ПРОВЕРКА МИКРОСХЕМ ТАЙМЕРОВ
Привет всем гостям и почитателям сайта Радиосхемы! Сегодня хочу рассказать об изготовлении миниатюрного, мобильного и не сложного пробника для тестирования всем известных микросхем таймеров NE555. Микросхема эта в быту радиолюбителя очень нужная и распространенная, на ней собрано очень большое количество радиосхем. Поэтому многие люди, кто занимается радиолюбительством, покупают данные таймеры сразу по несколько штук. А если собрать данный тестер, то всегда можно оперативно проверить микросхемы на работоспособность.
Принципиальная схема тестера 555
Итак, приступим: для начала возьмём стандартную схему астабильного мультивибратора, добавим к ней пару светодиодов для визуального контроля состояния выхода микросхемы. При высоком уровне напряжения на выходе будет светиться нижний по схеме светодиод, при низком уровне – верхний. Соответственно, если оба светодиода будут по очереди зажигаться, то это будет означать исправность таймера.
Далее разработаем миниатюрную печатную плату в программе Sprint-layout. Для экономии места лучше использовать SMD компоненты. После распечатываем на глянцевой бумаге рисунок платы, переводим его на односторонний фольгированный стеклотекстолит, при помощи технологии ЛУТ. Смываем лишнюю медь в травильном растворе (я использую медный купорос и поваренную соль, подогреваю не плите раствор в эмалированной посуде почти до кипения, в итоге процесс занимает не больше пяти минут). Сверлим отверстия и обрабатываем контур платы. После чего остаётся залудить и впаять компоненты, которых собственно не так уж и много.
Список используемых деталей
- Резисторы SMD:
- 680 Ом – 2шт.
- 30 кОм – 1шт.
- 56 кОм – 1шт.
- 0 Ом (перемычка) – 1шт.
- Конденсаторы:
- 1 мкФ – 1шт.
- 10 нФ – 1шт.
- Светодиоды 3 мм – 2шт.
- Панелька 8-pin под микросхему – 1шт.
- Тактовая кнопка – 1шт.
- Штепсельный разъём от старой батарейки «крона» — 1шт.
После впайки компонентов на плату, необходимо припаять короткие проводки к колодке «кроны» и их соединить с платой соблюдая полярность. После чего можно проверить плату, вставив микросхему и подсоединив батарейку. Если всё заработает как положено – заливаем термоклеем пространство между платой и колодкой, ориентируя их относительно друг друга в правильное положение. При этом нужно учесть расстояние между ними, чтобы не было замыкания выводов на плату.
Теперь наш миниатюрный пробник готов! Осталось присоединить его к батарейке «крона» и использовать по назначению. Плюс ко всему у него есть ещё одна полезная функция – это карманный мини-фонарик, который может работать даже без микросхемы.
Видео работы устройства на Ютубе
дизайн
В зависимости от производителя, стандартный корпус 555 включает 25 транзисторов , 2 диода и 15 резисторов на кремниевом кристалле, установленном в 8-контактном двухрядном корпусе (DIP-8). Доступные варианты включают в себя 556 (DIP-14, объединяющий два полных 555-х годов на одном кристалле) и 558/559 (оба DIP-16, объединяющие четыре таймера с ограниченной функциональностью на одном кристалле).
В NE555 части были коммерческий температурный диапазон, от 0 ° C до + 70 ° С, а
Также доступны маломощные КМОП-версии модели 555, такие как Intersil ICM7555 и Texas Instruments LMC555, TLC555, TLC551. Таймеры CMOS потребляют значительно меньше энергии, чем биполярные таймеры; Таймеры CMOS также вызывают меньше шума питания, чем биполярная версия, когда выход переключается в состояние.
Внутренняя схема
Внутренняя блок-схема и схема таймера 555 выделены одним цветом на всех трех рисунках, чтобы прояснить, как реализован чип:
- Зеленый: Между положительное напряжение питания V CC и земля GND является делитель напряжения , состоящий из трех одинаковых резисторов , которые создают два опорных напряжения на 1 / 3 V CC и 2 / 3 V CC . Последний подключается к выводу «Control». Все три резистора имеют одинаковое сопротивление, 5 кОм для биполярных таймеров, 100 кОм (или выше) для таймеров CMOS.
- Желтый: компаратор вход отрицательного подключен к более высокому опорному напряжению делителю
2 / 3 V CC (и «Control» палец), и компаратор положительного входа подключен к «Пороговому» штырю. - Красный: положительный вход компаратора соединен с нижним опорным напряжением делителя 1 / 3 V CC , и компаратор вход отрицательного соединен с контактом «триггер».
- Фиолетовый: триггер SR хранит состояние таймера и управляется двумя компараторами. Вывод «Reset» имеет приоритет над двумя другими входами, поэтому триггер (и, следовательно, весь таймер) может быть сброшен в любое время.
- Розовый: за выходом триггера следует выходной каскад с двухтактными (PP) драйверами вывода, которые могут загружать на вывод «Output» ток до 200 мА для биполярных таймеров, ниже — для таймеров CMOS.
- Голубой: Кроме того, на выходе триггера включается транзистор, который соединяет вывод «Discharge» с землей.
-
555 внутренняя блок-схема
-
555 внутренняя схема биполярной версии
-
555 внутренняя схема CMOS версии
Распиновка
Распиновка 8-контактного таймера 555 и 14-контактного двойного таймера 556 показана в следующей таблице. Поскольку 556 концептуально представляет собой два таймера 555, которые имеют общие контакты питания, номера контактов для каждой половины разделены на два столбца.
В следующей таблице используются более длинные имена контактов, поскольку производители никогда не стандартизировали сокращенные имена контактов во всех таблицах данных.
