555计时器案例及输出

555定时器是一种常用的IC，设计用于通过增加外部RC网络来产生各种输出波形

我们已经看到，多谐振荡器和CMOS振荡器可以很容易地从分立元件产生弛张振荡器，用于产生基本的方波输出波形。但也有专用的IC专门设计用于精确生成所需的输出波形，只需添加一些额外的定时组件。

自IC早期以来一直存在的这种设备本身已经成为某种行业“标准”是555定时器振荡器，它通常被称为“555定时器”。

基本555定时器的名称源自三个内部连接的5kΩ电阻器，用于产生两个比较器参考电压。 555定时器IC是一种非常便宜，流行且有用的精密定时装置，可以作为产生单脉冲或长时间延迟的简单定时器，或者作为张弛振荡器产生一系列从50到50的不同占空比的稳定波形。 55％定时器芯片是一款非常坚固且稳定的8引脚器件，可作为非常精确的单稳态，双稳态或稳定多谐振荡器工作，可产生各种应用，如一次性或延迟定时器，脉冲发生，LED和灯闪烁，报警和音调生成，逻辑时钟，分频，电源和转换器等，事实上任何需要某种形式的时间控制的电路都是无穷无尽的。

基本形式的单个555定时器芯片是一个双极8引脚迷你双列直插封装（DIP）器件，由大约25个晶体管，2个二极管和大约16个电阻组成，用于形成两个比较器，一个触发器和高电流输出级，如下所示。除了555定时器外，还有NE556定时器振荡器，它将单个15引脚DIP封装中的两个555单独组合，以及单个555定时器的低功耗CMOS版本，例如使用MOSFET晶体管的7555和LMC555。 / p>

下面给出了表示555定时器内部电路的简化“框图”，并简要说明了每个连接引脚，以帮助更清楚地了解其工作原理。

555定时器框图

•引脚1. -接地，接地引脚将555定时器连接到负（0v）电源轨。

•引脚2. -触发，比较器1的负输入。当该电压降至1 / 3Vcc以下时，此引脚上的负脉冲“置位”内部触发器，导致输出从“低”切换“到”高“状态。

•引脚3. -输出，输出引脚可以驱动任何TTL电路，并且能够输出或在输出电压等于大约Vcc - 1.5V时吸收高达200mA的电流，因此小型扬声器，LED或电机可以直接连接到输出。

•引脚4. -复位，该引脚用于“复位”内部触发器，控制输出状态，引脚3.这是一个低电平有效输入，通常连接到一个逻辑“不用于防止任何不需要的输出重置的1“电平。

•引脚5. -控制电压，此引脚控制时序555通过覆盖分压器网络的2 / 3Vcc电平。通过向该引脚施加电压，输出信号的宽度可以独立于RC定时网络而变化。不使用时，它通过10nF电容接地，以消除任何噪声。

•引脚6. -阈值，比较器的正输入否2.当施加于其上的电压超过2 / 3Vcc时，该引脚用于复位触发器，导致输出从“高”状态切换到“低”状态。该引脚直接连接到RC定时电路。

•引脚7. -放电，放电引脚直接连接到内部集电极NPN晶体管，当引脚3的输出切换为“低电平”时，用于将定时电容“放电”到地。

•引脚8. -电源+ Vcc，这是电源引脚，对于通用TTL 555定时器介于4.5V和15V之间。

555定时器名称来自这样一个事实，即内部连接有三个5kΩ电阻，在引脚8的电源电压和引脚1的地之间产生一个分压网络。该串联电阻网络上的电压保持不变2 / 3Vcc时比较器2的负反相输入和1 / 3Vcc时比较器1的正反相输入。

两个比较器产生的输出电压取决于输入端的电压差，即取决于外部连接的 RC 网络的充电和放电动作。两个比较器的输出连接到触发器的两个输入端，而这两个输入端又根据其输入状态在 Q 处产生“高”或“低”电平输出。触发器的输出用于控制高电流输出开关级，以驱动连接的负载，在输出引脚上产生“高”或“低”电压电平。

