555定时器内部框图、工作原理和工作模式

555定时振荡器也就是通常所说的 555定时器 。 555定时器的用途非常广泛，可以 生成各种类型的脉冲 、 创建时间延迟 ，也可以用于 脉冲宽度调制(PWM) ，555定时器最常见的用途是为电路产生时钟信号。

大家都普遍认为555定时器这个名字是因为有3个5KkΩ电阻，但实际上555定时器的发明者Hans Camenzind在有一次采访中说：这名字是他的一位同事随意取的。 这是不是和我们以为的不一样。

下面来简单介绍一下555定时器。

一、555定时器内部框图

下面显示了 555定时器的基本框图和引出线 。 555定时器通常采用 8引脚DIP封装 。 555由 2个比较器 、 分压电路 、 触发器 、放电三极管和输出电路组成。

555定时器的基本框图

1、第一部分：分压电路

框图的第一部分的 分压电路 ，分压器由3个 5k 电阻组成。 由于这3个电阻具有相同的值，因此在这3个电阻之间分配相等的电压，电阻两端的电压作为比较器的参考电压。

2、第二部分：比较器

第二部分是 比较器 ，比较器是运算放大器的一种。 比较器主要是比较输入端的电压，根据反相输入或同相输入端的较高电压输出高电压或者低电压。

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1)上面的比较器( 阈值比较器 )的输入是连接到非反相输入(+)的阈值引脚，2/3Ucc的参考电压连接到比较器的反相输入 (-)。 另一个外部引脚“控制电压”连接到该比较器的反相输入(-)，这样就可以覆盖2/3Ucc的参考电压，还可以改变输出信号的宽度。

2)对于下面的比较器( 触发比较器 )1/3 Ucc参考电压提供给非反相输入 (+)，触发引脚连接到比较器的反相输入 (-)。

比较器的输出作为触发器的输入。 SR触发器是一种存储元件，可以根据两个输入SEF和RESET或者S和R分别存储和输出逻辑“0”或者逻辑“1”。 触发器的输出是 Q 和 Q BAR ，其中 Q 和 Q BAR互为补集。

触发器的输出供给输出驱动电路进而提高电流水平，最后传递到IC的外部输出引脚。

二、555定时器的工作原理

1、分压器和比较器电路的第一部分

555定时器的第一部分

555定时器的行为由3个输入引脚控制： 阈值 、触发器和 控制电压 。

当阈值引脚上的电压增加到 2/3 U cc参考电压以上时，在输出“A”处得到逻辑“1”。 否则，输出“A”为逻辑“0”。

阈值和触发比较器

当触发引脚上的电压小于1/3Ucc参考电压时，在输出“B”处得到逻辑“1”。 否则，得到逻辑“0”。

2、第二部分：SR触发器和输出驱动电路。

触发器有两个输入：标记位“A”的阈值比较器的输出连接到R，标记为“B”的触发器的输出连接到S。

SR触发器和输出驱动电路

下图为基本SR触发器的真值表。 当SET或S输入为逻辑“1”时，设置触发器 输出逻辑“1”， 当RESET引脚为逻辑“1”时，触发器输 出逻辑“1” 。 当S和均为逻辑“0”时，触发器存储先前的值或充当 存储元件 。 当两者均为逻辑“1”时，进入触发器的 无效操作状态 。

SR触发器的真值表

下面对只有一个输入是逻辑“1”而另一个是逻辑“0”的情况进行分析。 下图表示比较器A和B的输出如何影响触发器的输出。 但是这里有一个点需要注意，从QBAR而不是 Q获取触发器的输出。

触发器

触发器的输出取决于输入。

该触发器的输出被传递到输出驱动电路，该电路提高电流水平以驱动高达200mA的负载，这样就可以将负载直接连接到IC的输出因家贫。

这里也有一个需要注意的关键点，输出驱动电路是一个反相电路，反转 Q BAR的逻辑。

所以最后我们得到与触发器的Q输出相同的逻辑，这就是为上面触发器的输出取自 Q BAR而不是 Q 。

触发的输出连接到放电晶体管的基极，该晶体管用于“放电”任何外部连接的电容。

三、555定时器的工作模式

55定时器有3种工作模式： 单稳态 、双稳态和 非稳态 。 电容和电阻的各种组合连接到555定时器的输入引脚，这样就可以在3种模式之间切换。 这样的话，如果使用555定时器创建不同的应用程序，只需要重新排列外部连接的组件。

1、单稳态

单稳态也称为“一次性”模式， 触发时，定时仅产生一个输出脉冲并返回到稳定状态 ，用途包括 时间延迟生成 ， 触摸开关 、脉冲宽度调制等等。

单稳态模式原理图

2、双稳态

在这种模式下， 定时器充当触发器 ，因为有2种稳定模式，所以 可以使用定时器存储1位数据 ，但是这不是存储数据的首选方法。

双稳态模式原理图

3、不稳定

在这种模式下， 555充当电子振荡器 。 输出根据配置的周期从逻辑高电平连接切换到逻辑低电平 。 此模式用于 脉冲生成 、 逻辑时钟生成 、 LED和闪光灯 。

不稳定模式原理图

定时器的不同工作模式允许广泛的应用，之后会单独介绍每个定时器的内部工作原理。

审核编辑：汤梓红