555 контакт # | 556: 1-й контакт # | 556: 2-й контакт # | Имя булавки | Направление штифта | Описание пина |
---|---|---|---|---|---|
1 | 7 |
7 |
GND |
Мощность |
Питания Основание: этот контакт является основанием опорного напряжения (ноль вольт). |
2 | 6 |
8 |
СПУСКОВОЙ КРЮЧОК |
Ввод |
Триггер: когда напряжение на этом выводе падает ниже 1 / 2 напряжения управления ( 1 / 3 V CC , за исключением того, когда управление приводом от внешнего сигнала), выходной сигнал переходит в высокое состояние и времени интервал пусков .![]() |
3 | 5 |
9 |
ВЫВОД |
Вывод |
Выход: этот вывод является двухтактным (PP) выходом, который переводится в низкое состояние (GND) или высокое состояние (для биполярных таймеров V CC минус приблизительно 1,7 В) (для CMOS таймеров V CC ). Для биполярных таймеров этот вывод может управлять током до 200 мА, но таймеры CMOS могут работать меньше (зависит от микросхемы). Для биполярных таймеров, если этот вывод управляет входом, чувствительным к фронту, микросхемы цифровой логики, возможно, потребуется добавить развязывающий конденсатор от 100 до 1000 пФ (между этим выводом и GND) для предотвращения двойного запуска. |
4 | 4 |
10 |
СБРОС |
Ввод |
Сброс: временной интервал можно сбросить, переведя этот вывод на GND, но отсчет времени не начинается снова, пока этот вывод не поднимется выше примерно 0,7 В.![]() |
5 | 3 |
11 |
КОНТРОЛЬ |
Ввод |
Контроль: этот вывод обеспечивает доступ к внутреннему делителя напряжения ( 2 / 3 V CC по умолчанию). Подавая напряжение на этот вывод, можно изменить временные характеристики. В нестабильном режиме этот вывод может использоваться для частотной модуляции состояния ВЫХОДА. Если этот вывод не используется, его следует подключить к развязывающему конденсатору 10 нФ (между этим выводом и землей), чтобы электрические помехи не влияли на внутренний делитель напряжения. |
6 | 2 |
12 |
ПОРОГ |
Ввод |
Порог: когда напряжение на этом выводе больше , чем напряжение на CONTROL ( 2 / 3 V CC , за исключением , когда управление приводится в действие посредством внешнего сигнала), то на выходе высокое состояние синхронизации интервал заканчивается, в результате чего выходной сигнал , чтобы перейти к минимуму штат.![]() |
7 | 1 |
13 |
РАЗРЯД |
Вывод |
Разряд: для биполярных таймеров этот вывод является выходом с открытым коллектором (OC), таймеры CMOS — с открытым стоком (OD). Этот вывод можно использовать для разряда конденсатора между интервалами, синхронно с ВЫХОДОМ. В бистабильном режиме и режиме триггера Шмитта этот вывод не используется, что позволяет использовать его в качестве альтернативного выхода. |
8 | 14 |
14 |
V CC |
Мощность |
Положительный источник питания: для биполярных таймеров диапазон напряжения обычно составляет от 4,5 до 16 вольт, некоторые из них рассчитаны на напряжение до 18 вольт, хотя большинство из них будет работать от 3 вольт. Для таймеров CMOS диапазон напряжения обычно составляет от 2 до 15 вольт, некоторые указаны до 18 вольт, а некоторые — до 1 вольт.![]() |
-
Распиновка 555 одиночного таймера.
-
Распиновка сдвоенного таймера 556.
Режимы
555 IC имеет следующие режимы работы:
-
Астабильный ( автономный ) режим — 555 может работать как электронный генератор . Использование включает в себя мигание светодиодов и ламп, генерацию импульсов, логические часы, генерацию тона, охранную сигнализацию, модуляцию положения импульса и так далее. 555 может использоваться как простой АЦП , преобразующий аналоговое значение в длину импульса (например, выбор термистора в качестве временного резистора позволяет использовать 555 в датчике температуры, а период выходного импульса определяется температурой) . Использование схемы на основе микропроцессора может затем преобразовать период импульса в температуру, линеаризовать его и даже предоставить средства калибровки.
- Моностабильный (однократный) режим — в этом режиме 555 работает как генератор однократных импульсов. Приложения включают таймеры, обнаружение пропущенных импульсов, переключатели без дребезга, сенсорные переключатели, делитель частоты, измерение емкости, широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) и т. Д.
- Бистабильный (триггерный) режим — 555 работает как SR триггер . Использование включает переключатели с защелкой без дребезга.
- Режим триггера Шмитта (инвертор) — 555 работает как вентиль инвертора триггера Шмитта, который преобразует шумный вход в чистый цифровой выход.
Нестабильный
Схема таймера 555 в нестабильном режиме. Форма волны в нестабильном режимеЧастота | C | R 1 | R 2 | Рабочий цикл |
---|---|---|---|---|
0,1 Гц (+ 0,048%) | 100 мкФ | 8,2 кОм | 68 кОм | 52,8% |
1 Гц (+ 0,048%) | 10 мкФ | 8,2 кОм | 68 кОм | 52,8% |
10 Гц (+ 0,048%) | 1 мкФ | 8,2 кОм | 68 кОм | 52,8% |
100 Гц (+ 0,048%) | 100 нФ | 8,2 кОм | 68 кОм | 52,8% |
1 кГц (+ 0,048%) | 10 нФ | 8,2 кОм | 68 кОм | 52,8% |
10 кГц (+ 0,048%) | 1 нФ | 8,2 кОм | 68 кОм | 52,8% |
100 кГц (+ 0,048%) | 100 пФ | 8,2 кОм | 68 кОм | 52,8% |
В нестабильной конфигурации таймер 555 выдает непрерывный поток прямоугольных импульсов определенной частоты. Нестабильная конфигурация реализована с использованием двух резисторов, и , и одного конденсатора . В этой конфигурации управляющий вывод не используется, поэтому он подключен к земле через разделительный конденсатор 10 нФ для шунтирования электрических помех. Выводы порога и триггера подключены к конденсатору , поэтому они имеют одинаковое напряжение. Первоначально конденсатор не заряжен, поэтому на триггерный вывод подается нулевое напряжение, которое меньше трети напряжения питания. Следовательно, триггерный вывод вызывает высокий уровень на выходе и переход внутреннего разрядного транзистора в режим отсечки. Поскольку разрядный штифт больше не замкнут накоротко на землю, ток протекает через два резистора и к конденсатору, заряжающему его. Конденсатор начинает заряжаться, пока напряжение не станет равным двум третям напряжения питания. В этом случае пороговый вывод вызывает низкий уровень на выходе, а внутренний разрядный транзистор переходит в режим насыщения. Следовательно, конденсатор начинает разряжаться до тех пор, пока его напряжение не станет менее трети напряжения питания, и в этом случае триггерный вывод заставляет выходной сигнал повышаться, а внутренний разрядный транзистор снова переходит в режим отсечки.
И цикл повторяется.
р 1 {\ displaystyle R_ {1}} р 2 {\ displaystyle R_ {2}} C {\ displaystyle C} C {\ displaystyle C} C {\ displaystyle C} р 1 {\ displaystyle R_ {1}} р 2 {\ displaystyle R_ {2}} C {\ displaystyle C} р 2 {\ displaystyle R_ {2}}
В первом импульсе конденсатор заряжается от нуля до двух третей напряжения питания, однако в последующих импульсах он заряжается только от одной трети до двух третей напряжения питания. Следовательно, первый импульс имеет более длительный высокий временной интервал по сравнению с более поздними импульсами. Более того, конденсатор заряжается через оба резистора, но только разряжается , поэтому интервал высокого уровня длиннее, чем интервал низкого уровня. Это показано в следующих уравнениях. р 2 {\ displaystyle R_ {2}}
Максимальный временной интервал каждого импульса определяется выражением:
- т час я г час знак равно пер ( 2 ) ⋅ ( р 1 + р 2 ) ⋅ C {\ displaystyle t_ {high} = \ ln (2) \ cdot (R_ {1} + R_ {2}) \ cdot C}
Нижний временной интервал каждого импульса определяется как:
- т л о ш знак равно пер ( 2 ) ⋅ р 2 ⋅ C {\ displaystyle t_ {low} = \ ln (2) \ cdot R_ {2} \ cdot C}
Следовательно, частота импульса определяется выражением: ж {\ displaystyle f}
- ж знак равно 1 т час я г час + т л о ш знак равно 1 пер ( 2 ) ⋅ ( р 1 + 2 р 2 ) ⋅ C {\ displaystyle f = {\ frac {1} {t_ {high} + t_ {low}}} = {\ frac {1} {\ ln (2) \ cdot (R_ {1} + 2R_ {2}) \ cdot C}}}
а рабочий цикл (%) определяется как:
- d ты т у знак равно т час я г час т час я г час + т л о ш ⋅ 100 {\ displaystyle duty = {\ frac {t_ {high}} {t_ {high} + t_ {low}}} \ cdot 100}
где в секундах (время), в омах (сопротивление), в фарадах (емкость), это натуральный логарифм 2-й константы, которая составляет 0,693147181 (округляется до 9 конечных цифр), но обычно округляется до меньшего числа цифр в 555 таймеров и таблиц данных 0,7, 0,69 или 0,693.
