【導讀】在電子領域中， 555 定時器集成芯片[1] 是著名集成芯片之一。然而很多人并不知道它是如何被發(fā)明的？下面是發(fā)表在網(wǎng)站 Circuit Today上的一篇文章[2] ，帶你重溫從555被發(fā)明開始直到當今的發(fā)展歷程。
一、什么是555定時集成芯片？
555芯片具有多種功能，可以用做定時器、振蕩器以及脈沖產(chǎn)生電路，在電子領域它是一個最重要、最流行的芯片。在單個晶體制作的集成芯片如同運算放大電路一樣可靠、便宜。它能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的方波信號，占空比從50% 到100% 。
Signetic公司產(chǎn)生的第一代NE555集成芯片
二、555集成芯片如何誕生的？
Hans R. Camenzind，在1971年設計了第一款555定時器集成芯片，當時他任職于美國Signetics公司。這個設計也成為Hans R. Camenzind在集成電路技術領域中最重要的一段經(jīng)歷。在1971年夏天，第一版設計方案被審定，集成有恒流源電路，總共有9個管腳。
雖然方案被通過，Camenzind有提出了一個新的注意，將原來的恒流源直接替換成一個電阻，這樣所需要的芯片管腳就可以減少到8個，進而可以封裝在8PIN電路封裝里，而不需要使用14PIN的封裝。在當年10月份新版的設計方案被通過，它總共包含有25個三極管、2個二極管以及15個電阻。通過外部的電阻、電容來確定定時器時間周期。
Hans R. Camenzind 發(fā)明了555定時器電路
在1972年，Signetic公司發(fā)布了第一款555定時器電路，有兩款封裝形式：8PIN的DIP封裝以及8PIN的TO5金屬罐封裝。芯片信號為SE/NE555，是當時唯一商業(yè)化的芯片。由于這款新片價格低廉，但功能強大，一經(jīng)問世就火爆暢銷。后來，其他十二家公司也生產(chǎn)555集成芯片，它成為暢銷集成芯片。
一直有人認為555芯片之所以取名為555，是因為芯片中存在三個5k歐姆串聯(lián)分壓電阻。Hans R. Camnenzind在他的“Designing Analogue Chips”書中講到，芯片的命名是由當時Segnetics公司主管，ArgFury給起的名字，而ArgFury最喜歡的數(shù)字就是555。
關于555芯片的工作原理和使用介紹可以參見：555 Timer-A complete Guide[1] 網(wǎng)文。
8PIN封裝的555定時器電路管腳定義
三、555定時器電路應用
經(jīng)過若干年的積累，電子工程師和愛好者探索了555集成電路的不同應用領域，比如溫度測量、電源調理、各種振蕩器。現(xiàn)在已經(jīng)被上千例的應用方案。
555定時器的應用可以按照它的工作模式分類，正式它的豐富靈活的工作模式使得它在很多電子設計中都占有一席之地。
基本上，555定時器電路包括有三個工作模式：
1. 雙穩(wěn)態(tài)模式：施密特觸發(fā)器；
2. 單穩(wěn)態(tài)模式：單脈沖發(fā)生器；
3. 無穩(wěn)態(tài)模式：自由多諧振蕩器；
根據(jù)555的工作模式（無穩(wěn)態(tài)、單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)），555集成電路可以組成不同形式的多諧振蕩器。比如選擇555組成單穩(wěn)態(tài)模式，可以形成單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。這些多諧振蕩器可以進一步形成組成弛張振蕩器、定時器、觸發(fā)器等。
四、產(chǎn)生PWM波形
可以通過改變555芯片的控制引腳（PIN5）電壓使得555產(chǎn)生脈寬調制（PWM）信號，信號的占空比取決于控制管腳的電壓。
可以在開關電源電路中看到555集成電路的應用。開關電源中需要使用到PWM波形，很多設計者都將555定時器作為重要的選擇，這得益于它價格低廉以及可以與其它電路很好結合。通常需要使用到兩個555芯片，一個組成多諧振蕩器，一個組成PWM信號產(chǎn)生電路。
小型DC-DC變換電路是另外一個555集成電路應用領域。此時，555定時器工作在振蕩器狀態(tài)，它的輸出驅動逆變器產(chǎn)生輸出的電壓，這種電路用在很多工業(yè)應用場合。
除此之外，555還被用于測量溫度、測量濕度、波形產(chǎn)生以及各種定時器電路。
在實際應用中，CMOS工藝制作的555定時器電路應用最廣，其中包括有MOTOROLA公司出品的MC1455。它可以直接替換NE555芯片，當時售價僅有0.25美元，十分親民。
五、雙極性三極管與CMOS兩種工藝
從555電路一開始設計，包括隨后其他12個公司所生產(chǎn)的芯片它們都是相同的方案。其中包括有一些缺陷，比如比較器失衡，工作電路占用面積較大，對溫度敏感等。
針對這些缺點，Hans R. Camenzind重新設計了555電路，比起原來的電路改進了缺點，提高了性能。新版555被命名為ZSCTI555。雖然芯片改進了，但是在某些蜂鳴器電路中卻無法工作了，所以老的設計仍然在市場上被銷售。
雙極性555電路，消耗電流大，會產(chǎn)生大的電流毛刺，在低功耗電路中無法應用。這也引起CMOS版本的555電路被設計出來，它可以極大降低電路的功耗以及所產(chǎn)生的電流毛刺噪聲。
一款CMOS版本的555是由TI公司提供的LMC555.
LM555集成芯片內部電路框圖
六、555集成芯片的變種
現(xiàn)在我們了解到了555電路的功能，它可構成連續(xù)振蕩器電路，也可構成單脈沖振蕩器電路。有很多功能兼容的555定時器集成電路被不同的公司生產(chǎn)出來，包括雙極性和CMOS的555定時器。
下面給出了555集成芯片的兩種封裝形式：
555兩種封裝形式
有一種14PIN封裝的電路，被稱為556，它實際上是封裝有兩個相同的555的芯片。這兩個555公用電源管腳，其余12管腳分別組成它們各自其他6個管腳。
TI公司產(chǎn)生的LM556就是一個雙定時器電路芯片，比較適合序列定時器的應用。
LM556的管腳定義
還有一些DIP16封裝的定時器電路，被稱為558， 559。它們是集成有四個555芯片。558是用于邊沿觸發(fā)的四定時器芯片，省略了在序列定時應用中的耦合電容。
參考資料
[1]555 定時器集成芯片: https://www.circuitstoday.com/555-timer
[2]Circuit Today上的一篇文章: https://www.circuitstoday.com/the-history-555-timer-ic
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