面包芯语

555定时器芯片内部电路分析

原创 电路啊 2024-12-15 10:48
针对AI服务器方案的模拟与数模混合产品布局 工程师必看！一键掌控复杂射频环境的秘密武器

555定时器芯片由于使用方便灵活，应用非常广泛。常用在波形的产生与变化、测量与控制等许多领域。
家用电器、电子玩具中都很常见，是非常经典的一款芯片。
究竟有多经典，甚至可以出它的手办模型。

由于广受市场欢迎，许多芯片公司都各自推出了555定时器芯片。
尽管产品型号繁多，芯片内部电路的实现不尽相同，但他们最终实现的功能和外部引脚的排列完全相同。
网上有很多555定时器做的应用电路，但是讲解都非常粗陋简略，可读性很差，比如这样的文章：

下面就以其中一款555定时器芯片为例，分析芯片的内部电路，讲解其工作原理。
只要了解了芯片的工作原理，看各种芯片的应用电路时就会得心应手。
 -------------------
目录：
一、芯片引脚定义
二、芯片内部结构
三、等效图组成说明
四、等效图各功能区分析：分压电路 + 电压比较器
五、等效图各功能区分析：RS触发器
六、等效图各功能区分析：电压比较器 + RS触发器
七、等效图各功能区分析：555定时器芯片的PIN5（第5脚）
八、等效图各功能区分析：555定时器芯片的PIN3（第3脚）
九、等效图各功能区分析：555定时器芯片的PIN4（第4脚）、PIN7（第7脚）
十、最后
 ------------------- 

一、芯片引脚定义
555定时器有8个脚，各脚定义如下。

各脚的详细定义见下表。（英文名称均为缩写）

 
二、芯片内部结构
打开555定时器的数据手册，可以看到芯片的内部电路。

 用不同颜色划分一下电路的功能区块。

包括：
  1. Threshold Comparator(门限比较器，就是个电压比较器)
  2. Trigger Comparator(触发比较器，就是个电压比较器)
  3. Voltage Divider(分压电路)
  4. Flip-Flop(触发器，这里也叫RS触发器、复位/置位触发器、SR锁存器)
  5. Output(输出电路)
  6. Discharge(放电电路)
看起来有点复杂，等效简化为下图后就一目了然啦。

 
三、等效图组成说明
C1和C2就是两个电压比较器，即上文提到过的Threshold Comparator(门限比较器)和Trigger Comparator(触发比较器)。

 Flip-Flop(触发器)，这里又叫RS触发器。

输出脚有个反相器。能将输入的低电平反相为高电平输出，同样能将输入的高电平反相为低电平输出。（高电平可以简单理解为电压接近电源电压Vcc，低电平可以简单理解为电压接近0）

Reset(复位)和Discharge(放电)：
PIN4为输入引脚，为低电平时整个芯片处于复位状态，芯片不可用。
PIN7是放电引脚，用来给外部电路放电。

Voltage Divider(分压电路)。


四、等效图各功能区分析：分压电路 + 电压比较器
3个5kΩ电阻将Vcc电压三等分。
2/3Vcc输入到电压比较器C1的反向输入端。
1/3Vcc输入到电压比较器C2的正向输入端。

Vcc电压的范围，需要查看芯片的数据手册，这里的数据手册标示为5V到15V。

假设Vcc为9V时，2/3Vcc = 6V，1/3Vcc = 3V。

对于电压比较器来说，当"正向输入端的V1" > "反向输入端的V2”时，输出Vout = High高电平。

当"正向输入端的V1" < "反向输入端的V2”时，输出Vout = Low低电平。

所以当555定时器第6脚为7V时，电压比较器C1的"同相输入端(7V)" > "反向输入端(6V)"，电压比较器C1输出HIGH高电平。

当555定时器第6脚为0V时，电压比较器C1的"同相输入端(0V)" < "反向输入端(6V)"，电压比较器C1输出LOW低电平。


五、等效图各功能区分析：RS触发器
电压比较器C1、C2将电压比较的结果输出给RS触发器。

RS触发器有两个输入脚，分别为R和S：
R代表Reset（复位）;
S代表Set（置位）。
RS触发器两个输出脚，分别为Q和非Q（“非Q”的符号是在Q的上面有一个横杠）：Q和非Q的电平，在一般情况下互为相反，即Q为高电平，那么非Q为低电平。