т {\ displaystyle t} р {\ displaystyle R} C {\ displaystyle C} пер ( 2 ) {\ Displaystyle \ ln (2)}
Требования к резистору : р 1 {\ displaystyle R_ {1}}
- W {\ displaystyle W} мощность должна быть больше, чем в соответствии с законом Ома . р 1 {\ displaystyle R_ {1}} V c c ⋅ V c c р 1 {\ displaystyle {\ frac {V_ {cc} \ cdot V_ {cc}} {R_ {1}}}}
- В частности, для биполярных реле 555 следует избегать низких значений, чтобы выходной сигнал оставался насыщенным около нуля вольт во время разряда, как предполагает приведенное выше уравнение. В противном случае время низкого уровня на выходе будет больше, чем рассчитано выше. р 1 {\ displaystyle R_ {1}}
Первый цикл займет значительно больше , чем вычисленное время, как конденсатор должен зарядки от 0 В до 2 / 3 из V CC от включения питания, но только с 1 / 3 из V CC до 2 / 3 из V CC на последующих циклах.
Чтобы иметь время высокого выходного сигнала короче, чем время низкого уровня (т.е. рабочий цикл менее 50%), быстрый диод (например, сигнальный диод 1N4148 ) может быть размещен параллельно с R 2 , с катодом на стороне конденсатора. Это обходит R 2 во время высокой части цикла, так что высокий интервал зависит только от R 1 и C, с регулировкой, основанной на падении напряжения на диоде. Падение напряжения на диоде замедляет зарядку конденсатора, поэтому время высокого уровня больше ожидаемого и часто упоминаемого ln (2) * R 1 C = 0,693 R 1 C. Время низкого уровня будет таким же, как указано выше, 0,693 R 2 C. С байпасным диодом самое время
- т час я г час знак равно пер ( 2 V cc — 3 V диод V cc — 3 V диод ) ⋅ р 1 ⋅ C {\ displaystyle t_ {high} = \ ln \ left ({\ frac {2V _ {\ textrm {cc}} — 3V _ {\ textrm {diode}}} {V _ {\ textrm {cc}} — 3V _ {\ textrm { диод}}}} \ right) \ cdot R_ {1} \ cdot C}
где У диода , когда диод «О» тока 1 / 2 из V куб. см / R 1 , которые могут быть определены из его технического описания или путем тестирования. В качестве крайнего примера, когда V cc = 5 В и V diode = 0,7 В, максимальное время = 1,00 R 1 C, что на 45% больше, чем «ожидаемое» 0,693 R 1 C. В другом крайнем случае, когда V cc = 15 Диод V и V = 0,3 В, максимальное время = 0,725 R 1 C, что ближе к ожидаемым 0,693 R 1 C. Уравнение сводится к ожидаемым 0,693 R 1 C, если V диод = 0 В.
Моностабильный
Схема 555 в моностабильном режиме. Примеры значений R = 220 кОм, C = 100 нФ для снятия вибрации с кнопки. Форма волны в моностабильном режимеВремя | C | р |
---|---|---|
100 мкс (-0,026%) | 1 нФ | 91 кОм |
1 мс (-0,026%) | 10 нФ | 91 кОм |
10 мс (-0,026%) | 100 нФ | 91 кОм |
100 мс (-0,026%) | 1 мкФ | 91 кОм |
1 с (-0,026%) | 10 мкФ | 91 кОм |
10 с (-0,026%) | 100 мкФ | 91 кОм |
В режиме ждущего, выходной импульс заканчивается , когда напряжение на конденсаторе равно 2 / 3 напряжения питания. Ширина выходного импульса может быть увеличена или уменьшена в соответствии с потребностями конкретного применения путем регулировки значений R и C.
Выходной импульс имеет ширину т , что время, необходимое для зарядки С до 2 / 3 напряжения питания. Это дается
- т знак равно пер ( 3 ) ⋅ р ⋅ C {\ Displaystyle т = \ пер (3) \ cdot R \ cdot C}
где в секундах (время), в омах (сопротивление), в фарадах (емкость), это натуральный логарифм трех констант, равный 1,098612289 (округлено до 9 конечных цифр), но обычно округляется до меньшего количества цифр в 555 таймеров и таблиц данных как 1.1 или 1.099. т {\ displaystyle t} р {\ displaystyle R} C {\ displaystyle C} пер ( 3 ) {\ Displaystyle \ ln (3)}
При использовании микросхемы таймера в моностабильном режиме интервал времени между любыми двумя импульсами запуска должен быть больше постоянной времени RC.
Бистабильный
Схема 555 в бистабильном триггере.
В бистабильном режиме таймер 555 действует как триггер SR. Входы триггера и сброса удерживаются на высоком уровне с помощью подтягивающих резисторов, в то время как пороговый вход заземлен. В такой конфигурации мгновенное нажатие спускового крючка на землю действует как «установка» и переводит выходной контакт в V CC (высокое состояние). Притягивание входа сброса к земле действует как «сброс» и переводит выходной контакт на землю (низкое состояние). В бистабильной конфигурации временные конденсаторы не требуются. Разрядный штифт остается неподключенным или может использоваться как выход с открытым коллектором .
Триггер Шмитта
Схема 555 в режиме бистабильного триггера Шмитта. Примерные значения R1 и R2 = 100 кОм, C = 10 нФ. Затвор инвертора триггера Шмитта (нижний символ) аналогичен схеме справа Таймер 555 можно использовать для создания затвора инвертора триггера Шмитта, который преобразует шумный вход в чистый цифровой выход. Входной сигнал должен быть подключен через последовательный конденсатор, который затем подключается к контактам триггера и порога. Резистор делитель , от V CC к GND, связан с предыдущими привязанными штифтами. Контакт сброса привязан к V CC .
Пакеты
В 1972 году Signetics первоначально выпустила таймер 555 в металлических корпусах DIP- 8 и TO5 -8, а таймер 556 был выпущен в корпусе DIP-14.
В 2012 году 555 был доступен в корпусах для сквозных отверстий как DIP-8 (шаг 2,54 мм) и корпусах для поверхностного монтажа как SO-8 (шаг 1,27 мм), SSOP-8 / TSSOP -8 / VSSOP-8 (0,65 мм). с шагом мм), BGA (с шагом 0,5 мм).
В 2006 году сдвоенный таймер 556 был доступен в сквозных корпусах как DIP-14 (шаг 2,54 мм) и корпусах для поверхностного монтажа как SO-14 (шаг 1,27 мм) и SSOP-14 (шаг 0,65 мм).
MIC1555 — это таймер типа CMOS 555 с меньшим количеством контактов на три контакта, доступный в корпусе SOT23 -5 (шаг 0,95 мм) для поверхностного монтажа.
