| タイプ | アクティブ、集積回路 |
|---|---|
| 発明された | ハンス・カメンツィント(1971) |
| 最初の生産 | 1972 |
| 電子シンボル | |
内部ブロック図[1] | |
555タイマーICは、さまざまなタイマー、遅延、パルス生成、発振器アプリケーションで使用される集積回路です。柔軟性と価格の点で、最も人気のあるタイミングICの1つです。派生品は、1つのパッケージに2つ(556)または4つ(558)のタイミング回路を提供します。[2]この設計は、1972年にSignetics [3] [4]によって最初に販売され、バイポーラ接合トランジスタが使用されました。それ以来、多くの企業がオリジナルのタイマーを製造し、その後同様の低電力CMOSタイマーを製造してきました。2017年には、いくつかの推定によると年間10億個を超える555タイマーが製造されており、この設計は「おそらくこれまでに作られた最も人気のある集積回路」であると言われました。[5]
歴史


タイマーICは、1971年にSigneticsとの契約に基づきハンス・カメンツィンドによって設計された。[3] 1968年、彼は位相同期回路(PLL)ICの 開発のためにSigneticsに雇われた。彼は、周波数が電源電圧や温度に依存しないPLL用発振器を設計した。その後、Signeticsは1970年の不況により従業員の半数を解雇し、PLLの開発は凍結された。[6] カメンツィンドは、PLL用発振器をベースにした汎用回路の開発を提案し、給与が半分にカットされる代わりにSigneticsから機器を借りて単独で開発することを求めた。カメンツィンドのアイデアは当初却下された。他のエンジニアが、この製品は同社が販売している既存の部品から作れると主張したためである。しかし、マーケティングマネージャーはアイデアを承認した。[7]
555の最初の設計は1971年の夏に見直されました。[8]この設計がテストされ、エラーがないことがわかった後、Camenzindは定電流源の代わりに直接抵抗を使用するというアイデアを思いつき、それが満足に機能することを知りました。[8]設計変更により、必要な9つの外部ピンが8つに減ったため、ICは14ピンパッケージではなく8ピンパッケージに収まるようになりました。[8]この改訂版は2回目の設計レビューに合格し、プロトタイプは1971年10月にNE555V(プラスチックDIP)とSE555T(金属TO-5)として完成しました。[9] 9ピンバージョンは、最初のレビューに参加しSigneticsを退職したエンジニアが設立した別の会社によって既にリリースされていましたが、その会社は555がリリースされた直後にそのバージョンを撤回しました。555タイマーは1972年に12社によって製造され、ベストセラー製品となりました。[6]
555 はタイマー以外にも多くの用途が見出された。カメンジンドは 1997 年に「10 の用途のうち 9 つは、私が考えたこともなかった分野や方法だった。何ヶ月もの間、このデバイスを使用する新しいアイデアを持ったエンジニアからの電話が殺到した」と述べている。[8]
名前
いくつかの本では、チップ内の3つの5kΩ抵抗器に由来して「555」タイマーICという名前が付けられたと報告しています。[10] [11] [12]しかし、オンライントランジスタ博物館のキュレーターとの録音されたインタビューで、[13]ハンス・カメンツィンドは「それは単に恣意的に選ばれただけです。回路が売れるだろうと考えたアート・フューリー(マーケティングマネージャー)が「555」タイマーICという名前を選びました...」と述べています。[14]
デザイン
メーカーによって異なりますが、標準的な555パッケージには、8ピンデュアルインラインパッケージ(DIP-8)にパッケージ化されたシリコンチップに25個のトランジスタ、2個のダイオード、15個の抵抗器が組み込まれています。 [15]利用可能なバリアントには、556(1つのチップに2つの完全な555を組み合わせたDIP-14)、[16]および558 / 559(両方のバリアントは、1つのチップに4つの機能を縮小したタイマーを組み合わせたDIP-16でした)がありました。[2]
NE555部品は商用温度範囲 0 °C ~ +70 °C で、SE555部品番号は軍用温度範囲 -55 °C ~ +125 °C を指定しました。これらのチップは、信頼性の高い金属缶 (T パッケージ) と安価なエポキシ プラスチック (V パッケージ) の両方のフォーム ファクタで使用できました。したがって、完全な部品番号は NE555V、NE555T、SE555V、および SE555T でした。
