555定時器芯片的內部電路是怎么樣的？

555定時器芯片由于使用方便靈活，應用非常廣泛。常用在波形的產生與變化、測量與控制等許多領域。

家用電器、電子玩具中都很常見，是非常經典的一款芯片。

究竟有多經典，甚至可以出它的手辦模型。

由于廣受市場歡迎，許多芯片公司都各自推出了555定時器芯片。

盡管產品型號繁多，芯片內部電路的實現不盡相同，但他們最終實現的功能和外部引腳的排列完全相同。

網上有很多555定時器做的應用電路，但是講解都非常粗陋簡略，可讀性很差，比如這樣的文章：

下面就以其中一款555定時器芯片為例，分析芯片的內部電路，講解其工作原理。

只要了解了芯片的工作原理，看各種芯片的應用電路時就會得心應手。

目錄：

一、芯片引腳定義

二、芯片內部結構

三、等效圖組成說明

四、等效圖各功能區分析：分壓電路 + 電壓比較器

五、等效圖各功能區分析：RS觸發器

六、等效圖各功能區分析：電壓比較器 + RS觸發器

七、等效圖各功能區分析：555定時器芯片的PIN5（第5腳）

八、等效圖各功能區分析：555定時器芯片的PIN3（第3腳）

九、等效圖各功能區分析：555定時器芯片的PIN4（第4腳）、PIN7（第7腳）

十、最后

一、芯片引腳定義

555定時器有8個腳，各腳定義如下。

各腳的詳細定義見下表。（英文名稱均為縮寫）

二、芯片內部結構

打開555定時器的數據手冊，可以看到芯片的內部電路。

用不同顏色劃分一下電路的功能區塊。

包括：

Threshold Comparator（門限比較器，就是個電壓比較器）

Trigger Comparator（觸發比較器，就是個電壓比較器）

Voltage Divider（分壓電路）

Flip-Flop（觸發器，這里也叫RS觸發器、復位/置位觸發器、SR鎖存器）

Output（輸出電路）

Discharge（放電電路）

看起來有點復雜，等效簡化為下圖后就一目了然啦。

三、等效圖組成說明

C1和C2就是兩個電壓比較器，即上文提到過的Threshold Comparator（門限比較器）和Trigger Comparator（觸發比較器）。

Flip-Flop（觸發器），這里又叫RS觸發器。

輸出腳有個反相器。能將輸入的低電平反相為高電平輸出，同樣能將輸入的高電平反相為低電平輸出。（高電平可以簡單理解為電壓接近電源電壓Vcc，低電平可以簡單理解為電壓接近0）

Reset（復位）和Discharge（放電）：

PIN4為輸入引腳，為低電平時整個芯片處于復位狀態，芯片不可用。

PIN7是放電引腳，用來給外部電路放電。

Voltage Divider（分壓電路）。

四、等效圖各功能區分析：分壓電路 + 電壓比較器

3個5kΩ電阻將Vcc電壓三等分。

2/3Vcc輸入到電壓比較器C1的反向輸入端。

1/3Vcc輸入到電壓比較器C2的正向輸入端。

Vcc電壓的范圍，需要查看芯片的數據手冊，這里的數據手冊標示為5V到15V。

假設Vcc為9V時，2/3Vcc = 6V，1/3Vcc = 3V。

對于電壓比較器來說，當“正向輸入端的V1” 》 “反向輸入端的V2”時，輸出Vout = High高電平。

當”正向輸入端的V1“ 《 ”反向輸入端的V2”時，輸出Vout = Low低電平。

所以當555定時器第6腳為7V時，電壓比較器C1的“同相輸入端（7V）” 》 “反向輸入端（6V）”，電壓比較器C1輸出HIGH高電平。

當555定時器第6腳為0V時，電壓比較器C1的“同相輸入端（0V）” 《 “反向輸入端（6V）”，電壓比較器C1輸出LOW低電平。

五、等效圖各功能區分析：RS觸發器

電壓比較器C1、C2將電壓比較的結果輸出給RS觸發器。

RS觸發器有兩個輸入腳，分別為R和S：

R代表Reset（復位）;

S代表Set（置位）。

RS觸發器兩個輸出腳，分別為Q和非Q（“非Q”的符號是在Q的上面有一個橫杠）：Q和非Q的電平，在一般情況下互為相反，即Q為高電平，那么非Q為低電平。

其內部是由兩個“或非門”組成。

在下面我們將看到在RS觸發器定義里的三個特性。

特性1：S、R為高電平有效。即S為高電平，就會把Q置位為1；R為高電平，就會把Q復位為0。

特性2：S、R同時為低電平時，Q和非Q將保持原來的狀態不變。

特性3：S和R不能同時為高電平。這是RS觸發器的定義規定的，但實際在555定時器的應用里，是可能出現其內部RS觸發器的S和R同時為高電平的這種情況，稍后將展開討論。

