最全555定时器芯片内部电路分析

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。

最后，关于电路的学习，希望大家，Enjoy!

本文有点长，建议收藏，随时查阅。

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