555の低電力CMOSバージョンは現在、Intersil ICM7555やTexas Instruments LMC555、TLC555、TLC551などとして販売されています。[17] [18] [19] [20]
内部回路図
555タイマーの内部ブロック図と回路図は、チップの実装方法を明確にするために、3つの図すべてで同じ色で強調表示されています。[2]
- 分圧器: 正電源電圧V CCとグランドGND の間には、アナログ コンパレータの基準電圧を作成するための3 つの同一抵抗 (バイポーラ タイマーの場合は 5 kΩ、CMOS の場合は 100 kΩ 以上) で構成される分圧器があります。CONTROL は上部の 2 つの抵抗の間に接続され、外部電圧で基準電圧を制御できます。
- CONTROL が駆動されていない場合、この分圧器は2 ⁄ 3 V CCの上限基準電圧と1 ⁄ 3 V CCの下限基準電圧を生成します。
- CONTROL が駆動されると、上側基準電圧は V CONTROLになり、下側基準電圧は1 ⁄ 2 V CONTROLになります。
- しきい値コンパレータ:コンパレータの負入力は電圧分割器の上限基準電圧に接続され、コンパレータの正入力はしきい値に接続されます。
- トリガーコンパレータ:コンパレータの正入力は電圧分割器の下限基準に接続され、コンパレータの負入力はトリガーに接続されます。
- ラッチ:セット リセット ラッチはタイマーの状態を保存し、2 つのコンパレータによって制御されます。RESET は他の 2 つの入力をオーバーライドするため、ラッチ (およびタイマー全体) はいつでもリセットできます。
- 出力: ラッチの出力の後には、プッシュプル出力ドライバを備えた出力段が続き、バイポーラ タイマーの場合は最大 200 mA、CMOS タイマーの場合はそれより低い電流を供給できます。
- 放電: また、ラッチの出力は、DISCHARGE をグランドに接続する電子スイッチとして機能するトランジスタを制御します。
-
555内部ブロック図[1]
-
555 バイポーラバージョンの内部回路図
-
555 CMOSバージョンの内部回路図
ピン配置
8ピン555タイマー[1]と14ピン556デュアルタイマー[21]のピン配置を次の表に示します。556は概念的には電源ピンを共有する2つの555タイマーであるため、各半分のピン番号は2つの列に分割されています。[2]
-
555シングルタイマーのピン配置[1] [2]
-
556デュアルタイマーのピン配置[21] [2]
モード
555 IC には次の動作モードがあります。
- 非安定(フリーランニング) モード - 555 は電子発振器として動作します。用途には以下が含まれます。
- 発光ダイオードおよびランプフラッシャー、パルス生成、パルス幅変調(PWM)、ロジッククロック、トーン生成、セキュリティアラーム、パルス位置変調など。
- 抵抗または静電容量で表されるアナログ値からデジタルパルス長に
変換するアナログ-デジタル変換(ADC)。
- たとえば、タイミング抵抗としてサーミスタを選択すると、温度によって決まる出力パルスの周期を持つ温度センサーで 555 を使用できます。その後、マイクロプロセッサはパルス周期を温度に変換し、それを線形化し、さらにキャリブレーションも提供できます。
- モノステーブル(ワンショット) モード - 555 は「ワンショット」パルス ジェネレータとして動作します。アプリケーションには次のものがあります。
- タイマー、欠落パルス検出、バウンスフリースイッチ、タッチスイッチ、周波数分周器、抵抗または静電容量のトリガー測定、PWM など。
- 双安定(ラッチ) モード - 555 はセット リセット ラッチとして動作します。アプリケーションには以下が含まれます。
- シュミット トリガー(インバータ) モード - 555 はシュミット トリガーインバータ ゲートとして動作します。アプリケーション:
- ノイズの多い入力をクリーンなデジタル出力に変換します。
アスタブル
非安定構成では、555 タイマーは特定の周期を持つ矩形パルスの連続ストリームを出力します。
アスタブル構成は、2 つの抵抗器と1 つのコンデンサを使用して実装されます。しきい値ピンとトリガー ピンは両方ともコンデンサに接続されているため、同じ電圧になります。
繰り返し動作サイクル(コンデンサが充電されていない状態から開始)は次のとおりです。
