555定時器內部框圖、工作原理和工作模式

555定時振蕩器也就是通常所說的 555定時器 。 555定時器的用途非常廣泛，可以 生成各種類型的脈沖 、 創建時間延遲 ，也可以用于 脈沖寬度調制(PWM) ，555定時器最常見的用途是為電路產生時鐘信號。

大家都普遍認為555定時器這個名字是因為有3個5KkΩ電阻，但實際上555定時器的發明者Hans Camenzind在有一次采訪中說：這名字是他的一位同事隨意取的。 這是不是和我們以為的不一樣。

下面來簡單介紹一下555定時器。

一、555定時器內部框圖

下面顯示了 555定時器的基本框圖和引出線 。 555定時器通常采用 8引腳DIP封裝 。 555由 2個比較器 、 分壓電路 、 觸發器 、放電三極管和輸出電路組成。

555定時器的基本框圖

1、第一部分：分壓電路

框圖的第一部分的 分壓電路 ，分壓器由3個 5k 電阻組成。 由于這3個電阻具有相同的值，因此在這3個電阻之間分配相等的電壓，電阻兩端的電壓作為比較器的參考電壓。

2、第二部分：比較器

第二部分是 比較器 ，比較器是運算放大器的一種。 比較器主要是比較輸入端的電壓，根據反相輸入或同相輸入端的較高電壓輸出高電壓或者低電壓。

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1)上面的比較器( 閾值比較器 )的輸入是連接到非反相輸入(+)的閾值引腳，2/3Ucc的參考電壓連接到比較器的反相輸入 (-)。 另一個外部引腳“控制電壓”連接到該比較器的反相輸入(-)，這樣就可以覆蓋2/3Ucc的參考電壓，還可以改變輸出信號的寬度。

2)對于下面的比較器( 觸發比較器 )1/3 Ucc參考電壓提供給非反相輸入 (+)，觸發引腳連接到比較器的反相輸入 (-)。

比較器的輸出作為觸發器的輸入。 SR觸發器是一種存儲元件，可以根據兩個輸入SEF和RESET或者S和R分別存儲和輸出邏輯“0”或者邏輯“1”。 觸發器的輸出是 Q 和 Q BAR ，其中 Q 和 Q BAR互為補集。

觸發器的輸出供給輸出驅動電路進而提高電流水平，最后傳遞到IC的外部輸出引腳。

二、555定時器的工作原理

1、分壓器和比較器電路的第一部分

555定時器的第一部分

555定時器的行為由3個輸入引腳控制： 閾值 、觸發器和 控制電壓 。

當閾值引腳上的電壓增加到 2/3 U cc參考電壓以上時，在輸出“A”處得到邏輯“1”。 否則，輸出“A”為邏輯“0”。

閾值和觸發比較器

當觸發引腳上的電壓小于1/3Ucc參考電壓時，在輸出“B”處得到邏輯“1”。 否則，得到邏輯“0”。

2、第二部分：SR觸發器和輸出驅動電路。

觸發器有兩個輸入：標記位“A”的閾值比較器的輸出連接到R，標記為“B”的觸發器的輸出連接到S。

SR觸發器和輸出驅動電路

下圖為基本SR觸發器的真值表。 當SET或S輸入為邏輯“1”時，設置觸發器 輸出邏輯“1”， 當RESET引腳為邏輯“1”時，觸發器輸 出邏輯“1” 。 當S和均為邏輯“0”時，觸發器存儲先前的值或充當 存儲元件 。 當兩者均為邏輯“1”時，進入觸發器的 無效操作狀態 。

SR觸發器的真值表

下面對只有一個輸入是邏輯“1”而另一個是邏輯“0”的情況進行分析。 下圖表示比較器A和B的輸出如何影響觸發器的輸出。 但是這里有一個點需要注意，從QBAR而不是 Q獲取觸發器的輸出。

觸發器

觸發器的輸出取決于輸入。

該觸發器的輸出被傳遞到輸出驅動電路，該電路提高電流水平以驅動高達200mA的負載，這樣就可以將負載直接連接到IC的輸出因家貧。

這里也有一個需要注意的關鍵點，輸出驅動電路是一個反相電路，反轉 Q BAR的邏輯。

所以最后我們得到與觸發器的Q輸出相同的邏輯，這就是為上面觸發器的輸出取自 Q BAR而不是 Q 。

觸發的輸出連接到放電晶體管的基極，該晶體管用于“放電”任何外部連接的電容。

三、555定時器的工作模式

55定時器有3種工作模式： 單穩態 、雙穩態和 非穩態 。 電容和電阻的各種組合連接到555定時器的輸入引腳，這樣就可以在3種模式之間切換。 這樣的話，如果使用555定時器創建不同的應用程序，只需要重新排列外部連接的組件。

1、單穩態

單穩態也稱為“一次性”模式， 觸發時，定時僅產生一個輸出脈沖并返回到穩定狀態 ，用途包括 時間延遲生成 ， 觸摸開關 、脈沖寬度調制等等。

單穩態模式原理圖

2、雙穩態

在這種模式下， 定時器充當觸發器 ，因為有2種穩定模式，所以 可以使用定時器存儲1位數據 ，但是這不是存儲數據的首選方法。

雙穩態模式原理圖

3、不穩定

在這種模式下， 555充當電子振蕩器 。 輸出根據配置的周期從邏輯高電平連接切換到邏輯低電平 。 此模式用于 脈沖生成 、 邏輯時鐘生成 、 LED和閃光燈 。

不穩定模式原理圖

定時器的不同工作模式允許廣泛的應用，之后會單獨介紹每個定時器的內部工作原理。

審核編輯：湯梓紅