其内部是由两个“或非门”组成。

在下面我们将看到在RS触发器定义里的三个特性。
特性1：S、R为高电平有效。即S为高电平，就会把Q置位为1；R为高电平，就会把Q复位为0。
特性2：S、R同时为低电平时，Q和非Q将保持原来的状态不变。
特性3：S和R不能同时为高电平。这是RS触发器的定义规定的，但实际在555定时器的应用里，是可能出现其内部RS触发器的S和R同时为高电平的这种情况，稍后将展开讨论。
来看RS触发器的输入输出关系：
1、当S、R分别输入为HIGH、LOW时，Q被置位为HIGH，与之对应非Q为LOW。（特性1）

2、此时将S、R分别改为输入LOW、LOW时，Q、非Q将保持原来的状态，即仍为HIGH、LOW。（特性2）

3、当S、R分别输入为LOW、HIGH时，Q被复位为LOW，与之对应非Q为HIGH。（特性1）

4、此时将S、R分别改为输入LOW、LOW时，Q、非Q将保持原来的状态，即仍为LOW、HIGH。（特性2）

5、当S、R分别输入为HIGH、HIGH时，Q和非Q均为LOW。（见特性3，此为RS触发器定义里禁止出现的状态，可以看出此时Q和非Q的状态也不是相反的了，变成了相同的LOW）

为什么在RS触发器的定义里，要禁止出现这种状态呢？因为S、R同时为HIGH时，后续如果S、R是都变成LOW，那么由于S、R在都变成LOW的过程中，时间先后上总有细微的误差，S、R可能先变成LOW、HIGH，也可能先变成HIGH、LOW，这导致Q和非Q的状态不能确定。
当S比R先变成LOW时，最终Q和非Q分别为LOW、HIGH：

当R比S先变成LOW时，最终Q和非Q分别为HIGH、LOW：

所以在分析555定时器内部电路时，要谨记RS触发器的S、R为HIGH、HIGH时，避免下一步就变为LOW、LOW。
另外，由于555定时器里面只使用了非Q，没有使用Q，所以我们只看非Q就好了。


六、等效图各功能区分析：电压比较器 + RS触发器
1、PIN6、PIN2分别输入0V、0V时：

①、电压比较器C1比较两个输入端的电压，最后输出Low到RS触发器的R端。
②、电压比较器C2比较两个输入端的电压，最后输出High到RS触发器的S端。
③、R、S分别为Low、High，RS触发器最终在非Q端输出Low。
2、PIN6、PIN2分别输入0V、9V时：

①、电压比较器C1比较两个输入端的电压，最后输出Low到RS触发器的R端。
②、电压比较器C2比较两个输入端的电压，最后输出Low到RS触发器的S端。
③、R、S分别为Low、Low，RS触发器最终在非Q端输出Low，即保持原来的状态。
3、PIN6、PIN2分别输入9V、9V时：

①、电压比较器C1比较两个输入端的电压，最后输出High到RS触发器的R端。
②、电压比较器C2比较两个输入端的电压，最后输出Low到RS触发器的S端。
③、R、S分别为High、Low，RS触发器最终在非Q端输出High。
4、PIN6、PIN2分别输入9V、0V时：

①、电压比较器C1比较两个输入端的电压，最后输出High到RS触发器的R端。
②、电压比较器C2比较两个输入端的电压，最后输出High到RS触发器的S端。
③、R、S分别为High、High，RS触发器最终在非Q端输出Low。（如前所述，这里要注意避免R、S在下一步是变为LOW、LOW）
 
七、等效图各功能区分析：555定时器芯片的PIN5（第5脚）
555定时器的PIN5是控制阈值电压脚。
PIN5接到电压比较器C1的反向输入端，可以让人直接控制电压比较器C1的阈值电压。


八、等效图各功能区分析：555定时器芯片的PIN3（第3脚）
555定时器的PIN3是芯片的输出脚。
PIN3和RS触发器的非Q之间有1个反相器。
当非Q输出HIGH时，PIN3输出LOW，两者为反相关系。


九、等效图各功能区分析：555定时器芯片的PIN4（第4脚）、PIN7（第7脚）
555定时器的PIN4是芯片的复位脚。当PIN4被接到低电平时，整个555定时器芯片被复位，PIN3将输出LOW。（图中三极管Q2的发射限流电阻未画出）
555定时器的PIN7是芯片的放电引脚。对外放电时，内部三极管Q1导通。（图中三极管Q1的基极限流电阻未画出）


