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一. 简介
555 定时器是一种集成电路芯片，在电子电路中应用广泛。
它包含两个比较器、一个基本 RS 触发器、一个放电三极管以及分压器等结构。
555 定时器有三种工作模式：单稳态模式、双稳态模式（施密特触发器）和无稳态模式（多谐振荡器）。
在单稳态模式下，555 定时器可以产生一个固定宽度的脉冲输出，脉冲宽度由外接的电阻和电容决定。
作为施密特触发器时，它具有回差特性，能对输入信号进行整形和变换。
在多谐振荡器模式下，能够输出一定频率和占空比的方波信号。
由于 555 定时器成本低、性能可靠、使用灵活，所以常用于定时、脉冲产生、信号变换、控制等多种电路中，比如电子玩具、报警器、定时器、闪光灯等。
二. 工作原理
555 定时器的工作原理主要基于内部的两个比较器、一个基本 RS 触发器、一个放电三极管和分压器。
分压器由三个等值电阻串联构成，为两个比较器提供基准电压。
比较器 C1 的同相输入端接基准电压的 2/3 处，比较器 C2 的反相输入端接基准电压的 1/3 处。
当 6 脚（高触发端 TH）的电压高于 2/3 电源电压时，比较器 C1 输出为低电平，使 RS 触发器置 0，3 脚输出低电平，同时放电三极管导通。
当 2 脚（低触发端 TR）的电压低于 1/3 电源电压时，比较器 C2 输出为低电平，使 RS 触发器置 1，3 脚输出高电平，同时放电三极管截止。
当 2 脚和 6 脚的电压处于 1/3 电源电压和 2/3 电源电压之间时，RS 触发器的状态保持不变，3 脚输出状态也保持不变。
在不同的外部电路连接下，555 定时器可以工作在单稳态、双稳态（施密特触发器）和无稳态（多谐振荡器）等模式，实现各种定时、脉冲产生等功能。
三. 应用场景
555 定时器具有广泛的应用场景，以下是一些常见的例子：
- 脉冲产生器：可产生固定频率和占空比的脉冲信号，用于数字电路中的时钟信号源。
- 定时器：设定一定的时间间隔，例如控制电器在特定时间后自动关闭或开启。
- 闪光灯电路：控制闪光灯按照一定的频率闪烁。
- 报警器：当检测到异常情况时，触发报警声音或灯光。
- 玩具和游戏设备：为玩具或游戏中的动作和效果提供定时控制。
- 电源变换电路：用于实现一些简单的电源变换功能。
- 温度控制电路：结合温度传感器，在达到特定温度时触发相应的动作。
- 频率调制电路：对输入信号的频率进行调制。
- 电机调速电路：通过控制电机的通电时间来调节电机的转速。
四. 结成施密特触发器
将 555 定时器接成施密特触发器的方法如下：
555 定时器的 2 脚（低触发端）和 6 脚（高触发端）接在一起作为输入端。
7 脚（放电端）悬空。
在这种连接方式下，555 定时器就构成了一个施密特触发器。
其输入输出特性具有回差电压。当输入电压从 0 逐渐升高时，输出状态发生翻转的阈值电压为 2/3 电源电压值；当输入电压从高于 2/3 电源电压值逐渐降低时，输出状态翻转的阈值电压为 1/3 电源电压值。
回差电压的存在使得施密特触发器具有较强的抗干扰能力，能够对输入信号进行整形和变换。
五. 结成单稳态触发器
将 555 定时器接成单稳态触发器的方法如下：
- 把 2 脚（触发输入端）作为触发信号输入端。
- 6 脚（阈值输入端）接一个定时电容 C 到地，同时通过电阻 R 接电源 Vcc。
- 7 脚（放电端）接一个电阻 R_d 到地。
- 4 脚（复位端）接电源 Vcc，8 脚接电源 Vcc，1 脚接地。
工作过程如下：
在稳态时，输出端 3 脚为低电平，内部放电三极管导通。当在 2 脚输入一个负脉冲触发信号时，电路进入暂稳态，输出端 3 脚变为高电平，同时内部放电三极管截止，电源 Vcc 经电阻 R 向电容 C 充电。当电容 C 上的电压上升到 2/3 Vcc 时，电路自动返回稳态，输出端 3 脚变为低电平，内部放电三极管导通，电容 C 通过电阻 R_d 和放电三极管放电，等待下一次触发。
暂稳态的持续时间（即输出脉冲宽度）t_w 取决于外接电阻 R 和电容 C 的值，计算公式为：t_w = 1.1RC 。
六. 结成多携振荡器
将 555 定时器接成多谐振荡器的方法如下：
- 555 定时器的 2 脚和 6 脚连接在一起。
- 7 脚通过一个电阻 R1 接到电源 Vcc，同时通过一个电容 C 接地。
- 4 脚接电源 Vcc，8 脚接电源 Vcc，1 脚接地。
工作原理：
电源接通瞬间，电容 C 两端电压不能突变，此时 2 脚和 6 脚的电压为 0，输出端 3 脚为高电平，内部放电三极管截止，电源 Vcc 通过 R1 和 R2 向电容 C 充电。当电容 C 上的电压上升到 2/3 Vcc 时，输出端 3 脚变为低电平，同时内部放电三极管导通，电容 C 通过 R2 和放电三极管放电。当电容 C 上的电压下降到 1/3 Vcc 时，输出端 3 脚又变为高电平，重复上述过程，从而在输出端 3 脚得到矩形波输出。
输出矩形波的周期 T 约为：T ≈ 0.7(R1 + 2R2)C ，占空比 q 约为：q = (R1 + R2)/(R1 + 2R2) 。通过调整 R1、R2 和 C 的值，可以改变输出矩形波的频率和占空比。
七. 优缺点
555 定时器的优点：
- 应用广泛：能实现多种功能，如单稳态、多谐振荡器、施密特触发器等，满足不同的电路需求。
- 成本低廉：价格相对较低，易于大规模使用。
- 易于使用：外部元件较少，连接简单，设计和调试相对容易。
- 性能稳定：在正常工作条件下，性能可靠，输出稳定。
- 通用性强：适用于各种电子电路，包括模拟和数字电路。
555 定时器的缺点：
- 精度有限：其定时精度和频率稳定性相对一些专用的定时器或振荡器芯片可能较低。
- 频率范围受限：工作频率范围有一定的限制，对于某些需要极高或极低频率的应用可能不太适用。
- 功耗较高：在一些对功耗要求严格的低功耗应用中，可能不太理想。
- 温度特性：其性能可能会受到温度变化的一定影响。