Характеристики
Эти характеристики относятся к биполярному NE555. Другие таймеры 555 могут иметь разные характеристики в зависимости от класса (промышленный, военный, медицинский и т. Д.).
Номер части | NE555 |
Процесс IC | Биполярный |
Напряжение питания ( В CC ) | От 4,5 до 16 В |
Ток питания ( V CC = +5 В) | От 3 до 6 мА |
Ток питания ( V CC = +15 В) | От 10 до 15 мА |
Выходной ток (максимальный) | 200 мА |
Максимальная рассеиваемая мощность | 600 мВт |
Потребляемая мощность (минимальная рабочая) | 30 мВт при 5 В, 225 мВт при 15 В |
Рабочая Температура | От 0 до 70 ° C |
Производные
Многочисленные компании произвели один или несколько вариантов таймеров 555, 556, 558 за последние десятилетия под разными номерами деталей. Ниже приводится неполный список:
Производитель | Номер детали |
Статус производства |
Процесс IC |
Всего таймера |
Поставка Min ( Вольт ) |
Макс.питание (вольт) |
Питание 5 В I q ( мкА ) |
Максимальная частота ( МГц ) |
Замечания | Техническая спецификация |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Индивидуальные кремниевые решения (CSS) | CSS555 | да | CMOS | 1 | 1.2 | 5.5 | 4.3 | 1.0 | Внутренняя EEPROM , требуется программист | |
Diodes Inc | ZSCT1555 | Нет | Биполярный | 1 | 0,9 | 6 | 150 | 0,33 | Разработано Camenzind | |
Японская радиокомпания (JRC) | NJM555 | Нет | Биполярный | 1 | 4.![]() |
16 | 3000 | 0,1 * | Также доступен в SIP- 8 | |
Микрочип | MIC1555 | да | CMOS | 1 * | 2,7 | 18 | 240 | 5.0 * | Ограниченные возможности, доступны только в SOT23 -5 | |
НА | MC1455 | да | Биполярный | 1 | 4.5 | 16 | 3000 | 0,1 * | — | |
Renesas | ICM7555 | да | CMOS | 1 | 2 | 18 | 40 | 1.0 | ||
Renesas | ICM7556 | да | CMOS | 2 | 2 | 18 | 80 | 1.0 | ||
Печатки | NE555 | Нет | Биполярный | 1 | 4.5 | 16 | 3000 | 0,1 * | Первый таймер 555 , DIP -8 или TO5 -8 | |
Печатки | NE556 | Нет | Биполярный | 2 | 4. |
16 | 6000 | 0,1 * | Первый таймер 556 , ДИП-14 | |
Печатки | NE558 | Нет | Биполярный | 4 * | 4.5 | 16 | 4800 * | 0,1 * | Первый таймер 558 , ДИП-16 | |
STMicroelectronics (ST) | TS555 | да | CMOS | 1 | 2 | 16 | 110 | 2,7 | — | |
Texas Instruments (TI) | LM555 | да | Биполярный | 1 | 4.5 | 16 | 3000 | 0,1 | ||
Инструменты Техаса | LM556 | Нет | Биполярный | 2 | 4.5 | 16 | 6000 | 0,1 | ||
Инструменты Техаса | LMC555 | да | CMOS | 1 | 1.![]() |
15 | 100 | 3.0 | Также доступен в DSBGA -8 | |
Инструменты Техаса | NE555 | да | Биполярный | 1 | 4.5 | 16 | 3000 | 0,1 * | — | |
Инструменты Техаса | NE556 | да | Биполярный | 2 | 4.5 | 16 | 6000 | 0,1 * | — | |
Инструменты Техаса | TLC551 | да | CMOS | 1 | 1 | 15 | 170 | 1,8 | ||
Инструменты Техаса | TLC552 | да | CMOS | 2 | 1 | 15 | 340 | 1,8 | ||
Инструменты Техаса | TLC555 | да | CMOS | 1 | 2 | 15 | 170 | 2.![]() |
— | |
Инструменты Техаса | TLC556 | да | CMOS | 2 | 2 | 15 | 340 | 2.1 | — | |
X-REL | XTR655 | да | ТАК ЧТО Я | 1 | 2,8 | 5.5 | 170 | 4.0 | Экстремальный (от -60 ° C до + 230 ° C), керамический DIP-8 или голая матрица |
- Примечания к таблице
- Вся информация в приведенной выше таблице была взята из ссылок в столбце таблицы данных, за исключением случаев, указанных ниже.
- В столбце «Всего таймера» символом «*» обозначены детали, в которых отсутствуют функции таймера 555.
- Для столбца «I q » в качестве общего напряжения было выбрано напряжение 5 В, чтобы было легче сравнивать. Значение для Signetics NE558 является приблизительным, потому что в технических данных NE558 не указано I q на уровне 5 В.
Значение, указанное в этой таблице, было оценено путем сравнения соотношения 5 В к 15 В в других таблицах данных по биполярному напряжению, а затем снижения значения параметра 15 В для детали NE558, которая обозначена знаком «*».
- В столбце «Макс. Частота» символ «*» обозначает значения, которые могут не соответствовать фактическому максимальному пределу частоты детали. В таблице данных MIC1555 обсуждаются ограничения от 1 до 5 МГц. Хотя большинство биполярных таймеров не указывают максимальную частоту в своих таблицах, все они имеют ограничение максимальной частоты в сотни кГц во всем диапазоне температур. В разделе 8.1 таблицы данных Texas Instruments NE555 указано значение 100 кГц, а их веб-сайт показывает значение 100 кГц в таблицах сравнения таймеров. В примечании 170 к приложению Signetics говорится, что большинство устройств будут генерировать колебания до 1 МГц, однако, учитывая температурную стабильность, они должны быть ограничены примерно 500 кГц. В примечаниях к применению от HFO упоминается, что при более высоких напряжениях питания максимальная рассеиваемая мощность схемы может ограничивать рабочую частоту, так как ток питания увеличивается с частотой.
- В столбце «Изготовитель» следующие производители связывают 555 производителей таймера с текущими названиями компаний.
556 двойной таймер
Распиновка сдвоенного таймера 556.Двойная версия называется 556. Она имеет два полных таймера 555 в 14-выводном корпусе; только два контакта источника питания используются двумя таймерами. В 2020 году биполярная версия была доступна как NE556, а версии CMOS были доступны как Intersil ICM7556 и Texas Instruments TLC556 и TLC552. См. Таблицу деривативов в этой статье.
558 счетверенный таймер
Матрица счетверенного таймера NE558 производства Signetics Распиновка счетчика 558. 558 внутренняя блок-схема. Он отличается от таймеров 555 и 556. Четырехканальная версия называется 558 и имеет четыре таймера с ограниченной функциональностью в 16-выводном корпусе, предназначенном в первую очередь для приложений с «моностабильным мультивибратором». В настоящее время 558 не производится крупными производителями микросхем. Детали по-прежнему доступны у ограниченного числа продавцов как « новые старые запасы » (NOS).
Неполный список отличий чипов 558 от 555:
- Один V CC и один GND, аналогичный микросхеме 556.
- Четыре «Reset» связаны внутри с одним внешним штифтом (558).
- Четыре «управляющих напряжения» связаны внутри с одним внешним контактом (558).
- Четыре «триггера» чувствительны к заднему фронту (558) вместо чувствительности к уровню (555).