十、最后
555定时器芯片的输入输出特性功能表总结如下，分为5种状态，后续在分析555定时器的应用电路时可借助该表进行分析：

注：在“状态5”时，下一步不能变成“状态3”，否则将导致输出结果不能确定。
至此，555定时器芯片内部电路的分析到此完毕，是不是感觉有点意犹未尽？
那是因为本文仅仅对芯片内部的电路做了分析，没有对芯片的应用电路做实例分析。所谓的空有内功心法，但是没有练过一招一式。
后续看到各种不同厂家生产的555定时器芯片所做成的应用电路时，可以参考本文讲解的芯片工作原理，多看多分析，积累越来越多的招式。
本文有点长，建议收藏，随时查阅。

登录阅读全文
免责声明： 该内容由专栏作者授权发布或作者转载，目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点，本站亦不保证或承诺内容真实性等。若内容或图片侵犯您的权益，请及时联系本站删除。侵权投诉联系：  nick.zong@aspencore.com！
电路啊 深入浅出讲解各种电子电路
评论 （0）
  • 艾迈斯欧司朗×福尔达：定义座舱照明新范式
    全球领先的光学解决方案供应商艾迈斯欧司朗（SIX：AMS）近日宣布，凭借AS1163独立智能驱动器（SAID）成为中国领先的智能集成系统产品汽车制造商宁波福尔达智能科技股份有限公司（“福尔达”）环境动态照明应用的关键供应商。此次合作标志着汽车技术发展的一个重要时刻，充分展现了AS1163在优化动态照明应用系统成本方面的多功能性和先进性能。该产品支持传感器集成，拥有专为车顶照明设计的超薄外形，并能提升车内照明系统的性能。AS1163是一款先进的智能LED驱动器，能够与开放系统协议（OSP）网络无缝
    艾迈斯欧司朗 2025-03-20 14:26 42浏览
  • 升级换代的家电产品是如何实现智能控制的呢？
    家电“以旧换新”政策的覆盖范围已从传统的八大类家电（冰箱、洗衣机、电视、空调、电脑、热水器、家用灶具、吸油烟机）扩展至各地根据本地特色和需求定制的“8+N”新品类。这一政策的补贴再叠加各大电商平台的优惠，家电销售规模显著增长，消费潜力得到进一步释放。晶尊微方案为升级换代的智能家电提供了高效且稳定的触摸感应和水位检测功能，使得操作更加便捷和可靠！主要体现在：水位检测1健康家电：养生壶、温奶器、加湿器的缺水保护安全2清洁电器：洗地机、扫地机器人的低液位和溢液提醒3宠物家电：宠物饮水机的缺水提醒/满水
    ICMAN 2025-03-20 15:23 62浏览
  • AEB自动急刹误触发问题如何避免？
    为有效降低人为疏失导致交通事故发生的发生率，各大汽车制造厂及系统厂近年来持续开发「先进驾驶辅助系统」ADAS, Advanced Driver Assistance Systems。在众多车辆安全辅助系统之中，「紧急刹车辅助系统」功能(AEB, Autonomous Emergency Braking)对于行车安全性的提升便有着相当大的帮助。AEB透过镜头影像模块与毫米波雷达感测前方目标，可在发生碰撞前警示或自动刹车以降低车辆损伤以及乘员伤害。面临的挑战以本次分享的客户个案为例，该车厂客户预计在
    百佳泰测试实验室 2025-03-20 15:07 52浏览
  • 朋友想用RK3506核心板自研一款嵌入式工业网关，分享一下我的设计思路
    本文内容来自微信公众号【工程师进阶笔记】，以工程师的第一视角分析了飞凌嵌入式OK3506J-S开发板的产品优势，感谢原作者温老师的专业分享。前两周，有一位老朋友联系我，他想找人开发一款数据采集器，用来采集工业现场的设备数据，并且可以根据不同的业务场景，通过不同的接口把这些数据分发出去。我把他提的需求总结了一下，这款产品方案大概有以下功能接口，妥妥地一款工业网关，在网上也能找到很多类似的产品方案，为啥他不直接买来用？再跟朋友深入地聊了一下，他之所以联系我，是因为看到我在公众号介绍过一款由飞凌嵌入式
    飞凌嵌入式 2025-03-20 11:51 69浏览
  • 优思学院｜精益六西格玛实施难？破解3大障碍的关键策略！