來看RS觸發器的輸入輸出關系：

1、當S、R分別輸入為HIGH、LOW時，Q被置位為HIGH，與之對應非Q為LOW。（特性1）

2、此時將S、R分別改為輸入LOW、LOW時，Q、非Q將保持原來的狀態，即仍為HIGH、LOW。（特性2）

3、當S、R分別輸入為LOW、HIGH時，Q被復位為LOW，與之對應非Q為HIGH。（特性1）

4、此時將S、R分別改為輸入LOW、LOW時，Q、非Q將保持原來的狀態，即仍為LOW、HIGH。（特性2）

5、當S、R分別輸入為HIGH、HIGH時，Q和非Q均為LOW。（見特性3，此為RS觸發器定義里禁止出現的狀態，可以看出此時Q和非Q的狀態也不是相反的了，變成了相同的LOW）

為什么在RS觸發器的定義里，要禁止出現這種狀態呢？因為S、R同時為HIGH時，后續如果S、R是都變成LOW，那么由于S、R在都變成LOW的過程中，時間先后上總有細微的誤差，S、R可能先變成LOW、HIGH，也可能先變成HIGH、LOW，這導致Q和非Q的狀態不能確定。

當S比R先變成LOW時，最終Q和非Q分別為LOW、HIGH：

當R比S先變成LOW時，最終Q和非Q分別為HIGH、LOW：

所以在分析555定時器內部電路時，要謹記RS觸發器的S、R為HIGH、HIGH時，避免下一步就變為LOW、LOW。

另外，由于555定時器里面只使用了非Q，沒有使用Q，所以我們只看非Q就好了。

六、等效圖各功能區分析：電壓比較器 + RS觸發器

1、PIN6、PIN2分別輸入0V、0V時：

①、電壓比較器C1比較兩個輸入端的電壓，最后輸出Low到RS觸發器的R端。

②、電壓比較器C2比較兩個輸入端的電壓，最后輸出High到RS觸發器的S端。

③、R、S分別為Low、High，RS觸發器最終在非Q端輸出Low。

2、PIN6、PIN2分別輸入0V、9V時：

①、電壓比較器C1比較兩個輸入端的電壓，最后輸出Low到RS觸發器的R端。

②、電壓比較器C2比較兩個輸入端的電壓，最后輸出Low到RS觸發器的S端。

③、R、S分別為Low、Low，RS觸發器最終在非Q端輸出Low，即保持原來的狀態。

3、PIN6、PIN2分別輸入9V、9V時：

①、電壓比較器C1比較兩個輸入端的電壓，最后輸出High到RS觸發器的R端。

②、電壓比較器C2比較兩個輸入端的電壓，最后輸出Low到RS觸發器的S端。

③、R、S分別為High、Low，RS觸發器最終在非Q端輸出High。

4、PIN6、PIN2分別輸入9V、0V時：

①、電壓比較器C1比較兩個輸入端的電壓，最后輸出High到RS觸發器的R端。

②、電壓比較器C2比較兩個輸入端的電壓，最后輸出High到RS觸發器的S端。

③、R、S分別為High、High，RS觸發器最終在非Q端輸出Low。（如前所述，這里要注意避免R、S在下一步是變為LOW、LOW）

七、等效圖各功能區分析：555定時器芯片的PIN5（第5腳）

555定時器的PIN5是控制閾值電壓腳。

PIN5接到電壓比較器C1的反向輸入端，可以讓人直接控制電壓比較器C1的閾值電壓。

八、等效圖各功能區分析：555定時器芯片的PIN3（第3腳）

555定時器的PIN3是芯片的輸出腳。

PIN3和RS觸發器的非Q之間有1個反相器。

當非Q輸出HIGH時，PIN3輸出LOW，兩者為反相關系。

九、等效圖各功能區分析：555定時器芯片的PIN4（第4腳）、PIN7（第7腳）

555定時器的PIN4是芯片的復位腳。當PIN4被接到低電平時，整個555定時器芯片被復位，PIN3將輸出LOW。（圖中三極管Q2的發射限流電阻未畫出）

555定時器的PIN7是芯片的放電引腳。對外放電時，內部三極管Q1導通。（圖中三極管Q1的基極限流電阻未畫出）

十、最后

555定時器芯片的輸入輸出特性功能表總結如下，分為5種狀態，后續在分析555定時器的應用電路時可借助該表進行分析：

注：在“狀態5”時，下一步不能變成“狀態3”，否則將導致輸出結果不能確定。

至此，555定時器芯片內部電路的分析到此完畢，是不是感覺有點意猶未盡？

那是因為本文僅僅對芯片內部的電路做了分析，沒有對芯片的應用電路做實例分析。所謂的空有內功心法，但是沒有練過一招一式。

后續看到各種不同廠家生產的555定時器芯片所做成的應用電路時，可以參考本文講解的芯片工作原理，多看多分析，積累越來越多的招式。

原文標題：555定時器芯片內部電路分析

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責任編輯：haq