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555芯片等效图各功能区分析

138 芯片
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  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)
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2021-2-25 07:37:51   评论 分享淘帖 邀请回答
10个回答
  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)
  
2021-2-25 14:33:26 评论

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  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:
  Threshold Comparator(门限比较器,就是个电压比较器)
  Trigger Comparator(触发比较器,就是个电压比较器)
  Voltage Divider(分压电路)
  Flip-Flop(触发器,这里也叫RS触发器、复位/置位触发器、SR锁存器)
  Output(输出电路)
  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。
  
2021-2-25 14:33:41 评论

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  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)。
  
2021-2-25 14:33:57 评论

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  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。
  
2021-2-25 14:34:14 评论

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  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。
  
2021-2-25 14:34:34 评论

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  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)
2021-2-25 14:34:52 评论

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  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。
  
2021-2-25 14:35:05 评论

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  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。
  
2021-2-25 14:35:16 评论

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  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)
  
2021-2-25 14:35:26 评论

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  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。
2021-2-25 14:35:36 评论

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