555定时器IC——工作原理、框图、电路原理图

在本教程中，我们将了解 555 定时器的工作原理，它是有史以来最流行和广泛使用的 IC 之一。您可以观看以下视频或阅读下面的书面教程。

概览

555 Timer 由 Hans Camenzind 于 1971 年设计，可以在许多电子设备中找到，从玩具和厨房用具到甚至是航天器。它是一种高度稳定的集成电路，可以产生精确的时间延迟和振荡。 555定时器具有双稳态、单稳态和非稳态三种工作模式。

工作原理、内部原理图和框图

让我们仔细看看 555 Timer 内部有什么，并解释它在三种模式下的工作原理。这是555定时器的内部原理图，它由25个晶体管、2个二极管和15个电阻组成。

用框图表示，它由 2 个比较器、一个触发器、一个分压器、一个放电晶体管和一个输出级组成。

分压器由三个相同的 5k 电阻组成，它们在提供电压的 1/3 和 2/3 处产生两个参考电压，范围为 5 至 15V。

接下来是两个比较器。比较器是一种电路元件，用于比较其正（非反相）和负（反相）输入端的两个模拟输入电压。如果正端输入电压高于负端输入电压，比较器输出1。反之，如果负输入端电压高于正端电压，比较器输出0 .

第一个比较器负输入端连接到分压器的 2/3 参考电压和外部“控制”引脚，而正输入端连接到外部“阈值”引脚。

另一方面，比较器的第二个负输入端连接到“触发”引脚，而正输入端连接到分压器的1/3参考电压。

因此，使用触发器、阈值和控制三个引脚，我们可以控制两个比较器的输出，然后将它们馈送到触发器的 R 和 S 输入。当 R 为 0 且 S 为 1 时，触发器将输出 1，反之亦然，当 R 为 1 且 S 为 0 时，触发器将输出 0。此外，触发器可以通过称为“Reset”的外部引脚复位，该引脚可以覆盖两个输入，从而随时重置整个定时器。

触发器的 Q-bar 输出进入输出级或输出驱动器，它们可以为负载提供或吸收 200mA 的电流。触发器的输出还连接到将“放电”引脚接地的晶体管。

555 定时器 - 双稳态模式

现在让我们举一个 555 定时器在双稳态模式下运行的例子。为此，我们需要两个外部电阻器和两个按钮。

IC 的 Trigger 和 Reset 引脚通过两个电阻连接到 VCC，这样它们总是高电平。两个按钮连接在这些引脚和地之间，因此如果我们按住它们，输入状态将为低。

最初，两个比较器输出为0，因此触发器输出以及555定时器的输出为0。

如果我们按下触发器按钮，触发器输入的状态将变为低电平，因此比较器将输出高电平，这将使翻转 Q-bar 输出变为低电平。输出级会将其反转，555 定时器的最终输出将为高电平。

即使没有按下触发按钮，输出也将保持高电平，因为在这种情况下，触发器输入 R 和 S 将为 0，这意味着触发器不会改变先前的状态。为了使输出低，我们需要按下复位按钮，复位触发器和整个 IC。

相关教程：什么是施密特触发器 |它是如何工作的

555 定时器 - 单稳态模式

接下来，让我们看看 555 Timer 在单稳态模式下是如何工作的。这是一个示例电路。

触发输入通过一个电阻连接到 VCC 来保持高电平。这意味着触发比较器将向触发器的 S 输入输出 0。另一方面，阈值引脚为低电平，这也使阈值比较器输出为 0。阈值引脚实际上是低电平，因为触发器的 Q-bar 输出为高电平，这使放电晶体管保持活动状态，因此来自源极的电压会通过该晶体管接地。

为了将 555 定时器输出状态更改为高电平，我们需要按下触发引脚上的按钮。这将使触发引脚接地，或者输入状态将为 0，因此比较器将输出 1 到触发器的 S 输入。这将导致 Q-bar 输出变低，而 555 定时器输出变高。同时，我们可以注意到放电晶体管被关闭，所以现在电容C1将通过电阻R1开始充电。

555 定时器将保持此状态，直到电容器两端的电压达到所提供电压的 2/3。在这种情况下，阈值输入电压会更高，比较器将向触发器的 R 输入输出 1。这将使电路进入初始状态。 Q-bar 输出将变为高电平，这将激活放电晶体管并再次使 IC 输出为低电平。

所以我们可以注意到 555 定时器的输出为高电平的时间量取决于电容器需要多长时间充电到所提供电压的 2/3，这取决于电容器 C1 和电阻R1。我们其实可以用下面的公式来计算这个时间，T=1.1*C1*R1。

555 定时器 - 不稳定模式

接下来，让我们看看 555 Timer 在非稳态模式下是如何工作的。在这种模式下，IC 成为振荡器或也称为自由运行多谐振荡器。它没有一个稳定的状态，并且在不应用任何外部触发的情况下不断地在高低之间切换。这是 555 定时器在非稳态模式下工作的示例电路。

我们只需要两个电阻和一个电容。触发和阈值引脚相互连接，因此不需要外部触发脉冲。最初，电压源将通过电阻器 R1 和 R2 开始为电容器充电。充电时触发比较器将输出 1，因为触发引脚的输入电压仍低于所提供电压的 1/3。这意味着 Q-bar 输出为 0，放电晶体管关闭。此时555定时器的输出为High。

一旦电容器两端的电压达到所提供电压的 1/3，触发比较器将输出 0，但此时不会发生任何变化，因为触发器的 R 和 S 输入均为 0。所以两端的电压电容将持续上升，一旦达到所提供电压的 2/3，阈值比较器将向触发器的 R 输入输出 1。这将激活放电晶体管，现在电容器将开始通过电阻器 R2 和放电晶体管放电。此时555定时器的输出为Low。

放电时，电容两端的电压开始下降，阈值比较器立即开始输出 0，实际上没有任何变化，因为现在触发器的 R 和 S 输入都为 0。但是一旦电压电容器两端的电压下降到所提供电压的 1/3，触发比较器将输出 1。这将关闭放电晶体管，电容器将再次开始充电。所以这个在供电电压的 2/3 到 1/3 之间的充电和放电过程将继续自己运行，从而在 555 定时器输出上产生一个方波。

我们可以使用显示的公式计算输出为高和低的时间。高电平时间取决于 R1 和 R2 的电阻以及电容器的电容。另一方面，低电平时间仅取决于 R2 的电阻和电容器的电容。如果我们将高低时间相加，我们将得到一个周期的周期。另一方面，频率是在一秒钟内发生多少次，因此周期内的一个将使用方波输出的频率。

如果我们对这个电路进行一些修改，例如，用可变电阻或电位器改变R2电阻，我们可以立即控制方波的频率和占空比。但是，在我的下一个视频中，我们将使用 555 定时器制作一个 PWM 直流电机速度控制器。

我希望你喜欢这个教程并学到了一些新东西。欢迎在下方评论区提出任何问题。