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怎样制作555芯片?
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探针台
2021-12-27 08:54
怎样制作555芯片?
z'lNO| nU
GHy#D]Z
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
。
F(<8:`N;G
G)&'8W F5o
{Fi@|'
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。
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项目地址:
https://hackaday.io/project/182863-giant-555-timer
x/=j$oA
如果从头开始制作电路,尤其是使用分立部件。就能深入了解 555 定时器芯片的每一部分以及 IC 的工作原理,进而对数字电路理解更加透彻。
to3J@:V8e
预备知识
f[b YjIX
我们先看一下DIP-8封装的555芯片,它外观是这样的,如下图所示;
eEQ[^i
Signetics NE555N
!qlGt)G3
除了注重外表,我们还得看一下内部的情况,真实世界下,芯片内部的情况如下所示;
{0 ~0
内部结构 1
内部结构 2
Nd!VR+IZ
整体来说,我看不懂,下面还是直接看一下NE555芯片的内部电路原理图吧。具体如下所示;
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内部原理图 1
&>e DCs
简单分析一下这个原理图:
^{:jY, ?]
Jdn*?hc+
绿色部分:是一个分压器,在正电源电压
VCC
和接地
GND
之间是一个由三个相同电阻组成的分压电路,它在1 ⁄ 3 VCC和2 ⁄ 3 VCC处产生两个参考电压。后者连接到“控制”引脚。所有三个电阻都具有相同的电阻,双极定时器为5kΩ,CMOS 定时器为 100 kΩ(或更高)。
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黄色和红色部分是两个电压比较器;
(GG"'bYk
紫色部分是RS触发器;
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粉红色部分是带推挽输出的驱动器;
内部原理图 2
U[b;#Y1X
555 计时器芯片
]%|WE
大型555芯片-1
大型555芯2
"ILWIzf.]
因此,为了开始这个项目,我们可以将 555 的电路分成小部分,因为最好将大电路分成几部分,这种模块化的设计, 有助于对简化面包板周围的电路,另外也便于我们进行故障排除。正如前面提到的,可以分为以下几个部分:
2HXKz7da
U$)Hhn|X
分压器
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电压比较器
8[)]3K x
SR 寄存器
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输出驱动器
gvNZrp>e!
复位晶体管
u!o]Co>
放电晶体管
分压器
k-V I9H!,
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。
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分压器
S2E HmE&
电压比较器
^Pd37&B4V
Cc)P5\jh
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。
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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。
.vS6_
电压比较器
两个电压比较器
]^9* t,{9
SR 寄存器
!y-2#
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。
lt6;*z[
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。
kQVDC,d
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。
`uh@iD'KI
原理图
硬件电路
工作状态
iN_D8dI
输出驱动器
U}w+`ZLN
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。
9xn23*Fo
输出驱动器
BD7@Mj*|
复位晶体管
_]xt65TL
使用 PNP BJT 作为复位输入。
QZ3(u<f
复位晶体管
tx5T^K7[
放电晶体管
(\t_Hs::a
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。
sD8m<
放电晶体管
tIb21c q
最终布局
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进行连接以匹配真实 555 定时器的引脚配置。
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最终整体布局图
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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;
ggI=I<7M
最终整体布局图
RP,:[}mPl
最后加上黑色的盒子,看起来就像一个鞋盒子;
D2</^]3Su
测试环节
^8NLe9~p3?
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。
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鳄鱼夹
双击放大
双击放大
双击放大
双击放大
双击放大
q^1aPz
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;
0[:9 Hb6
测试LED
nS+FX&_
最后
'B (eMnLg
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。
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半导体工程师
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半导体经验分享,半导体成果交流,半导体信息发布。半导体行业动态,半导体从业者职业规划,芯片工程师成长历程。
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