- Два резистора в делителе напряжения (558) вместо трех резисторов (555).
- Один компаратор (558) вместо двух компараторов (555).
- Четыре «Выхода» относятся к типу с открытым коллектором (OC) (558) вместо двухтактного (PP) типа (555). Поскольку выходы 558 имеют открытый коллектор, требуются подтягивающие резисторы, чтобы «подтянуть» выход к шине положительного напряжения, когда выход находится в высоком состоянии. Это означает, что высокое состояние дает только небольшой ток через подтягивающий резистор.
Смотрите также
Рекомендации
дальнейшее чтение
- Книги
- 555 Эксперименты из сборника материалов по применению таймера ; 2-е изд; Говард Берлин; Публикации BPB; 218 страниц; 2008; ISBN 978-8176567909 . (1-е изд. В 1978 г.)
- Руководство по схемам таймера / генератора ; 1-е изд; Р. М. Марстон; Newnes; 276 страниц; 1990; ISBN 978-0434912919 .
- Мини-ноутбук инженера — микросхемы таймера 555 ; 3-е изд; Форрест Мимс III; Radio Shack; 33 страницы; 1989; ASIN B000MN54A6. (1-е изд в 1984 г.)
- Поваренная книга таймера IC ; 2-е изд; Уолт Юнг ; Sams Publishing; 384 страницы; 1983; ISBN 978-0672219320 . (1-е изд в 1977 г.)
- 110 проектов таймеров IC ; Жюль Гилдер; Хайден; 115 страниц; 1979; ISBN 978-0810456884 .
-
IC 555 Projects ; EA Parr; Издательство Бернарда Бабани; 144 страницы; 1978; ISBN 978-0859340472 .
- Книги с разделами по таймеру
- Даташиты
внешние ссылки
cупервизоры Maxim с ультрамалым потреблением
21 апреля 2020
Вячеслав Гавриков (г. Смоленск)
Супервизоры и сторожевые таймеры играют важную роль в обеспечении безопасной работы современных цифровых устройств. В настоящее время их в обязательном порядке встраивают в состав каждого нового семейства микроконтроллеров. Тем не менее, в ряде случаев использование внешнего супервизора дает преимущества. Например, компания Maxim Integrated предлагает супервизоры с ультрамалым потреблением, что делает их идеальным выбором для устройств с батарейным питанием.
Современные цифровые и аналоговые микросхемы отличаются очень высокой надежностью. Однако это верно только при выполнении ряда условий, в частности, при работе на предписанном участке рабочих температур и поддержании определенного диапазона питающих напряжений. К сожалению, напряжение на шине питания редко бывает идеальным. Например, при включении источника питания напряжение на его выходе может нарастать достаточно медленно. Чтобы предотвратить нестабильную работу микросхем, разработчикам приходится использовать различные защитные схемы: супервизоры, детекторы напряжения и сторожевые таймеры.
В статье рассматривается принцип действия супервизоров и сторожевых таймеров, а также анализируются основные особенности и области применения малопотребляющих микросхем MAX16056-MAX16059 и MAX16072/MAX16073/MAX16074 производства компании Maxim Integrated.
Низкое напряжение – исключительная ситуация или норма?
В документации на цифровую или аналоговую микросхему производитель в обязательном порядке указывает диапазон допустимых напряжений питания, например, 2,95…5,5 В или 1,8…3,6 В. Когда напряжение питания находится в разрешенном диапазоне, микросхема работает в штатном режиме. Что произойдет, если выйти за границы этого диапазона?
Не секрет, что при превышении максимально допустимого напряжения питания микросхема может выгореть. Однако если напряжение будет меньше нижней границы разрешенного диапазона, поведение микросхемы будет непредсказуемым и может сопровождаться повышенным потреблением, произвольным срабатыванием логических вентилей, неопределенным состоянием выходов, неожиданными перезагрузками микроконтроллера и прочим. И этот лишь некоторые примеры.
С первого взгляда кажется, что работа при пониженном напряжении встречается редко и являются чем-то исключительным. Однако это не так. Приведем лишь самые очевидные примеры.
Работа при пониженном напряжении при включении источника питания (ИП). При включении ИП напряжение на его выходе увеличивается не скачком, а нарастает с определенной скоростью. Объясняется это различными причинами, например, наличием собственного выходного емкостного фильтра, ограниченным быстродействием схемы управления регулятора напряжения, наличием входных и развязывающих конденсаторов в составе устройства. В результате на вход микросхем некоторое время подается пониженное напряжение. Для борьбы с этой проблемой часто используют детекторы напряжения (Voltage Detector или Under Voltage Detector, UVD). Детекторы напряжения запрещают работу микросхем, если напряжение питания оказывается ниже разрешенного граничного значения (Threshold Voltage).
Импульсные просадки напряжения при запуске. Так как у многих современных микросхем (аналоговых и цифровых) в составе присутствует детектор напряжения, то включение этих микросхем происходит только при определенном его уровне. Поскольку граничные напряжения у разных микросхем различны, в большинстве случаев они включаются не одновременно. С одной стороны, это хорошо, так как при одновременном включении они могут перегрузить источник питания. С другой, это приводит к возникновению локальных импульсных просадок напряжения питания, что является менее предсказуемым, а значит, более опасным явлением.
Рассмотрим пример. Пусть при включении ИП напряжение питания на входе микроконтроллера достигло разрешенного значения (например, 1,8 В), и микроконтроллер начал загружаться. Спустя несколько мкс, когда напряжение еще немного возросло, сработал детектор напряжения другого мощного потребителя, например, повышающего регулятора напряжения, который начал заряжать собственные выходные емкости. Из-за резкого увеличения нагрузки напряжение ИП на некоторое время проседает и может оказаться ниже 1,8 В. Таким образом, микроконтроллер вынуждено работает вне рамок разрешенного диапазона, и его поведение становится непредсказуемым.
Импульсные просадки напряжения при возникновении мощных помех. Просадки напряжения могут возникать не только при запуске, но и при появлении мощных помех, например, при работе двигателей или мощных радиопередатчиков.
Работа при пониженном напряжении во время разряда батареи. Очень многие современные устройства используют батарейное питание. Одним из недостатков батарей является плавное снижение выходного напряжения в процессе разряда. Возможно возникновение такой ситуации, когда напряжение батареи окажется ниже, чем допустимое напряжение питания микросхемы. Если в схеме отсутствует повышающий преобразователь, то правильная работа микросхемы окажется невозможной.
Из сказанного можно сделать два вывода. В целом, работа при пониженном напряжении является скорее нормой, чем исключительной ситуацией, и для цифровых и аналоговых микросхем это оказывается непредсказуемым. Чтобы защититься от аварийных ситуаций, разработчик должен гарантировать предсказуемое поведение устройства даже при просадках напряжения. Для этого используют специальные защитные схемы: детекторы напряжения, супервизоры и сторожевые таймеры.
Детекторы напряжения, супервизоры и сторожевые таймеры
Детектор напряжения – базовый элемент защиты от пониженных напряжений. В той или иной форме он присутствует в составе многих современных аналоговых и цифровых микросхем, начиная от микроконтроллеров и заканчивая линейными стабилизаторами. Называться эта защитная схема может по-разному, например, Undervoltage Lockout (UVLO), Programmable Voltage Detector (PVD)» и так далее.
