NE555 的系统性问题和优势

让我们参考一个常见的数据表，TI NE555 数据表。

用电量

NE555真的很耗电。例如，它实际上需要 >= 5V 的电源电压，并且在空载、无开关时使用 10 mA 的典型电流；无所事事至少有 50 mW。现代微控制器在较低的电压下工作，并且典型的一切都启用，即使不使用（示例数据表）在说 12 MHz 时钟速率（这应该足以合成 NE555 可能产生的任何信号形状）的一半；但实际上，您会以较低的频率运行您的 MCU，并在大多数应用中使用它来替换 NE555 时让它大部分时间处于休眠状态。

有基于 CMOS 的 xx555 IC，其功耗显着降低，但与 NE555 有其他缺点。

现在，在您可以真正使用这些基于 CMOS 的 555 进行很少发生的开关过程的应用中，它们可以为常见问题提供良好的低功耗解决方案。

电源电压

1. NE555 需要 > 4.5 V 才能运行；通常，更多。很少有现代应用仍然需要 5V 电源。您经常会发现自己只是为了使用 NE555 而添加更高的电源电压。这使整个电路复杂化，但经常被忽略。
2. NE555 对电源电压波动很敏感。甚至不是因为它不完美——它只是它的设计方式：阈值电压、触发和复位电压，还有输出电流都是电源电流的函数；并且：不是线性函数 - 因此改变电源电压意味着电路的行为会发生变化。
   这意味着您将始终希望将 555 用于管理良好的电源。这再次为您的电路增加了“隐藏”的复杂性。

现在，用于低功率应用的电源调节电路（即，当不使用 NE555 而是使用 CMOS 变体时）很简单，无论如何，你真的想要其中之一，所以这可能不像一开始听起来那么黯淡。

对无源元件值的依赖

在大多数应用中，555 产生的时序由一个或多个电容器控制。

现在，电容器是有趣的组件：

1. 它们的尺寸越大，它们的价值越大，
2. 可悲的是，公差也是如此，并且
3. 许多类型的电容器会老化，即随着时间的推移它们会改变它们的值（特别是当您需要大电容时使用的电解电容器）
4. ...和温度过高
5. ...和超频（尽管对于 555 应用程序来说这是一个较小的问题，因为它们本身很慢）
6. ...和过电压。
7. 您很少会得到甚至指定低于 5% 的容差的电容器

当然，电阻器也不是完美的，但它们可以具有更严格的公差，并且通常随着时间的推移变化会小得多。它们确实具有温度依赖性，但这在很大程度上无关紧要。

这本质上意味着您使用 555 构建的每条电路需要相当准确地实现特定时间行为，都必须手动调整，并且经常在一段时间后重新调整。

另一方面，特别是在教育环境中，这是一个非常有价值的工具，可以教人们使用模拟电流、充电电容器等可以做的事情。因此，出于教学目的，555 可能是一个不错的选择。

芯片本身的精度有限

数据表保证不多；即使您所有的无源元件都是完美的，最大初始时序误差也为 3%。

速度

除了速度低端的精度限制（由于精确电容器的尺寸有限），NE555是一个非常慢的组件，以现代方式。例如，输入上升沿的传播时间在 1 µs 的数量级——这实际上意味着高于 100 kHz 的所有信号都存在固有的问题，而低于 100 kHz 的信号仍然会出现许多输出损耗最严重的区域。

所以，一般来说，对于任何“HF”的东西，不要使用NE555，对于任何慢的东西，不要使用NE555。这就提出了一个问题，该组件的实际“最佳位置”到底是什么......