- コンデンサの電圧は1 ⁄ 3 V CC未満になるため、トリガー ピンによって 555 の内部ラッチの状態が変化し、OUT がハイになり、内部放電トランジスタがカットオフされます。
- 放電ピンがグランドに短絡していないため、コンデンサは抵抗器とを介して Vcc からの電流によって充電を開始します。
- コンデンサの充電が2 ⁄ 3 Vcc に達すると、しきい値ピンによって 555 の内部ラッチの状態が変化し、OUT が低くなり、内部放電トランジスタが飽和 (最大伝導) モードになります。
- この放電トランジスタは放電経路を提供するため、コンデンサは を通じて放電を開始します。
- コンデンサの電圧が1 ⁄ 3 V CCを下回ると、サイクルはステップ 1 から繰り返されます。
最初のパルスの間、コンデンサは 0 V から2 ⁄ 3 V CCまで充電されますが、その後のパルスでは1 ⁄ 3 V CCから2 ⁄ 3 V CCまでしか充電されません。その結果、最初のパルスは、後のパルスに比べて高時間間隔が長くなります。さらに、コンデンサは両方の抵抗器を介して充電されますが、放電は を介してのみ行われるため、出力の高間隔は低間隔よりも長くなります。これは次の式で示されます。
各パルスの出力ハイタイム間隔は次のように表される: [16]
各パルスの出力ロー時間間隔は次のように表される: [16]
したがって、パルスの周波数は次のように表される: [16]
デューティサイクルは 次のように表される: [16]
ここで、 は秒単位の時間、はオーム単位の抵抗、はファラッド単位の静電容量、 は2 の自然対数定数です。[a]

抵抗器の要件:
- オームの法則によれば、の最大定格電力はより大きくなければなりません。
デューティサイクルの短縮
出力のハイタイムをロータイムより短くするには(つまり、デューティサイクルが50% 未満)、高速ダイオード(つまり、1N4148 信号ダイオード)を R 2と並列に、カソードをコンデンサ側に配置する。 [16]これにより、サイクルのハイ部分でR 2がバイパスされるため、ハイインターバルは R 1と C のみに依存し、ダイオードの両端の電圧降下に基づいて調整されます。ロータイムはダイオードの影響を受けないため、そのままになります。ただし、ダイオードの順方向電圧降下V diodeによりコンデンサの充電が遅くなるため、ハイタイムはよく引用される式よりも長くなり、次のようになります。
ここで、V diodeは、ダイオードの「オン」電流がV CC /R 1の1 ⁄ 2であるときです(これはダイオードの種類によって異なり、データシートまたは測定で確認できます)。V diodeがV ccに対して小さい場合、この充電は速くなり、V diodeがV ccに近づくほど遅くなります。
極端な例として、V CC = 5 V、V diode = 0.7 V の場合、ハイ時間は 1.00 R 1 C となり、これは「予想される」0.693 R 1 C より 45% 長くなります。もう一方の極端な例として、V cc = 15 V、V diode = 0.3 V の場合、ハイ時間は 0.725 R 1 Cとなり、これは予想される 0.693 R 1 C に近くなります。V diode が0 V に近づくにつれて、この式は 0.693 R 1 C に近づきます。
電圧制御パルス幅変調
前の回路図の例では、制御ピンは使用されなかったので、電気ノイズを遮断するために 10 nF の デカップリング コンデンサを介してグランドに接続する必要があります。ただし、時間によって変化する電圧源が制御ピンに適用された場合、パルス幅は制御電圧に依存します。
モノステーブル
モノステーブルモードでは、トリガー信号が1 ⁄ 3 V CC以下に低下すると出力パルスが生成されます。RC回路は、出力パルスの持続時間をCを2 ⁄ 3 V CCまで充電するのにかかる時間(秒)として設定します。[16]
ここで、は抵抗(オーム)、は静電容量(ファラッド) 、は3の自然対数定数です。[b] 出力パルスの持続時間は、RとCの値を調整することで、必要に応じて長くしたり短くしたりできます。このタイミング間隔が終了する前にトリガーを実行しても、出力パルスには影響しません。[25]
値の例
タイミング テーブル (右) は、さまざまな 10 の累乗タイミングに対する一般的な電子部品の値のソリューションを示しています。
R と C を 10 の逆の累乗でスケーリングすると、同じタイミングが得られます。例:
- 1 ms ≅ 1 nF および 910 kΩ、
- 1 ms ≅ 10 nFおよび91 kΩ(表の値)、
- 1 ms ≅ 100 nF および 9.1 kΩ。
