一·. 简介

NE555是一款经典的时基电路，广泛应用于定时、脉冲产生及振荡电路等多种应用场合。其内部结构包含一些关键组成部分，如电压比较器、RS触发器、放电晶体管、输出级和分压器网络。

二. 内部电路结构

NE555的内部结构可以分为如下几个主要部分：

• 分压器网络
• 电压比较器
• RS触发器
• 放电晶体管
• 输出级

2.1 分压器网络

• 内部的三个5kΩ电阻串联形成分压器网络，将电源电压（Vcc）均分为1/3 Vcc和2/3 Vcc。这两个分压点分别提供给两个比较器作为参考电压。

2.2 电压比较器

• 比较器1：比较控制电压（通常是接在较高电压状态下）与阈值电压（2/3 Vcc）。当阈值电压超过2/3 Vcc时，比较器1的输出为高电平。
• 比较器2：比较触发电压（下拉触发）与阈值电压（1/3 Vcc）。当触发电压低于1/3 Vcc时，比较器2的输出为高电平。

2.3 RS触发器

• 两个比较器的输出连接到RS触发器，决定着555定时电路的输出状态及内部的放电晶体管的状态。当比较器1输出高电平时，RS触发器复位，放电晶体管导通；当比较器2输出高电平时，RS触发器置位，放电晶体管截止。

2.4 放电晶体管

• 一个NPN型放电晶体管的集电极连接到放电引脚（Pin 7）。当RS触发器复位时，晶体管导通，放电引脚被拉至低电平（接地）；当RS触发器置位时，晶体管截止，放电引脚处于高阻态。

2.5 输出级

• 输出级根据RS触发器的状态来决定输出引脚（Pin 3）的电平。这可以通过一个反相器和射极跟随器来实现，最终的输出状态（高电平或低电平）取决于RS触发器的状态。

三. 工作原理

NE555可以配置为单稳态和多谐振荡模式，每种模式的工作原理如下：

3.1 单稳态模式（Monostable Mode）

• 在单稳态模式下，NE555用于生成一个定时脉冲。
• 工作原理：
• • 初始状态下，触发引脚（Pin 2）为高电平，输出为低电平。
  • 当触发引脚被外部信号拉低到低于1/3 Vcc时，比较器2输出变为高电平，RS触发器置位，输出电平变为高电平，同时放电晶体管截止。
  • 电容开始通过外部电阻充电，当电容两端电压超过2/3 Vcc时，比较器1输出高电平，RS触发器复位，输出电平返回低电平，同时放电晶体管导通，电容通过放电晶体管放电。
  • 对外部设备来说，这类似于一个单次触发的定时器。

3.2 多谐振荡模式（Astable Mode）

• 在多谐振荡模式下，NE555生成一个连续的方波信号。
• • 外部RC网络决定充放电时间常数。
  • 电容通过外部电阻R1和R2充电，当电压达到2/3 Vcc时，比较器1输出高电平，RS触发器复位，输出变为低电平。
  • 放电晶体管导通，电容通过R2快速放电。当电压降至1/3 Vcc时，比较器2输出高电平，RS触发器置位，输出变为高电平，放电晶体管截止。
  • 整个过程周而复始，产生一个连续的矩形波输出。

四·实验数据

仿真如图：包括外围电路；芯片內部电路部分是用层次化方式来代替

内部电路：555时基电路是一种集模拟功能与逻辑功能于一身的中规模集成电路，555时基电路有双极型和MOS型两种。简化一下可以看成两个比较器，一个RS触发器，一个缓冲器;以及一个对外计时放电的晶体管，以及三个阻值为5kQ的电阻组成的电压参考电路。

仿真测量数据如下

下图为整个周期的时间：21.336ms频率为：47hz

下图为正半周周期的时间：14.068ms

可以计算得到正半周期占空比为：14.068/21.336=0.659；约66%

       KiCad原理图如下：

KiCadPCB板如下： PCB布局根据给定的参考原理图布局

实物展示如下：该图为内部电路加上外围起振电路，以此来产生波形

实物测量结果：

实物测得：我们通过M2K仪器，使用它的示波器功能可以看出他的一些基本参数，而我们所需要观察的是周期：23.24ms，+Width：15.38ms，从而算出占空比：66.18%。这就是我们这道题的解析过程。

五. 特点与优势

• 高稳定性与精度：内部的分压电阻网络和比较器提供了高稳定性的定时特性。
• 宽频率范围：通过不同的RC网络配置，NE555可以实现从毫秒到数小时的定时功能。
• 驱动能力强：输出级能够驱动较大的负载电流，适应多种应用需求。
• 易用性：灵活的外部引脚配置和简单的外围元件使得NE555非常易于使用。

六. 实际应用

• 定时器：用于测量时间间隔或提供定时触发信号。
• 脉冲发生器：通过单稳态模式生成单次或重复性脉冲。
• 振荡器：通过多谐振荡模式生成连续的矩形波信号。
• PWM控制：在开关电源和电机控制中用于生成PWM信号。

七·结论

NE555时基电路通过其内部的分压器网络、电压比较器、RS触发器和放电晶体管等电路，提供了精确且稳定的定时和脉冲生成功能。它的高稳定性、宽频率范围和强大的驱动能力，使其在各种电路设计中非常有用。