话又说回来，音频落入该区域。

故障

上电时的确切行为并没有那么明确。电压上升期间的电压尖峰很可能会触发输出变化，这使得整个 555 系列对于上电延迟应用有点不受欢迎。

到底什么是555？它的核心是一对比较器，用于设置和重置设备中的触发器，配备推挽式和集电极开路输出。它本质上是一个“窗外”比较器，触发器为 1/3 和 2/3 Vcc。这有点像施密特触发器，甚至可以用作一个触发器。

作为解释 555 工作原理的一种方式，这是一个显示其内部结构的模拟（在此处模拟）：

从这个答案：Astable 555 电路始终打开，不振荡

它有什么了不起的？它很灵活，在很宽的电压范围内运行，而且价格便宜。它具有比较器的事实使其在桥接模拟到数字方面很有用。

它有什么不好？它不是很准确，通电行为不可靠，有点耗电（至少在双极形式中），对外部组件变化很敏感，由于电容器泄漏而长时间间隔很糟糕，有点慢，并且在多源中可能会出现问题。

我怀念在我十几岁的时候玩过 555，它确实是我曾经使用过的第一个 IC（对 das blinkenlights！），但就像几十年前（咕哝）几十年前一样有用和有趣，我想现在它是一个XY问题。对于每个可能使用 555 的应用程序，可能有更好/更便宜/更可靠的方法。

已故伟大的 Bob Pease 分享了这一观点：https ://www.electronicdesign.com/technologies/analog/article/21802160/whats-all-this-555-timer-stuff-anyway

大图：555 作为一个爱好者 IC 很好，但对于真正的产品工作来说并不是那么好。

如果555如此糟糕，该怎么办？许多人提供微控制器和其他以数字为中心的技术来取代 555。如果您不介意一点编程、仔细选择您的设备并且不介意制作 3.3 或 5V，那么微控制器非常棒。使用敏感参考组件的长计数器是另一个改进，但可能更复杂和昂贵。

其他人将提供特定于应用程序的部件来执行特殊功能，例如电压监控和重置（如果您正在执行后面的这些功能，那么您将无法使用 555。）

但是......有没有一种现代的“全能”工具箱可以取代 555，它可以“做”模拟和数字，并且可靠地做到这一点？

是的。Silego Greenpak（被 Dialog 收购，现在是 Renesas 的一部分）可以完成大部分（如果不是全部）这些 555-ish 的事情，此外还有更多，而且功耗大大降低，成本非常低（不到 20 美分）。

那么这个叫做Greenpak的东西到底是什么？它是一个小型混合信号可编程阵列，包括逻辑、计数/定时、PWM、比较器、上电复位和其他模块。一些 Greenpaks 甚至在其中装有带有电流感应功能的大型 FET。想一想：所有这些工具都在一个非常小的包中，而且几乎没有 NRE。苹果买了很多（也许他们现在还在买），这就是它们有多好。

产品链接：https ://www.dialog-semiconductor.com/products/greenpak

应用笔记合集：https ://www.dialog-semiconductor.com/greenpak-application-notes

免责声明：我不为 Renesas（née Dialog，née Silego）或 Apple 工作。我已经在消费产品中使用了 Greenpaks。另一方面，我从未在产品中使用过 555。

奖励：一个 Silego，字面上被编程为 555：https ://www.dialog-semiconductor.com/sites/default/files/an-cm-278_implementation_of_555_timer_using_greenpak.pdf

特定应用的替代品 – 单稳态操作（例如一次性定时器）

典型的NE555原理图

问题

• 精度低
  • 特别是对于需要大电容的长时间延迟，精度非常低
• 高待机功耗
• 低复杂度问题的高复杂度

非 555 方法

1. 微控制器
2. 低复杂度 FET 触发器
3. RC 基于时间常数的缓冲解决方案
4. 专用定时器 IC
5. 振荡器馈电计数器

微控制器

如果您的应用程序中已经有一个微控制器，请尝试在其中吸收 555 的功能。甚至不让微控制器休眠也是有意义的，因为微控制器的电源电流通常低于 NE555 的电源电流。然而，在许多情况下，一个简单的“中断唤醒”就完全可以做到，并且允许极低功耗的应用。

如果您的应用程序中还没有微控制器，那么它可能仍然值得追求：像 Attiny 这样的小型微控制器最多只需要一个外部无源组件（去耦帽），并集成内部振荡器，虽然远非完美，仍然比NE555电路好。

因此，最小的 NE555 电路：1 个 NE555 + 4 个无源器件，甚至不包括电源电压稳定性。最小微控制器电路：1× MCU + 1× 去耦电容。当您考虑组装成本和电路板空间时，这通常更便宜！

几乎所有的微控制器都有一个可以使用的内置振荡器；它们通常精度低（1% 到 5% 的容差并不少见，因此它们仅比 555 解决方案略好），但大多数情况下，您可以选择使用外部石英晶体，该晶体可为您提供百万分之几。这当然会使零件数量增加 3 个（晶体，通常是两个电容），因此在最坏的情况下，您的微控制器解决方案与您的 555 解决方案一样复杂，只是能够解决更多问题......