例の表 (右) の各行では、同じ抵抗値を 1 ~ 3 個並列または直列に追加することで、追加のタイミング値を簡単に作成できます。2 つ目の抵抗を並列に接続すると、新しいタイミングは表の時間の半分になります。2 つ目の抵抗を直列に接続すると、新しいタイミングは表の時間の 2 倍になります。
- 2.5 ms (0.25x) ≅ 100 nF および 22.75 kΩ (4 つの 91 kΩ 抵抗器を並列 に接続)
- 5 ms (0.5x) ≅ 100 nF および 45.5 kΩ (2 つの 91 kΩ 抵抗器を並列に接続)
- 10 ms (1x) ≅ 100 nF および 91 kΩ (表の値)、
- 15 ms (1.5 倍) ≅ 100 nF および 136.5 kΩ (1 つの 91 kΩ 抵抗器を直列に接続し、2 つの 91 kΩ 抵抗器を並列に接続)
- 20 ms (2x) ≅ 100 nF および 182 kΩ (2 つの 91 kΩ 抵抗器を直列に接続)
- 25 ms (2.5x) ≅ 100 nF および 227.5 kΩ (「2 つの 91 kΩ 抵抗器を直列に接続」と「2 つの 91 kΩ 抵抗器を並列に接続」)
- 30 ms (3x) ≅ 100 nF および 273 kΩ (3 つの 91 kΩ 抵抗器を直列に接続)
- 40 ms (4x) ≅ 100 nF および 364 kΩ (91 kΩ の抵抗器 4 つを直列に接続)。
双安定SRラッチ

555 タイマーは、2 つの出力を持つアクティブ ロー SR ラッチ(ただし、反転Q出力なし) として機能します。出力ピンはプッシュプル出力で、放電ピンはオープン コレクタ出力 (プルアップ抵抗が必要)です。
右側の回路図では、リセット入力信号がRESETピンに接続され、セット入力信号がTRピンに接続されています。したがって、セットを一時的に低くすると「セット」として機能し、出力がハイ状態 ( V CC ) に遷移します。逆に、リセットを一時的に低くすると「リセット」として機能し、Out ピンがロー状態 (GND) に遷移します。
双安定構成ではタイミングコンデンサは必要ありません。しきい値入力は使用されない為、接地されます。[26]トリガー入力とリセット入力は、通常Hi-Zで、接地することでのみ有効になる 場合は、プルアップ抵抗を介してハイに保持できます。
双安定シュミットトリガインバータゲート
555 タイマーを使用して、 2 つの出力を持つシュミット トリガー インバータ ゲートを作成できます。出力ピンはプッシュプル出力、放電ピンはオープン コレクタ出力 (プルアップ抵抗が必要) です。
右の回路図では、入力信号は低抵抗値の直列コンデンサを介してAC結合され、次に同一の高抵抗抵抗器とによってバイアスされ、信号は1 ⁄ 2 V ccを中心とします。この中心信号は、タイマーのトリガー入力ピンとしきい値入力ピンの両方に接続されます。入力信号は、コンパレータのトリガーレベルを励起して下限の1 ⁄ 3 V CCと上限の2 ⁄ 3 V CCしきい値を超え、それらの状態を変化させるのに十分な強さでなければなりません。これにより、シュミットトリガー機能が実現します。[27]
双安定構成ではタイミング コンデンサは必要ありません。
パッケージ

1972年に、Signeticsは555タイマーをDIP -8およびTO5-8金属缶パッケージで最初にリリースし、556タイマーはDIP-14パッケージでリリースされました。[4]
2006年には、デュアル556タイマーは、DIP-14(2.54mmピッチ)[21]などのスルーホールパッケージと、 SO-14(1.27mmピッチ)およびSSOP-14(0.65mmピッチ)などの表面実装パッケージで提供されました。
2012年には、555はDIP-8(2.54mmピッチ)[28]のスルーホールパッケージとSO-8(1.27mmピッチ)、SSOP-8 / TSSOP -8 / VSSOP-8(0.65mmピッチ)、BGA(0.5mmピッチ)の表面実装パッケージで提供されました。[1]
MIC1555はCMOS555型タイマーで、ピン数が3つ少ないSOT23-5(0.95mmピッチ)表面実装パッケージで提供されます。[29]
仕様

これらの仕様は、オリジナルのバイポーラ NE555 に適用されます。その他の 555 タイマーは、グレード (産業用、軍事用、医療用など) に応じて仕様が異なる場合があります。
デリバティブ
過去数十年にわたり、多くの企業がさまざまな部品番号で 555、556、558 タイマーの 1 つ以上のバリエーションを製造してきました。以下はその一部です。