Принцип работы детектора напряжения очень прост. Если напряжение на его входе оказывается ниже разрешенного порогового значения (Threshold Voltage), то на выходе детектора формируется запрещающий сигнал, например, сигнал сброса RESET, который блокирует работу микросхемы.
Недостатком традиционных детекторов напряжения является отсутствие задержки между превышением порогового напряжения и формированием выходного разрешающего сигнала. Это не очень хорошо при работе в зашумленной среде, так как из-за мощных помех на выходе детектора могут появляться глитчи – кратковременные сигналы. По этой причине в ответственных приложениях чаще используют супервизоры с дополнительным таймаутом по сбросу.
Супервизор – улучшенная версия детектора напряжения. Он также выполняет мониторинг напряжения питания. Однако после того как напряжение превысит разрешенное пороговое значение, супервизор формирует разрешающий сигнал на выходе не сразу, а только спустя некоторое время. Это гарантирует защиту от импульсных просадок при запуске.
На рисунке 1 представлена временная диаграмма работы супервизора на примере MAX16056. После того как напряжение питания (VCC) окажется больше, чем пороговое значение (VTH + VHYST), супервизор формирует задержку (tRP) и только после окончания задержки переводит свой выход (RESET) в высокое состояние, тем самым разрешая работу защищаемой микросхемы. Благодаря задержке включения напряжение питания гарантированно будет находиться в разрешенном диапазоне. Если же в ходе работы напряжение опустится ниже VTH, супервизор очень быстро (спустя время tRD) заблокирует работу защищаемой микросхемы, выставив сигнал низкого уровня на своем выходе. Стоит отметить, что задержка включения tRP может достигать сотен мс, тогда как время отключения tRD обычно лежит в микросекундном диапазоне.
Рис. 1. Временные диаграммы работы супервизора на примере MAX16056
Несмотря на более сложный алгоритм работы по сравнению с детекторами напряжения, супервизоры обычно имеют очень простую схему включения. На рисунке 2 показана схема подключения супервизора к микроконтроллеру на примере MAX16058. В данном случае выход супервизора соединен со входом RESET. При работе с другими микросхемами его выход может подключаться ко входам разрешения, например, ENABLE.
Рис. 2. Пример подключения супервизора к микроконтроллеру
Сторожевой таймер (watchdog). В большинстве случаев супервизор позволяет защитить устройство от непредсказуемой работы при пониженных напряжениях. К сожалению, бывают ситуации, когда возможностей супервизора недостаточно для защиты от аппаратных сбоев и зависаний. Существуют различные причины возникновения таких сбоев: зацикливания микроконтроллера и переходы по неверному адресу из-за программных ошибок, аппаратные сбои из-за внешних помех по цепям питания или цепям ввода-вывода и так далее. В таких случаях микроконтроллер перестает выполнять рабочую программу и, что гораздо хуже, не может самостоятельно выйти из этого состояния. Необходим независимый внешний инструмент, который будет сбрасывать микроконтроллер при зависаниях. Таким инструментом становится сторожевой таймер.
Принцип работы сторожевого таймера на примере микросхем MAX16056/MAX16058 показан на рисунке 3. После запуска сторожевой таймер начинает отсчитывать временную задержку (tWD). При нормальной штатной работе микроконтроллер периодически сбрасывает сторожевой таймер. Если же микроконтроллер завис и не выполнил сброс, сторожевой таймер, в свою очередь, отсчитав интервал tWD, формирует выходной сигнал (RESET) низкого уровня, тем самым сбрасывая микроконтроллер. Далее, выждав интервал (tRP), сторожевой таймер переводит свой выход в высокое состояние, разрешая работу микроконтроллера.
Рис. 3. Временные диаграммы работы сторожевого таймера на примере MAX16056/MAX16058
Таким образом, супервизор и сторожевой таймер взаимно дополняют друг друга: супервизор защищает микроконтроллер от возникновения критических ситуаций, в то время как сторожевой таймер будет полезен, если такие ситуации все-таки произошли.
Очевидно, что использование детекторов напряжения, супервизоров и сторожевых таймеров является обязательным условием надежной работы устройств. По этой причине такие компоненты часто интегрируют в состав современных микроконтроллеров. Однако в ряде случае имеет смысл использовать не встроенные, а внешние микросхемы защиты.
Супервизор: встроенный или внешний?
Большинство современных микроконтроллеров имеет встроенный сторожевой таймер и схемы мониторинга напряжения: Power-on Reset (POR), Power-down Reset (PDR) или Brown-out Reset (BOR). Как правило, это малопотребляющие схемы, относящиеся к аналоговому домену, что позволяет считать их относительно независимыми элементами микроконтроллера. Таким образом, встроенные схемы защиты обеспечивают множество преимуществ: минимизацию числа внешних компонентов, уменьшение стоимости, упрощение монтажа, уменьшение площади, занимаемой на печатной плате. Однако в ряде случаев внешний супервизор и сторожевой таймер могут оказаться более предпочтительным вариантом. Рассмотрим основные преимущества, которые дают внешние защитные микросхемы.
Повышенная надежность. Несмотря на максимальную обособленность встроенных супервизоров и сторожевых таймеров, они все-таки имеют сильную связь с исходным микроконтроллером, хотя бы потому, что они реализованы на одном кристалле. Это значит, что такие явления как перегрев, внутренние помехи и локальные пробои, возникающие в микроконтроллере, могут повредить нормальной работе защитных схем. Очевидно, что внешние супервизоры свободны от таких недостатков.
Минимальное потребление. Если изучить документацию современных микроконтроллеров, можно убедиться, что потребление встроенных супервизоров и сторожевых таймеров является чрезвычайно малым. Однако, для их нормальной работы, как правило, требуется активный источник тактирования (в случае с таймером) и интерфейс с микроконтроллером (для настройки). Очевидно, что эти «накладные расходы» повышают суммарное потребление системы. У внешних супервизоров и сторожевых таймеров таких недостатков нет, поэтому их потребление оказывается минимально возможным.
Широкий диапазон питающих напряжений. С первого взгляда это преимущество может показаться малозначительным, но на самом деле в ряде случаев оно имеет большое значение. Дело в том, что чаще всего для сброса микроконтроллеров используется сигнал RESET с активным низким уровнем и внешней подтяжкой. Обычно для формирования низкого уровня используется схема с открытым стоком. Встроенные супервизоры способны поддерживать включенное состояние выходного транзистора только в ограниченном диапазоне напряжений питания. Другими словами, если уровень напряжения питания окажется слишком низким, то транзистор закроется, в результате чего вход RESET будет подключен к шине питания через подтягивающий резистор. Это не всегда допустимо. В то же время у внешних супервизоров диапазон гарантированного удержания низкого состояния на входе может составлять 1 В.
Таким образом, если требуется обеспечить минимальное потребление и высокую надежность, то именно внешние супервизоры станут оптимальным выбором. Рассмотрим в качестве примера таких малопотребляющих микросхем супервизоры MAX16056/57/58/59 и MAX16072/73/74 производства компании Maxim Integrated.
