555 定时器计算器

555 定时器 IC 完整参考手册

555 定时器 IC（NE555 / LM555）是电子领域应用最广泛的集成电路之一。本手册涵盖引脚说明、无稳态与单稳态模式公式、占空比详解及常见电路应用，帮助你自信地设计和搭建 555 定时器电路。

555 定时器引脚说明 {#pinout}

NE555 / LM555 是 8 引脚 DIP（或 SOIC）封装的集成电路。每个引脚功能各不相同——在搭建任何 555 电路之前，了解各引脚功能至关重要。

引脚	名称	说明
1	GND	地线——连接到负电源轨。
2	TRIG	触发——低于 1/3 Vcc 的下降沿将输出置为高电平，并启动定时周期。
3	OUT	输出——在 GND（约 0.1 V）与 Vcc（低于 Vcc 约 1.7 V）之间切换，最大灌/拉电流可达 200 mA。
4	RESET	复位（低电平有效）——拉低可立即将输出复位为低电平，不使用时接 Vcc。
5	CTRL	控制电压——直接设置内部比较器阈值（通常为 2/3 Vcc）。不使用时，接 GND 旁路电容 0.01 µF。
6	THR	阈值——当该引脚电压超过 2/3 Vcc 时，输出置为低电平，电容开始放电。
7	DIS	放电——定时器输出变为低电平时，内部晶体管将该引脚短接至 GND，对定时电容放电。
8	Vcc	供电电压——通常为 5 V 至 15 V 直流（CMOS 版本为 2 V 至 18 V）。

CMOS 等效型号（TLC555、LMC555）工作电压更低、静态电流极小，非常适合电池供电应用。

无稳态模式公式 {#astable-formula}

无稳态模式下，555 定时器持续振荡，没有稳定状态。定时电容 C 交替经由 R1 + R2 充电，再经 R2 放电，在输出引脚产生连续方波。

关键公式：

t_high = 0.693 × (R1 + R2) × C
t_low  = 0.693 × R2 × C
周期 T = t_high + t_low = 0.693 × (R1 + 2·R2) × C
振荡频率 f = 1 / T = 1.44 / ((R1 + 2·R2) × C)

常数 0.693 即 ln(2)，源于电容经 RC 网络指数充放电的特性。电容电压在 1/3 Vcc（下阈值）与 2/3 Vcc（上阈值）之间摆动，该比值自然引入 ln(2)。

计算示例

已知 R1 = 1 kΩ、R2 = 10 kΩ、C = 10 µF：

• t_high = 0.693 × (1,000 + 10,000) × 0.00001 = 0.07623 s
• t_low = 0.693 × 10,000 × 0.00001 = 0.0693 s
• T = 0.07623 + 0.0693 = 0.14553 s
• f = 1 / 0.14553 ≈ 6.87 Hz
• 占空比 = 0.07623 / 0.14553 × 100 ≈ 52.4%

单稳态模式公式 {#monostable-formula}

单稳态（单脉冲）模式下，每次在第 2 引脚施加负脉冲触发信号，555 定时器输出一个固定宽度的脉冲。脉冲结束后，输出返回低电平，等待下一次触发。

脉冲宽度公式：

t = 1.1 × R × C

其中 t 单位为秒，R 单位为欧姆，C 单位为法拉。

常数 1.1 来自 –ln(1/3) ≈ 1.0986，即电容经 R 从 0 充电至 2/3 Vcc 所需的时间。触发后输出变为高电平，电容电压到达 2/3 Vcc 阈值后输出恢复低电平。

计算示例

使用 C = 10 µF，生成 1 秒宽度的脉冲：

• t = 1.1 × R × C → R = t / (1.1 × C) = 1 / (1.1 × 0.00001)
• R ≈ 90,909 Ω（选用 91 kΩ 电阻）

当脉冲宽度低于约 10 µs 时，杂散电容和引线电感的影响不可忽视——高频精密定时建议改用专用单脉冲 IC，例如 74HC123。

占空比详解 {#duty-cycle}

占空比是一个周期内输出保持高电平的百分比。标准无稳态 555 电路的占空比公式为：

占空比 = t_high / (t_high + t_low) × 100%
       = (R1 + R2) / (R1 + 2·R2) × 100%

由于定时电容经 R1 + R2 充电、仅经 R2 放电，标准电路的占空比始终大于 50%。当 R1 趋近于 0 时，占空比趋近于 50%（但 R1 至少需保留几百欧姆，以保护放电晶体管）。

若要实现低于 50% 的占空比，可在 R2 两端并联一个二极管，使电容仅经 R1 充电、仅经 R2 放电。加旁路二极管后：

• t_high = 0.693 × R1 × C
• t_low = 0.693 × R2 × C
• 占空比 = R1 / (R1 + R2) × 100%

若需精确 50% 占空比，可在旁路二极管配置中令 R1 = R2，或用 D 触发器对无稳态电路的输出进行二分频。

常见电路与应用 {#common-circuits}

LED 闪烁器（无稳态）

在第 3 引脚与 GND 之间接一个 LED（串联约 470 Ω 限流电阻）。取 R1 = 10 kΩ、R2 = 100 kΩ、C = 10 µF，闪烁频率约为 0.65 Hz，即每 1.5 秒闪一次。使用 3 V 纽扣电池供电的 CMOS 555 可持续工作数月。

音调发生器 / 蜂鸣器（无稳态）

人耳听觉范围约为 20 Hz 至 20 kHz。产生 1 kHz 音调可尝试 R1 = 1 kΩ、R2 = 1 kΩ、C = 100 nF（计算频率约 4.8 kHz，需调整参数以准确达到 1 kHz）。在第 3 引脚连接压电蜂鸣器或小喇叭（串联 0.1 µF 隔直电容）。减小 C 可提高频率。

按键消抖（单稳态）

机械按键抖动时间约为 5–50 ms。将原始按键信号接入单稳态 555 的触发端，脉冲宽度设为 50–100 ms。第 3 引脚输出的干净脉冲即为无抖动信号。取 R = 100 kΩ、C = 1 µF，脉冲宽度约为 110 ms（t = 1.1 × 100,000 × 0.000001）。

PWM 电机调速（无稳态 + 低通滤波）

用第 3 引脚驱动 MOSFET 栅极。加旁路二极管可独立调节占空比与频率。10 kHz 载波配合可变占空比，可平滑控制直流电机转速，电机线圈电感自然起到低通滤波作用。

缺脉冲检测（单稳态）

将脉冲宽度设为略长于预期脉冲间隔。每个到来的脉冲在定时器超时前重新触发（复位）555。若某个脉冲缺失，输出变为低电平，发出故障信号。常用于工业安全联锁和看门狗定时器。

相关工具 {#related-tools}

• 欧姆定律计算器 — 计算电压、电流、电阻和功率
• LED 限流电阻计算器 — 为任意 LED 电路找出正确的限流电阻
• 科学计算器 — 支持三角函数和对数的通用计算工具