最常见的用途通过在其端子上连接两个电阻器和一个电容器来产生固定脉冲序列，其时间周期由RC网络的时间常数确定，因此555定时器振荡器作为简单的非稳态振荡器。但555定时振荡器芯片也可以通过多种不同方式连接，以生产单稳态或双稳态多谐振荡器以及更常见的Astable多谐振荡器。

单稳态555定时器

555定时器单稳态的操作和输出与我们之前在Monostable Multivibrators教程中看到的晶体管的操作和输出完全相同。这次的不同之处在于两个晶体管已被555定时器器件取代。考虑下面的555定时器单稳态电路。

单稳态555定时器

当否定时（0V）脉冲施加到Monostable配置的555定时器振荡器的触发输入（引脚2），内部比较器（比较器No1）检测到此输入并“设置”触发器的状态，从而改变输出“低”状态为“高”状态。该动作又将连接到引脚7的放电晶体管“关闭”，从而消除外部定时电容器的短路， C1 。

此动作允许定时电容器开始通过电阻充电， R1 直到电容两端的电压达到内部分压网络设置的2 / 3Vcc的阈值（引脚6）电压。此时，比较器输出变为“高”并将触发器“复位”回其原始状态，而原始状态又使晶体管“导通”，并通过引脚7将电容器放电至地。这导致输出改变其状态返回到原始稳定的“低”值，等待另一个触发脉冲再次开始定时过程。然后和之前一样，Monostable Multivibrator只有“ONE”稳定状态。

单稳态555定时器电路触发施加到引脚2的负向脉冲，此触发脉冲必须比输出脉冲宽度短得多，允许定时电容充电然后完全放电。触发后，555 Monostable将保持此“高”不稳定输出状态，直到 R 1 x C 1 设置的时间段为止网络已经过去了。输出电压保持“高”或逻辑“1”电平的时间由以下时间常数公式给出。

其中， t 以秒为单位， R 以Ω为单位， C 以法拉为单位。

555定时器示例No1

需要单稳态555定时器才能在电路中产生时间延迟。如果使用10uF定时电容，计算产生最小输出时间延迟500ms所需的电阻值。

500ms与0.5s相同所以通过重新排列上面的公式，我们得到了计算出的电阻值 R 为：

计算出的值因此，产生所需时间常数500ms所需的定时电阻45.5KΩ。但是，45.5KΩ的电阻值不作为标准值电阻存在，因此我们需要选择最接近的47kΩ的首选电阻值。从E12（10％）到E96（1％）的标准公差范围，给我们一个新的重新计算时间延迟517ms。

如果这个时差为17ms（500 - 517ms）是不可接受的在一个单个定时电阻器中，两个不同值的电阻器可以串联连接在一起，以将脉冲宽度调整到精确的期望值，或者选择不同的定时电容器值。

我们现在知道单稳态555定时器的时间延迟或输出脉冲宽度由连接的 RC 网络的时间常数决定。如果在10秒内需要长时间延迟，则并不总是建议使用高值定时电容，因为它们可能体积大，价格昂贵且具有较大的值容差，例如±20％。

一种替代解决方案是使用小值定时电容器和高达约20MΩ的大得多的电阻器来产生所需的时间延迟。此外，通过使用一个较小值的定时电容和通过多位旋转开关连接的不同电阻值，我们可以生成Monostable 555定时器振荡器电路，可在每次开关旋转时产生不同的脉冲宽度，例如可切换的Monostable 555定时器电路如下所示。

可切换的555定时器

我们可以手动计算出的值 R 和 C 表示我们在上面的示例中所需的各个组件。然而，获得所需时间延迟所需的元件选择要求我们用千欧姆（KΩ），兆欧姆（MΩ），微法拉（μF）或皮卡法拉（pF）计算，并且很容易以时间延迟结束我们可以通过使用一种称为“Nomograph”的图表来帮助我们找到单稳态多谐振荡器的预期频率，从而使我们的生活变得更加容易一个十倍甚至一百倍。

