手把手教你自制555芯片

电子工程专辑 2021-12-26 08:15

以下文章来源于小麦大叔 ，作者小麦大叔

小麦大叔 .

一个热爱技术的工程师，分享技术，一起进步

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相信很多小伙伴在上学的时候学过《数字电子技术》这门专业基础课，而在这里面，有一个非常经典的芯片就是555定时器。
今天我给大家分享一个很有其的项目，就是用分立元器件去实现一个比砖头还要大的555定时器芯片。
项目地址：https://hackaday.io/project/182863-giant-555-timer
如果从头开始制作电路，尤其是使用分立部件。就能深入了解 555 定时器芯片的每一部分以及 IC 的工作原理，进而对数字电路理解更加透彻。

预备知识

我们先看一下DIP-8封装的555芯片，它外观是这样的，如下图所示；
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Signetics NE555N
除了注重外表，我们还得看一下内部的情况，真实世界下，芯片内部的情况如下所示；
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内部结构 1
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内部结构 2
整体来说，我看不懂，下面还是直接看一下NE555芯片的内部电路原理图吧。具体如下所示；
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内部原理图 1
简单分析一下这个原理图：
  • 绿色部分：是一个分压器，在正电源电压 VCC和接地 GND 之间是一个由三个相同电阻组成的分压电路，它在1 ⁄ 3 VCC和2 ⁄ 3 VCC处产生两个参考电压。后者连接到“控制”引脚。所有三个电阻都具有相同的电阻，双极定时器为5kΩ，CMOS 定时器为 100 kΩ（或更高）。
  • 黄色和红色部分是两个电压比较器；
  • 紫色部分是RS触发器；
  • 粉红色部分是带推挽输出的驱动器；
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内部原理图 2

555 计时器芯片

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大型555芯片-1
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大型555芯2
因此，为了开始这个项目，我们可以将 555 的电路分成小部分，因为最好将大电路分成几部分，这种模块化的设计， 有助于对简化面包板周围的电路，另外也便于我们进行故障排除。正如前面提到的，可以分为以下几个部分：
  • 分压器
  • 电压比较器
  • SR 寄存器
  • 输出驱动器
  • 复位晶体管
  • 放电晶体管

分压器

分压器很简单 - 使用 4.7K 电阻器和整个电路的串联二极管保护。
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分压器

电压比较器

该项目最有趣的部分是学习和设计 555 IC 内部使用的电压比较器。特别是差分对如何工作，什么是电流转向。
我还在差异中了解了恒流吸收器的重要性。对和使用电流镜来增加差异的增益。
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电压比较器
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两个电压比较器

SR 寄存器

RS触发器又称SR锁存器，是触发器中最简单的一种，也是各种其他类型触发器的基本组成部分。
两个与非门或或非门的输入端输出端进行交叉耦合或首尾相接，即可构成一个基本RS触发器。
现在的SR触发器，通常由两个晶体管触发器（或非门）与一些额外的输出缓冲器一起使用，以降低 Q & ~Q 输出的输出阻抗。
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原理图
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硬件电路
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工作状态

输出驱动器

对于输出级，在原来的 555 定时器中有图腾柱配置，这很好，但它有点小故障，性能不太好。所以我使用了旧的推挽级作为 555 IC 的输出缓冲器。
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输出驱动器

复位晶体管

使用 PNP BJT 作为复位输入。
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复位晶体管

放电晶体管

一个 NPN 达林对，用于对地硬短路，单个 NPN 正在工作，但在 A 稳定模式下有一些问题。
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放电晶体管

最终布局

进行连接以匹配真实 555 定时器的引脚配置。
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最终整体布局图
下面是整体布局，即使是硬件电路的设计上，也满足了低耦合，高内聚的思想，如下所示；
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最终整体布局图
最后加上黑色的盒子，看起来就像一个鞋盒子；

测试环节

最后我们使用一些带有别针标记的鳄鱼夹，以在面包板上对其进行测试。
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鳄鱼夹
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双击放大
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双击放大
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双击放大
测试了一下，两个按键控制LED灯的亮与灭，已经可以正常工作了；

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测试LED

最后

这个项目不是很大，涉及到的分立元器件也不是特别多，可以通过这个项目学习芯片内部的工作原理。

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