- 表の注釈
- 上記の表のすべての情報は、下記で明記されている場合を除き、データシート列の参照から取得されたものです。
- 「合計タイマー」列では、「*」は 555 タイマー機能が欠落している部分を示します。
- 「I q」列では、比較を容易にするために、5 ボルト電源が共通電圧として選択されました。Signetics NE558 の値は、NE558 データシートに5 V でのI q が記載されていないため、推定値です。 [2]この表に記載されている値は、他のバイポーラ データシートの 5 V と 15 V の比率を比較し、NE558 部品の 15 V パラメータ (「*」で示されています) をディレーティングすることによって推定されました。
- 「周波数最大」列の「*」は、部品の実際の最大周波数制限ではない可能性がある値を示しています。MIC1555 データシートでは、1 MHz から 5 MHz までの制限について説明しています。[29]ほとんどのバイポーラ タイマーはデータシートに最大周波数を記載していませんが、すべてのタイマーは、全温度範囲にわたって数百 kHz の最大周波数制限があります。Texas Instruments NE555 データシート[1]のセクション 8.1 には100 kHz の値が記載されており、同社の Web サイトではタイマー比較表に 100 kHz の値が表示されています。Signetics App Note 170 では、ほとんどのデバイスが最大 1 MHz で発振すると記載されていますが、温度安定性を考慮すると、約 500 kHz に制限する必要があります。[2] HFOのアプリケーション ノートでは、電源電圧が高い場合、電源電流が周波数とともに増加するため、回路の最大電力消費によって動作周波数が制限される可能性があると記載されています。[41]
- 「製造元」列では、次のように、過去の 555 個のタイマー製造元を現在の会社名に関連付けます。
- フェアチャイルドセミコンダクターは2016年にオンセミコンダクターに売却されました。 [42]オンセミコンダクターは1999年にモトローラセミコンダクターコンポーネントグループ のスピンオフとして設立されました。 [43] MC1455はモトローラ製品として始まりました。
- インターシルは2017年にルネサスエレクトロニクスに売却されました。[44] ICM7555とICM7556はインターシル製品として始まりました。
- Micrelは2015年にMicrochip Technologyに売却されました。[45] MIC1555はMicrel製品として始まりました。
- ナショナルセミコンダクターは2011年にテキサスインスツルメンツに売却されました。[46] LM555とLM556はナショナルセミコンダクターの製品として始まりました。
- シグネティクスは1975年にフィリップスセミコンダクターに売却され、その後2006年にNXPセミコンダクターに売却された。 [47]
- Zetex Semiconductorsは2008年にDiodes Incorporatedに売却されました。[48] ZSCT1555はZetex製品として始まりました。[8]
556 デュアルタイマー

デュアルバージョンは556と呼ばれています。14ピンパッケージに2つの完全な555タイマーが搭載されており、2つのタイマー間で共有されるのは2つの電源ピンのみです。[21] [ 16] 2020年には、バイポーラバージョンはNE556として利用可能になりました。[21] CMOSバージョンはIntersil ICM7556とTexas Instruments TLC556およびTLC552として利用可能でした。この記事の派生表を参照してください。[17] [39] [38]
558 クワッドタイマー

クワッドバージョンは558と呼ばれ、主にモノステーブルマルチバイブレータアプリケーション向けに設計された16ピンパッケージに4つの機能制限タイマーが搭載されています。 [49] [2] 2014年までに、16ピンNE558の多くのバージョンが廃止されました。[50]
558チップと555チップの違いの一部リスト: [2] [50]
- 556 チップと同様に、1 つのV CCと 1 つの GND があります。
- 4 つの「リセット」は、内部的に 1 つの外部ピン (558) に接続されています。
- 4 つの「制御電圧」は、内部的に 1 つの外部ピン (558) に接続されています。
