經典芯片——555定時器芯片，年產量10億顆，它是如何工作的？
一、555定時器芯片概述
說到振盪器，不得不提555定時器芯片。它可以用於定時、觸發、脈沖產生和振盪電路，所有和時鍾相關的領域都可以考慮采用。
由於其易用性、低廉的價格和良好的可靠性，這顆芯片在業內很流行，成為很多學生、創客在電子DIY制作中熱愛的經典IC。
圖1-555定時器芯片（NE555）
Lowe Doug在“Electronics All-in-One For Dummies”書中說道，555芯片從1971年推出，已成為世界上年產量最高的芯片之一，根據2003～2017年的統計，基本上年產量都高達10億顆！
你熟悉的許多廠家都生產555芯片，如TI、NI、ST。不同的制造商生產的555芯片有不同的結構或工藝，以滿足特定的功耗、工作條件需求：
圖2-NE555/TLC555/LM555等型號來源
二、555定時器的引腳
標准的555芯片是DIP-8封裝，其引腳如下：
圖3-555芯片DIP-8封裝
引腳說明如下：
圖4-555芯片引腳定義
對於剛上手的同學，主要是搞明白TRIG、THR、DIS三個引腳的用法，為此，我們從555芯片的內部構造說起。
三、555定時器的內部構造
標准的555內部由25個晶體管，2個二極管、15個電阻組成，其芯片內電路原理圖如下：
圖5-555芯片內部電路原理圖
直接分析上圖難度頗高，我們將其划分為多個基本的功能模塊，理解起來就會容易很多：
圖6-555芯片內部功能框圖
可見，555芯片內部有：
- 3個5KΩ電阻連接Vcc和GND，構建Vcc 1/3和2/3的分壓。（PS：很多人認為555芯片因為這三個5KΩ電阻而得名）
- 2個比較器C1和C2，上述兩個分壓分別作為比較器的參考電壓。
- 1個RS觸發器，R和S信號分別源自於上述兩個比較器的輸出信號。
- 2個三極管，其中，Q1集電極開路，用於連接電容。
- 1個反向器，RS觸發器的輸出端（非Q）經過反向器作為芯片輸出。
首先來看“比較器”，它的工作原理很簡單：
- 當正相（﹢）輸入端的電壓大於反相（-）輸入端的電壓，比較器的輸出為正；
- 當正相（﹢）輸入端的電壓小於反相（-）輸入端的電壓，比較器的輸出為負；
然后來看“RS觸發器”：
- R指Reset（重置）的意思，S指Set（設置）的意思；
- 當R為高電平、S為低電平時，Q為低電平，NQ（非Q）為高電平；
- 當R為低電平、S為高電平時，Q為高電平，NQ（非Q）為低電平；
- 當R為低電平、S為低電平時，Q和NQ（非Q）保持；
- 當R為高電平、S為高電平時，Q和NQ（非Q）無效；
考慮到兩個比較器C1、C2分別連接着TRIG（Trigger）、THR（Threshold）兩個引腳，那么根據兩個引腳的狀況，RS觸發器輸出有：
圖7-RS觸發器真值表
譬如圖中，當THR（Threshold）為0V，TRIG（Trigger）為0V，則C1輸出低電平，C2輸出高電平，故RS觸發器置位，Q為高電平，NQ（非Q）為低電平。
OK，理解到這步就簡單了，如果要產生振盪波形，就是和控制TRIG（Trigger）、THR（Threshold）引腳，怎么控制？肯定要引入電容啊。
四、555定時器作為非穩態振盪器
以555定時器作為非穩態振盪器（上篇所述的弛張振盪器）為例，它的外圍電路配置如下：
圖8-555非穩態振盪器電路圖
上圖中：
- TRIG（Trigger）、THR（Threshold）共同連接到C1。
- Vcc通過R1和R2可以對C1充電。
- NQ（非Q）為高電平，三極管導通，DIS（Discharge）引腳接地，C1通過R2進行放電。
這種巧妙的設計，會讓電容產生周期充放電，繼而TRIG（Trigger）、THR（Threshold）產生周期性變化，並控制了555芯片的輸出（見上圖時序圖）。
振盪波形頻率為F=1.4/((R1+2*R2)*C1).
我們來看下仿真效果：
由於555芯片輸出端具有200mA的驅動能力，驅動LED沒什么問題，實驗效果如下：
再來多點LED：
（全文完）