555 計時器
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555 計時器是業餘電子裡最受喜愛的小晶片,一顆 8 隻腳的元件,只要一兩顆電阻加一顆電容,就能產生計時脈衝與方波。它於 1971 年設計,至今仍以數十億顆計地售出,是弛張振盪器裡親切的瑞士刀:閃 LED、發出音調、產生延遲、做一個簡單的 PWM 調光器。如果你只學一顆計時晶片,就學這顆。
555 內部有兩個比較器、一個正反器、一顆放電電晶體,以及一個三電阻分壓器,把兩個臨界值定在電源電壓的三分之一與三分之二。你在晶片外掛一組電阻電容。電容充電;當它到達電源的三分之二,上比較器跳變,把輸出翻成低態,同時導通放電電晶體;電容洩放;當它落到電源的三分之一,下比較器跳變,把輸出翻回高態。這兩個固定臨界值使計時只取決於你外接的 R 與 C,而不取決於確切的電源電壓,這正是它如此好用的一大原因。它有兩種主要模式:無穩態(自由運轉的方波)與單穩態(需要時產生單一計時脈衝)。
555 的魅力在於穩健與簡單,但要誠實面對它的極限。輸出能擺到接近電源軌、但達不到剛好,尤其是經典的雙極性版本,它每次切換還會在電源上注入一個明顯的電流尖波,所以附近需要一顆去耦電容。它的計時準確度由普通電阻與電容公差決定,典型是百分之一到數,並非晶體等級。對現代低功耗或低電壓的應用,CMOS 版本(如 7555)耗流少得多、切換更乾淨,也能在更低的電源下工作。
因為臨界值是電源的固定比例,555 無穩態在 5 V 或 9 V 下幾乎以相同頻率運轉:電容總是在電源的三分之一與三分之二之間充放,所以改變電源幾乎不影響計時。
兩個位於電源三分之一與三分之二的比較器,把外接的 R-C 變成計時。
經典的雙極性 555 在每次轉態時會抽取一個短暫的電流尖波,且輸出無法完全到達電源軌;請加去耦電容,並在低功耗、低電壓或要求更乾淨的設計中優先選用 CMOS 7555。它的準確度由日常 R、C 公差決定,而非晶體。