低复杂度 FET 触发器

基本上：通过电阻对电容器进行充电或放电；将（MOS）FET的栅极连接到电容器电位。当电容器两端的电压超过阈值时，它将极大地改变晶体管的行为。

这受

• 电源电压依赖性，
• 触发信号依赖性，最糟糕的是，从
• 电容器和晶体管部分的变化和精度。

基本上，在 NE555 出现之前（那是 1971 年！！），连接到晶体管的放电/充电电容器是实现定时器的典型方式。因此，它通常比使用 555 更不准确，但它也更容易获得零件，如果你现在认真考虑使用任何 555，你可能不关心精度，无论如何。

NE555是BJT部分，是其用电量不足的主要原因；您可以使用 MOSFET 做得比它更好，但您也可以使用基于 CMOS 技术的 xx555。

因此，这是针对低要求用例的利基解决方案，无论如何，您更受零件抽屉中的零件的约束，然后受应用程序的任何约束。

RC 基于时间常数的缓冲解决方案

为了至少弥补电源和分立半导体的依赖性，使用逻辑门（通常是“非”或“与”左右）或具有明确定义的输入和输出电压的缓冲器是一种合适的方法。如果您的输入嘈杂或缓慢上升，施密特触发行为也可能是可取的。

为了进一步消除对输入属性的影响，应用于输入的缓冲器（或门）效果很好，特别是因为这种缓冲器通常在多组件 IC 中出售（例如，一个 IC 中有四个缓冲器）：

^{模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图}

请注意，在上述情况下，您可以在不更改操作的情况下用反相器替换缓冲器。

由于中等现代逻辑 IC 的高输入阻抗，您可以为电阻器选择高值，从而为电容器选择低值，从而使其功耗非常低。

劣势还在

• 行为取决于无源元件，尤其是电容器的具体值，以及
• 通常很难完全消除电源电压的影响。

但是：由于前面提到的高输入阻抗，用这种方式构建长期定时器通常比使用 555 更容易。

专用定时器 IC

如果您真的只需要“我会付出代价，只需给我一个几乎为零电流的解决方案”，特别是对于您想要一个非 MCU 硬件看门狗的高可靠性应用：

TI 制造 TPL5100；它可能不是同类中唯一的 IC。

振荡器馈电计数器

有点玩物，但如果你有一个可以使用的振荡器，或者如果你想要石英振荡器的精度而不使用微控制器：

• 使用逆变器 IC 和石英作为高精度频率源
• 使用计数器 IC 计算应用中所需的振荡次数
• 当发生正确数量的振荡时，使用逻辑门准确地改变你的输出
• ...并在那时重置计数器。

如果您的时间间隔是振荡器周期的 2 次幂，这尤其容易；您可以级联二进制计数器。

双极 555 定时器基本上已经过时。然而，CMOS 等效物仍然广泛用于现代电路和产品中。

例如，我最喜欢的电路之一使用一个 TLC555 定时器、两个电阻器、两个电容器来生成一个固定频率正弦波的近似值。即使电源电压变化，输出频率也相对稳定。输出阻抗相当高，但很容易通过添加单个双极晶体管缓冲器和单个电阻器来固定。

这两种方法通常都需要一个交流耦合电容器来消除输出信号上的直流偏移。

是的-您可以使用非常便宜的微控制器来实现类似的功能，但是当您添加消除时钟伪影的输出滤波器时，实际上需要更多组件。

CMOS 555 定时器在数以千计的应用中大放异彩。我预计它会在未来几十年继续可用。