555集成电路内有什么，它是如何工作的？

Question

如题所述

Answer 1

555定时器，这款由Hans R. Camenzind创造的传奇集成电路，因其广泛应用和卓越性能备受青睐，每年生产量超过十亿颗。它以分压器、双电压比较器和Flip-flop逻辑门的巧妙组合闻名，如Three Fives和555SE套件，这些套件采用离散电阻和晶体管构建，为教育和电路探索者提供了直观的探索平台。

构造与工作原理揭秘

当Vcc上升，即使"R"输入保持低，555的输出会维持高电平。当"S"和"R"都处于低状态时，输出保持原有的状态。通过复位引脚，Flip-flop逻辑门可以轻松置零。Vcc代表555的电源电压范围，通常在4-18V之间。它还配备了放电引脚，用于外部定时，以及CV引脚，可连接到阈值参考，适用于脉宽调制（PWM）应用。

核心元件与功能

阈值比较器: 通过与Vcc的三分之二参考电压进行比较，决定了电路的行为。
比较器电路: 由输入差分放大器和带电流镜的第二级差分放大器构成，实现精确的电压比较。
达林顿对: 提供高增益，但需注意二极管压降和延迟导通的影响。
差分放大器: 通过电流的差异，放大并传输信号。
电流镜: 保持电路稳定，复制电流以确保精确性。
第二级差分放大器: 继续电路的信号放大和控制过程。

每个元件如NPN和PNP晶体管，如2N3904/3906，通过精确的电路布局协同工作，构成了555的精密结构。

实验探索

测量CV到Vcc的电阻，使用555定时器来理解电压控制。
电流镜像电路如何影响阈值，通过实验调整观察变化。
探究基极/发射极电流对阈值输入的影响，通过改变Q1和Q4来实验。
观察R2电压如何影响电路行为，通过实验得出结论。
理解偏移电压如何影响定时精度，通过调整参数观察效果。
区分PNP和NPN晶体管，以及它们的引脚功能。

555集成电路中的每个模块，如Q19的双集电极PNP晶体管，都为深入学习提供了丰富的实验平台。

实验不仅仅是探测，还包括通过R和S输入测试触发器的动态行为，以及比较不同晶体管的电流表现。

输出阶段与优化

Q20负责信号的反相和缓冲，输出状态的变化揭示了Q24和Q14的互动。通过调整电阻和输入，可以深入探索电流、电压的动态变化。

问题与实验继续延伸，如R14/R16短路对输出的影响，以及如何利用示波器观察Q21的电压变化。在高电压下，555的性能优化也值得探索。

最后，555定时器的魅力不仅限于基础应用，它激发了无数创意电路，如利用触发比较器隐藏输入，以及对阈值比较器负载的巧妙调整。

深入学习555集成电路的资料，可以从维基百科的Widlar电流源、电流镜、晶体管和555定时器页面获取。