Малопотребляющие супервизоры MAX16072/MAX16073/MAX16074
MAX16072/73/74 – семейство сверхкомпактных и малопотребляющих супервизоров, позволяющих обеспечить надежную работу микросхем с диапазоном рабочих напряжений 1,8…3,6 В. Главным достоинством этой серии является сверхмалое типовое потребление – всего 700 нА. Причем во всем диапазоне рабочих напряжений 1,2…5,5 В потребление супервизоров не превышает 2 мкА.
Микросхемы выпускаются в сверхкомпактном четырехвыводном корпусе UCSP размером всего 1х1 мм. Несмотря на столь малые габариты, в составе этих супервизоров присутствует собственный ИОН, компаратор и резистивные делители, задающие пороговые напряжения и длительность задержек. В результате, типовая схема включения MAX16072/73/74 содержит минимум внешних компонентов (рисунок 4).
Рис. 4. Типовая схема включения сверхкомпактных и малопотребляющих супервизоров MAX16072/73/74
Между собой модели MAX16072/73/74 отличаются типами выхода (рисунок 5):
- MAX16072 – супервизор со встроенной подтяжкой (push-pull) и активным низким уровнем выходного сигнала;
- MAX16073 – супервизор со встроенной подтяжкой (push-pull) и активным высоким уровнем выходного сигнала;
- MAX16074 – супервизор, имеющий выход с открытым стоком (open drain) и активный низкий уровнь выходного сигнала.
Рис. 5. Структура выхода супервизоров MAX16072/73/74
Кроме автоматического сброса при пониженных напряжениях эти супервизоры позволяют выполнять сброс от внешнего источника с помощью входа MR с активным низким уровнем (рисунок 6). Из диаграммы видно, что на этом входе реализована дополнительная защита от глитчей, то есть кратковременных ложных сигналов. Минимальная длительность сигнала MR для выполнения сброса должна превышать 100 нс (tegr), а минимальная длительность сигнала MR для деактивации сигнала сброса должна быть не менее 0,8 мкс.
Рис. 6. Временная диаграмма работы супервизора MAX16072
При увеличении напряжения выше порогового значения (VTH + VHYST) супервизор формирует задержку (tRP), после окончания которой переводит выход (RESET) в высокое состояние. Длительность задержки и пороговое напряжение определяются встроенными резистивными делителями, которые, в свою очередь, зависят от модели супервизора. Пользователям доступны модели с пороговыми напряжениями 1,54…3,0 В (с шагом 100 мВ и погрешностью 2,5 %) и задержкой включения 80 мкс/13 мс/52 мс/210 мс.
Отдельно стоит отметить, что производитель гарантирует поддержание активного уровня сигнала сброса даже при напряжении питания всего 1 В.
Диапазон рабочих температур для данного семейства составляет -40…85°С. Таким образом, с учетом компактных габаритов и низкого потребления, супервизоры MAX16072/73/74 становятся отличным выбором для коммерческих приложений с батарейным питанием, таких как плееры, цифровые камеры, фотоаппараты, смартфоны и так далее.
Малопотребляющие супервизоры
MAX16056/57/58/59 – серия супервизоров со сверхнизким потреблением: всего 125 нА. Данные микросхемы способны работать с диапазоном питающих напряжений 1,1…5,5 В. Уровень порогового напряжения для этих супервизоров задается производителем в диапазоне 1,575…4,625 В (с шагом примерно 100 мВ). Кроме того, разработчик может самостоятельно задавать время сброса с помощью внешнего конденсатора, подключаемого ко входу SRT. Супервизоры MAX16056/58 имеют в своем составе встроенный сторожевой таймер, период работы которого также задается с помощью внешнего конденсатора, подключаемого ко входу SWT (рисунок 7).
Рис. 7. Типовая схема включения на примере MAX16056
Между собой супервизоры отличаются корпусами, типами выхода, наличием сторожевого таймера и значениями пороговых напряжений:
- MAX16056 – супервизор со встроенной подтяжкой (push-pull) и сторожевым таймером, выполненный в восьмивыводном корпусе TDFN-EP;
- MAX16057 – супервизор со встроенной подтяжкой (push-pull), без сторожевого таймера, выполненный в шестивыводном корпусе TDFN-EP;
- MAX16058 – супервизор с выходом с открытым стоком (open drain) и сторожевым таймером, выполненный в восьмивыводном корпусе TDFN-EP;
- MAX16059 – супервизор с выходом с открытым стоком (open drain), без сторожевого таймера, выполненный в шестивыводном корпусе TDFN-EP;
Пороговое напряжение этих супервизоров программируется при производстве в диапазоне 1,575…4,625 В (с шагом примерно 100 мВ). {-9} \times 3.5\:мс}\right]+0.5\times 9.5\:мс=1790.8\:мс.$$
В документации на эти супервизоры представлены таблицы, в которых указаны готовые результаты расчетов задержек и соответствующие номиналы времязадающих конденсаторов.
Главным достоинством данной серии супервизоров является их сверхмалое типовое потребление. составляющее всего 125 нА. При этом потребление не превышает 500 нА во всем диапазоне рабочих температур. Для дополнительно уменьшения потребления вместо внешнего резистора можно использовать транзистор, как показано на рисунке 8.
Рис. 8. Для снижения потребления можно отказаться от традиционного подтягивающего резистора
Минимальные габариты и сверхмалое потребление делают супервизоры MAX16056/57/58/59 идеальным выбором для сверхкомпактных устройств с батарейным питанием, таких, например, как слуховые аппараты (рисунок 9). Эти микросхемы также будут востребованы в приложениях с повышенными требованиями к уровню безопасности, например, в промышленности, энергетике и медицинской отрасли.
Рис. 9. Пример целевого приложения для супервизоров MAX16056–MAX16059
Заключение
Супервизоры и сторожевые таймеры являются неотъемлемыми элементами современных электронных приборов. Они позволяют гарантировать предсказуемую работу устройств даже при пониженных напряжениях и при возникновении зависаний микроконтроллеров.
Во многих случаях для защиты микроконтроллеров будет достаточно встроенных супервизоров и сторожевых таймеров, однако при необходимости обеспечить максимальную надежность и минимальное потребление лучшим выбором станут внешние защитные микросхемы. Примером таких сверхмалопотребляющих супервизоров являются MAX16056/57/58/59 и MAX16072/73/74 производства компании Maxim Integrated.
Литература
- CPU supervisors: frequently asked questions (FAQS)
- John DiCristina. Introduction to hearing AIDS and important design considerations
•••
Наши информационные каналы
Триггер на 555 микросхеме
История создания очень популярной микросхемы и описание ее внутреннего устройства
Одной из легенд электроники является микросхема интегрального таймера NE555. Разработана она была в далеком 1972 году. Таким долгожительством может гордиться далеко не каждая микросхема и даже не каждый транзистор. Так что же такого особенного в этой микросхеме, имеющей в своей маркировке три пятерки?
Серийный выпуск микросхемы NE555 начала компания Signetics ровно через год после того, как ее разработал Ганс Р. Камензинд. Самым удивительным в этой истории было то, что на тот момент времени Камензинд был практически безработным: он уволился из компании PR Mallory, но устроиться никуда не успел. По сути дела это была «домашняя заготовка».
Микросхема увидела свет и получила столь большую известность и популярность благодаря стараниям менеджера фирмы Signetics Арта Фьюри бывшего, конечно, приятелем Камензинда. Раньше он работал в фирме General Electric, поэтому знал рынок электроники, что там требуется, и чем можно привлечь внимание потенциального покупателя.