    如同任何对我们工作方式的改变，新的工作方式必然会遇到许多必须面对的挑战。如果不解决组织在实施精益六西格玛过程中面临的障碍以及如何克服它们的问题，那么关于精益六西格玛的讨论就不算完整。以下列举了组织在成功实施精益六西格玛时常见的几个障碍，以及克服它们的方法：1）对精益六西格玛方法论缺乏理解。抵触情绪通常源于对精益六西格玛方法论的不了解，以及不相信它能真正发挥作用。这种情况在所有层级的人员中都会出现，包括管理层。虽然教育培训可以帮助改善这一问题，但成功的项目往往是打消疑虑的最佳方式。归根结底，这是一
    优思学院 2025-03-20 12:35 60浏览
  • 服务器高速缆线大解密！如何实现全数质量验证？
    PCIe 5.0应用环境逐步成形，潜在风险却蠢蠢欲动？随着人工智能、云端运算蓬勃发展，系统对于高速数据传输的需求不断上升，PCI Express(PCIe)成为服务器应用最广的传输技术，尤其在高效能运算HPC(High Performance Computing)及AI服务器几乎皆导入了最新的PCIe 5.0规格，使得数据传输的双向吞吐量达到了128GB/s，让这两类的服务器能够发挥最大的效能。不过随着PCIe 5.0的频率达到16GHz，PCB板因为高频而导致讯号衰减加剧的特性，使得厂商面临很
    百佳泰测试实验室 2025-03-20 13:47 51浏览
  • 飞凌嵌入式携手瑞芯微成为2025年全国大学生嵌入式大赛命题企业
    近日，保定飞凌嵌入式技术有限公司（以下简称“飞凌嵌入式”）携手瑞芯微电子股份有限公司（以下简称“瑞芯微”）正式加入2025年全国大学生嵌入式芯片与系统设计竞赛（以下简称“嵌入式大赛”），并在应用赛道中设立专属赛题。本次嵌入式大赛，双方选用基于瑞芯微RK3588芯片设计的ELF 2开发板作为参赛平台，旨在通过此次合作，促进产教融合，共同推动嵌入式系统创新人才的培养。全国大学生嵌入式芯片与系统设计竞赛是一项A类电子设计竞赛，同时也是被教育部列入白名单的赛事，由中国电子学会主办，是学生保研、求职的公认
    飞凌嵌入式 2025-03-20 11:53 45浏览
  • AI服务器电源模块：光颉高精密薄膜电阻0.01%精度如何提升能效？
    贞光科技代理的品牌-光颉科技高精密薄膜电阻凭借0.01%的超高精度，在AI服务器电源模块中实现了精确电压分配、优化功率因数和减少热损耗，显著提升系统能效和可靠性。在当今的数字时代，人工智能（AI）服务器已成为数据中心的核心。随着AI应用的激增，服务器的性能和能效需求也在不断提高。电源模块作为服务器的关键组件，其性能直接影响整个系统的效率和可靠性。本文将探讨光颉科技高精密薄膜电阻，特别是其0.01%的精度，如何在AI服务器电源模块中提升能效。电源模块在AI服务器中的重要性电源模块负责将输入电源转换
    贞光科技 2025-03-20 16:55 60浏览
  • 可穿戴设备里的"四两拨千斤"！光学设计竟能这样玩？
    流感季急诊室外彻夜排起的长队，手机屏幕里不断闪烁的重症数据，深夜此起彼伏的剧烈咳嗽声——当病毒以更狡猾的姿态席卷全球，守护健康的战争早已从医院前移到每个人的身上。在医学界公认的「72小时黄金预警期」里，可穿戴设备闪烁的光芒正穿透皮肤组织，持续捕捉血氧浓度、心率变异性和体温波动数据。这不是科幻电影的末日警报，而是光电传感器发出的生命预警，当体温监测精度精确到±0.0℃，当动态血氧检测突破运动伪影干扰……科技正在重新定义健康监护的时空边界。从智能手表到耳机，再到智能戒指和智能衣物，这些小巧的设备通过
    艾迈斯欧司朗 2025-03-20 15:45 72浏览
  • 技术干货 | TVS管及压敏电阻的‌箝位电压
            在当今电子设备高度集成的时代，电路保护显得尤为重要。TVS管（瞬态电压抑制二极管）和压敏电阻作为一种高效的电路保护器件，被广泛应用于各种电子设备中，用以吸收突波，抑制瞬态过电压，从而保护后续电路免受损坏。而箝位电压，作为TVS管和压敏电阻的核心参数之一，直接关系到其保护性能的优劣。箝位电压的定义        箝位电压指瞬态保护器件（如TVS二极管、压敏电阻）在遭遇过压时，将电路电压限制在安全范围内的
    广电计量 2025-03-20 14:05 45浏览
我要评论
0
0
点击右上角，分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