输出 R 和 C 的不同组合或值。例如，

Monostable Nomograph

因此，选择合适的值C 和 R 分别在0.001uF到100uF和1kΩ到10MΩ的范围内，我们可以直接从诺模图中读取预期的输出频率，从而消除计算中的任何误差。实际上，单稳态555定时器的定时电阻值不应小于1kΩ或大于20MΩ。

双稳态555定时器

同样作为上面的单击555 Monostable配置，我们还可以生成双稳态（两个稳定状态）器件，其中555双稳态的操作和输出类似于晶体管的一个我们先前在Bistable Multivibrators教程中看到。

555 Bistable是我们使用555定时器振荡器芯片构建的最简单的电路之一。这种双稳态配置不使用任何 RC 时序网络来产生输出波形，因此不需要公式来计算电路的时间周期。考虑下面的双稳态555定时器电路。

双稳态555定时器（触发器）

通过控制555定时器的触发和复位输入来实现输出波形的切换，这些输入通过两个上拉电阻 R1 和 R2 。通过将触发输入（引脚2）设置为“低”，切换到设置位置，将输出状态更改为“高”状态，并通过将复位输入（引脚4）设置为“低”，切换到复位位置，更改输出进入“低”状态。

这个555定时器电路将无限期地保持在任一状态，因此是双稳态的。然后双稳态555定时器在两种状态下都是稳定的，“高”和“低”。阈值输入（引脚6）接地，以确保它不能像在正常时序应用中那样复位双稳态电路。

555定时器输出

我们无法完成这个555定时器教程没有讨论555定时器或双556定时器IC的开关和驱动能力。

输出（引脚） 3）标准555定时器或556定时器，能够“吸收”或“吸收”最大200mA的负载电流，足以直接驱动输出传感器，如继电器，白炽灯， LED的电机或扬声器等，借助串联电阻或二极管保护。

555定时器对“吸收”（吸收）和“源”（电源）电流的这种能力意味着输出器件可以连接在555定时器的输出端和电源之间以吸收负载电流，或者连接在输出端和地之间以提供负载电流。例如。

下沉和采购555定时器输出

在上面的第一个电路中，LED连接在正电源轨（+ Vcc）和输出引脚3之间。这意味着电流将“吸收”（吸收）或流动进入555定时器输出端子，当输出为“低”时，LED将为“ON”。

上面的第二个电路显示LED连接在输出引脚3和地（0v）之间。这意味着电流将“源”（电源）或流出555定时器输出端子，当输出为“高电平”时，LED将为“ON”。

555定时器的能力为了吸收和输出其输出负载电流意味着两个LED可以同时连接到输出端子，但是根据输出状态是“高”还是“低”，只有一个将被切换为“接通”。左边的电路显示了这个例子。根据输出，两个LED将交替切换为“ON”和“OFF”。电阻 R 用于将LED电流限制在20mA以下。

我们之前说过，通过引脚3吸收或提供负载电流的最大输出电流约为200mA在最大电源电压下，这个值足以驱动或切换其他逻辑IC，LED或小灯等。但是，如果我们想切换或控制更高功率的设备，如电机，电磁铁，继电器或扬声器，该怎么办？然后我们需要使用晶体管放大555定时器输出，以提供足够高的功率来驱动负载。

555定时器晶体管驱动器

如果负载电流很高，上面两个例子中的晶体管可以用功率MOSFET器件或达林顿晶体管代替。当使用电动负载（例如电动机，继电器或电磁铁）时，建议将续流（或飞轮）二极管直接连接在负载端子上，以吸收电感装置在状态改变时产生的任何反电动势电压。

到目前为止，我们已经考虑使用555定时器来生成单稳态和双稳态输出脉冲。在下一篇关于波形生成的教程中，我们将介绍如何在非稳态的多谐振荡器配置中连接555。在非稳态模式下使用时，可以精确控制输出波形的频率和占空比，以生成非常通用的波形发生器。