学妹为了学习数电,自制555芯片

大家好,我是小麦,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;

403c966495c3ab441557ed071b2afa5b.png

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;

0c154b743545d3e52ac4c2f7d6b82a63.png

内部结构 1
645dd7ad4ce97ce02cf372b8451937f6.png
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;

6aeb4ae2fa88f797d869867dac367bb2.png

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;

0e424faf4e84bab4478991880009e273.png

内部原理图 2

555 计时器芯片

8f4fba49ac5d73763b49185eea72cf1a.png

大型555芯片-1
9e8a83874b9f1a070725b06d054b1502.png
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。

4d67ed8addc1fd92151dc8e60973417a.png

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。

c0f848df4d968bcba7e9be88344b13c7.png

电压比较器
471289f4df030b7552c4d38016c7561e.png
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。

a050479f0f19cecee180234572b569e0.png

原理图
90a6d64c9541b31f5d8f285526c8b207.png
硬件电路
37b1de0142e76a1e194254020c99a1b2.gif
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。

b854c9ec387f4607b0082f2867dad8b5.png

输出驱动器

复位晶体管

使用 PNP BJT 作为复位输入。

fb42575df17758e622d1f4953852e7a3.png

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。

dabb7860f3b5ba3a1fc752e427b9d14c.png

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。

547c8ec54162cc1bede24b6a7ab3ba9f.png

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;

8cf5675893c071f9ef189d402e0664bf.png

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。

ec860ddec0a4b2d51d9232691d7520b0.png

鳄鱼夹
b292f825b12d2a2af78c4231d274219d.png
双击放大
d27d011bdfdb1e9709d9d9b146c7b70a.png
双击放大
4e63471aa94555814c79e5553be85e78.png
双击放大
3ee3c60d5973a731ba074e4215b5c3ba.png
双击放大
c591d422ba2ae1b548cda8aea12a3aa2.png
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;


0bc093b3e19dc5b589cdd153be6b5e83.gif

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。

—— The End ——

往期推荐

自制一个CAN调试器器,难不难?

一分钟了解芯片工作的心脏

面试常问的16个C语言问题,你能答上来几个?

C语言指针的正确打开方式!

手把手教你做一个天气时钟,推荐收藏

太坑了,C标准库缓冲区溢出的问题,该搞清楚了

10大动图:秒懂各种常用通信协议原理

c933a85de5a86bff6abab1442f509f9e.png

长按识别二维码关注我

cc88822cb4d41ccd2fb71ae86dc24629.png

你点的每个好看,我都认真当成了喜欢

版权声明:本文为CSDN博主「小麦大叔」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接:https://blog.csdn.net/u010632165/article/details/122098556

生成海报
点赞 0

小麦大叔

我还没有学会写个人说明!

暂无评论

相关推荐

浅谈5类过零检测电路

在电力电子中,零点电压检测(通常简称为过零检测)技术被广泛应用。通过检测电路追踪交流电的电压变化过程,在交流电压为”零”的时刻输出信号,利用该信号我们可以做很多工程应用。例如,在智能开关产

OV7670摄像头模块资料

OV7670摄像头模块资料 一、实物图和原理图 二、模块简介 OV7670 是 OV( OmniVision)公司生产的 CMOS VGA 图像传感器。该传感器体积小、工作电压低,提供单片 VGA