关负载，它连接在引脚3和1（GND）之间，另一种是常开负载，它连接在引脚3和8（VCC）之间。

第4针 - 复位终端

在这个引脚上的一个负脉冲将禁用或重置定时器。只有当这个针脚上的电压高于0.7V时，定时器才会开始工作，因此在不使用时，它通常连接到VCC。

引脚5 - 控制电压

它控制阈值和触发水平，从而控制555的定时。输出脉冲的宽度是由控制电压决定的。输出电压可以通过施加在这个引脚上的外部电压进行调制。一般来说，在不使用时，它通过一个10μF的电容连接到地，以消除任何噪音。

引脚6 - 阈值终端

应用在这个端子上的电压与2/3 VCC的参考电压进行比较。当该端电压大于2/3 VCC时，触发器被RESET，输出从高电平下降到低电平。

引脚7 - 放电

它连接到内部NPN晶体管的集电极开路，使定时电容放电。当这个引脚的电压达到2/3 VCC时，输出从高到低切换。

第8针 - VCC或电源

在5V到18V的范围内的电源电压被施加到这个终端。

555定时器内部电路图

555定时器的内部框图如下所示。它由以下部分组成

两个比较器

一个SR触发器

两个晶体管

一个电阻网络

比较器是基本的运算放大器。比较器1，提供R输入，将阈值电压与2/3的VCC参考电压进行比较。

比较器2提供给触发器的S输入，将触发电压与1/3 VCC参考电压进行比较。

由三个电阻组成的电阻网络将作为一个分压电路。这些电阻的数值分别为5KΩ。这三个5K电阻是 "555集成电路 "名称的由来。

在两个晶体管中，一个晶体管是放电晶体管。这个晶体管的集电极开路被连接到集成电路的放电引脚（引脚7）。根据触发器的输出，这个晶体管要么进入饱和状态，要么切断。

当晶体管处于饱和状态时，它为外部连接的电容器提供了一个放电路径。另一个晶体管的基极连接到复位端（针脚4），它可以重置定时器，而不考虑其他输入。

555定时器工作

三个5KΩ的电阻形成一个分压网络。这个网络为两个比较器提供两个参考电压，2/3 VCC到上面比较器（比较器1）的反相端，1/3 VCC到下面比较器（比较器2）的非反相端。

上层比较器的反相端与控制输入相连。一般情况下，控制输入不被使用，而是连接到2/3 VCC。上层比较器的另一个输入是阈值，其输出连接到触发器的R输入。

当阈值电压大于2/3 VCC（即控制电压）时，则触发器被RESET，输出为LOW。这将使放电晶体管导通（晶体管进入饱和状态），并为任何外部连接的电容器提供一个放电路径。

触发器输入被连接到下部比较器的反相端。当触发器输入小于参考电压（1/3 VCC）时，下部比较器的输出为高电平。

这被连接到触发器的S输入端，因此触发器被设置，输出为高电平，计时间隔开始。由于输出为高电平，放电晶体管被关闭，允许对外部连接的任何电容器充电。

因此，为了使输出为高电平，触发器输入应该暂时小于参考电压。当阈值电压大于2/3 VCC时，输出为低电平，这时触发器复位，从而使输出复位。

时间常数RC简介

在大多数操作中，满足时间要求是一项高度优先的任务。例如，在工业中，金属或材料的加热过程是有时间限制的。

因此，满足特定的时间要求可以通过定时器电路来实现。

一个基本的定时器电路如下所示。它由一个充电电路、一个比较器和一个输出单元组成。

充电电路由一个电阻和一个电容组成。当RC电路的串联组合被施加直流电压时，电容器充电到峰值的时间由电阻控制。

充电时间与电阻的值成正比。在RC电路中，电容器充电的速度由时间常数给出。

RC时间常数，一般称为Tau（用符号τ表示），是RC电路的时间常数，它是电容器通过电阻器充电所需的时间，大约为初始值和最终值之差的63.2％。

它也等于电容器放电到36.8%所需的时间。一个RC电路的时间常数等于R和C的乘积。

τ = RC

如前所述，当触发器输入低于1/3 VCC时，定时器的输出变为高电平，其保持高电平的时间由RC时间常数决定。

555定时器输出的脉冲宽度和频率是由RC时间常数决定的。

为定时器中的RC电路选择定时元件

一个555定时器可以提供从微秒到小时的延迟，这取决于充电电路中的R和C的值。因此，为电阻和电容选择适当的值是非常重要的。

当555定时器工作在Astable模式时，它需要一个由两个电阻和一个电容组成的RC电路。而在单稳态工作模式的情况下，RC电路由一个电阻和一个电容组成。

计时电容

选择大电容的电容器将是一个问题。这是因为具有大电容的电解质电容器往往有较宽的容限。因此，实际值和标示值可能有很大差异。

大电容的电解质电容器会有很高的漏电电流，在电容器充电时可能会影响计时精度。当选择大电容和低漏电流的电容器时，钽电容器是一个更好的选择。

最好避免使用额定工作电压高的电解质电容器，因为它们在比额定电压低10%的电压下工作时，工作效率不高。

因此，应选择工作电压大于555定时器VCC的电容器。

为了产生短的输出脉冲，电容小于100pF的定时电容器也可能造成问题。

对于这种低值的电容器，电路周围的杂散电容可能会影响定时电容器的电容。

定时电阻

当把555定时器作为一个可控的多频振荡器来操作时，定时电阻的值至少应该是1千欧姆。如果我们的想法是建立一个低功耗的电路，那么定时电阻的值最好高一些。

但选择电阻值较高的电阻有一个缺点，因为它们会导致计时不准确。为了尽量减少这些不准确，定时电阻的值不应该超过100万欧姆。

触发脉冲

555定时器的针脚2是一个触发输入。当触发输入低于参考电压，即1/3 VCC时，定时器的输出为高电平，定时间隔开始。

触发脉冲应该瞬间低于参考电压，持续时间很重要，因为它不应该比输出脉冲长。

触发脉冲一般通过一个狭窄的负向尖峰来识别。由一个电容和一个电阻组成的微分器电路将产生两个对称的尖峰，但要用一个二极管来消除正向尖峰。

脉冲的持续时间由微分器电路决定（即它取决于电容器和电阻）。

应用

自从70年代初引进555集成电路以来，它已经被研究人员和业余爱好者应用于许多电路和应用。555定时器的一些重要应用领域是：

• 脉冲发生器

• 时间延迟的产生

• 精确计时

• 顺序计时

• 脉冲宽度调制（PWM）

555定时器的典型应用可以通过操作模式加以区分。根据它的工作模式，即在稳态或单稳态模式下，555集成电路的一些应用是：

• 分频器

• 线性斜率发生器

• 缺少的脉冲检测器

• 脉冲位置调制

• 方波发生器

• 脉冲宽度调制

• 振荡器

• 音调突发发生器

• 速度警告装置

• 稳压的直流转换器

• 电压到频率转换器

• 低成本线路接收机

• 电缆测试仪