555芯片等效图各功能区分析

　　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）
　　

　　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。
　　

　　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）。
　　

　　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。
　　

　　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。
　　

　　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）

　　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。
　　

　　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。
　　

　　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）
　　

　　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。