- 4 つの「トリガー」は、レベル感知 (555) ではなく、立ち下がりエッジ感知 (558) です。
- 電圧分割器 (558) 内の抵抗器は 3 つ (555) ではなく 2 つです。
- 2 つのコンパレータ (555) の代わりに 1 つのコンパレータ (558)。
- 4つの「出力」はプッシュプル(PP)タイプ(555)ではなく、オープンコレクタ(OC)タイプ(558)です。
参照
- RC回路
- カウンター(デジタル)
- オペアンプ
- LMシリーズ集積回路一覧
- 線形集積回路の一覧
- 4000 シリーズ集積回路、4000 シリーズ集積回路の一覧
- 7400 シリーズ集積回路、7400 シリーズ集積回路の一覧
- プッシュプル出力、オープンコレクタ/ドレイン出力、スリーステート出力
注記
参考文献
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のピンにはすべての機能が備わっているわけではありません。このチップは主にモノステーブルマルチバイブレータアプリケーション用に設計されています
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さらに読む
- 書籍
- 555 タイマー アプリケーション ソースブック (実験付き)、第 2 版、Howard Berlin、BPB Publications、218 ページ、2008 年、ISBN 978-8176567909 (第 1 版は 1978 年)
- タイマー/ジェネレータ回路マニュアル; 第 1 版; RM Marston; Newnes; 276 ページ; 1990 年; ISBN 978-0434912919。
- エンジニアのミニノートブック – 555 タイマー IC 回路、第 3 版、Forrest Mims III、Radio Shack、33 ページ、1989 年、ASIN B000MN54A6。(第 1 版は 1984 年)
- IC タイマー クックブック; 第 2 版; Walt Jung ; Sams Publishing; 384 ページ; 1983 年; ISBN 978-0672219320。(第 1 版は 1977 年)
- 110 IC タイマー プロジェクト、ジュールス ギルダー、ヘイデン、115 ページ、1979 年、ISBN 978-0810456884。
- IC 555 プロジェクト; EA Parr; Bernard Babani Publishing; 144 ページ; 1978 年; ISBN 978-0859340472。
- タイマー章のある本
- 電気回路のレッスン - 第 6 巻 - 実験、Tony Kuphaldt、Open Book Project、423 ページ、2010 年(第 6 章および第 8 章)
- アナログ チップの設計、Hans Camenzind (555 タイマーの発明者)、Virtual Bookworm、244 ページ、2005 年、ISBN 978-1589397187 (第 11 章)
- タイマー、オペアンプ、およびオプトエレクトロニクス回路とプロジェクト; Forrest Mims III; Master Publishing; 128 ページ; 2004 年; ISBN 978-0945053293。(第 1 章)
- リニア LSI データおよびアプリケーション マニュアル、Signetics、1250 ページ、1985 年(付録 AN170/171 およびデータシート NE555/6/8)
- アナログ アプリケーション マニュアル; Signetics ; 418 ページ; 1979 年(第 6 章)
- TTL クックブック、ドン・ランカスター、サムズ出版、412 ページ、1974 年、ISBN 978-0672210358。(第 4 章、171 ~ 188 ページ)
- データシート
- この記事の「デリバティブ」表と「参考文献」セクションのリンクを参照してください。
外部リンク
- 555 タイマー IC を特殊または珍しい回路で使用する - Nuts & Volts マガジン
- 555 タイマー チュートリアル - Tony van Roon
- 555 タイマーを使用する際のよくある間違い
- 555 タイミング計算機: 非安定、単安定
- バイポーラRCA LM555CHチップの分解
- CMOS TI LMC555 チップの分解




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