По воспоминаниям Камензинда А. Фьюри был настоящим энтузиастом и любителем своего дела. Дома у него была целая лаборатория, заполненная радиокомпонентами, где он и проводил различные исследования и опыты. Это давало возможность накапливать огромный практический опыт и углублять теоретические познания.
В то время продукция фирмы Signetics именовалась в виде «5**», и опытный, обладавший сверхъестественным чутьем в вопросах рынка электроники А. Фьюри, решил, что маркировка 555 (три пятерки) будет для новой микросхемы как нельзя кстати. И он не ошибся: микросхема пошла просто нарасхват, она стала, пожалуй, самой массовой за всю историю создания микросхем. Самое интересное, что свою актуальность микросхема не утратила и по сей день.
Несколько позднее в маркировке микросхемы появились две буквы, она стала называться NE555. Но поскольку в те времена в системе патентования существовала полная неразбериха, то интегральный таймер бросились выпускать все, кому не лень, естественно, поставив перед тремя пятерками другие (читай свои) буквы. Позднее на базе таймера 555 были разработаны сдвоенные (IN556N) и счетверенные (IN558N) таймеры, естественно, в более многовыводных корпусах. Но за основу был взят все тот же NE555.
Рис. 1. Интегральный таймер NE555
555 в СССР
Первое описание 555 в отечественной радиотехнической литературе появилось уже в 1975 году в журнале «Электроника». Авторы статьи отмечали тот факт, что эта микросхема будет пользоваться не меньшей популярностью, чем широко известные уже в то время операционные усилители. И они нисколько не ошиблись. Микросхема позволяла создавать очень простые конструкции, причем, практически все они начинали работать сразу, без мучительной наладки. А ведь известно, что повторяемость конструкции в домашних условиях возрастает пропорционально квадрату ее «простоты».
В Советском Союзе в конце 80 – х годов был разработан полный аналог 555, получивший название КР1006ВИ1. Первое промышленное применение отечественного аналога было в видеомагнитофоне «Электроника ВМ12».
Производители микросхемы NE555:
Внутреннее устройство микросхемы NE555
Прежде, чем схватиться за паяльник и начать сборку конструкции на интегральном таймере, давайте сначала разберемся, что там внутри и как все это работает. После этого понять, как работает конкретная практическая схема, будет намного проще.
Внутри интегрального таймера содержится свыше двадцати транзисторов, соединение которых показано на рисунке – http://electrik.info/555ic.jpg
Как видно, принципиальная схема достаточно сложна, и приведена здесь лишь для общей информации. Ведь все равно в нее паяльником не влезешь, отремонтировать ее не удастся. Собственно говоря, именно так выглядят изнутри и все другие микросхемы, как цифровые, так и аналоговые (см. – Легендарные аналоговые микросхемы). Уж такова технология производства интегральных схем. Разобраться в логике работы устройства в целом по такой схеме тоже не удастся, поэтому ниже показана функциональная схема и приводится ее описание.
Технические данные
Но, перед тем как разбираться с логикой работы микросхемы, наверно, следует привести ее электрические параметры. Диапазон питающих напряжений достаточно широк 4,5…18В, а выходной ток может достигать 200мА, что позволяет использовать в качестве нагрузки даже маломощные реле. Сама же микросхема потребляет совсем немного: к току нагрузки добавляется всего 3…6мА. При этом точность собственно таймера от питающего напряжения практически не зависит, – всего 1 процент от расчетного значения. Дрейф составляет всего 0,1%/вольт. Также невелик и температурный дрейф – всего 0, 005%/°C. Как видно, все достаточно стабильно.
Функциональная схема NE555 (КР1006ВИ1)
Как было сказано выше, в СССР сделали аналог буржуйской NE555 и назвали его КР1006ВИ1. Аналог получился очень даже удачный, ничуть не хуже оригинала, поэтому использовать его можно, без всяких опасений и сомнений. На рисунке 3 показана функциональная схема интегрального таймера КР1006ВИ1. Она же полностью соответствует микросхеме NE555.
Рисунок 3. Функциональная схема интегрального таймера КР1006ВИ1
Сама микросхема не так уж и велика, – выпускается в восьмивыводном корпусе DIP8, а также в малогабаритном SOIC8. Последнее говорит о том, что 555 может использоваться для SMD – монтажа, другими словами интерес к ней у разработчиков сохранился до сих пор.
Внутри микросхемы элементов тоже немного. Основным является самый обычный RS – триггер DD1. При подаче логической единицы на вход R триггер сбрасывается в ноль, а при подаче логической единицы на вход S, естественно, устанавливается в единицу. Для формирования управляющих сигналов на RS – входах служит специальная схема на компараторах, о которой будет рассказано несколько позже.
Физические уровни логической единицы зависят, конечно, от используемого напряжения питания и практически составляют от Uпит/2 почти до полного Uпит. Примерно такое же соотношение наблюдается и у логических микросхем структуры КМОП. Логический же ноль находится, как обычно, в пределах 0…0,4В. Но эти уровни находятся внутри микросхемы, о них можно только догадываться, но руками их не пощупать, глазами не увидеть.
Выходной каскад
Для увеличения нагрузочной способности микросхемы, к выходу триггера подключен мощный выходной каскад на транзисторах VT1, VT2.
Если RS – триггер сброшен, то на выходе (вывод 3) присутствует напряжение логического нуля, т. е. открыт транзистор VT2. В случае, когда триггер установлен на выходе также уровень логической единицы.
Выходной каскад выполнен по двухтактной схеме, что позволяет подключать нагрузку между выходом и общим проводом (выводы 3,1) или шиной питания (выводы 3,8).
Небольшое замечание по выходному каскаду. При ремонте и наладке устройств на цифровых микросхемах одним из методов проверки схемы является подача на входы и выходы микросхем сигнала низкого уровня. Как правило, это делается замыканием на общий провод этих самых входов и выходов с помощью швейной иголки, при этом, не принося никакого вреда микросхемам.
В некоторых схемах питание NE555 составляет 5В, поэтому создается впечатление, что это тоже цифровая логика и с ней тоже можно обходиться достаточно вольно. Но на самом деле это не так. В случае с микросхемой 555, точнее с ее двухтактным выходом, такие «опыты» делать нельзя: если выходной транзистор VT1 в этот момент окажется в открытом состоянии, то получится короткое замыкание и транзистор просто сгорит. А уж если питающее напряжение будет близко к максимальному, то плачевный финал просто неизбежен.
Дополнительный транзистор (вывод 7)
Кроме упомянутых транзисторов имеется еще транзистор VT3. Коллектор этого транзистора соединен с выводом микросхемы 7 «Разрядка». Его назначение разряжать времязадающий конденсатор при использовании микросхемы в качестве генератора импульсов. Разряд конденсатора происходит в момент сброса триггера DD1. Если вспомнить описание триггера, то на инверсном выходе (обозначен на схеме кружком) в этот момент имеется логическая единица, приводящая к открыванию транзистора VT3.
О сигнале сброс (вывод 4)
Сбросить триггер можно в любой момент, – у сигнала «сброс» высокий приоритет. Для этого существует специальный вход R (вывод 4), обозначенный на рисунке как Uсбр. Как можно понять из рисунка сброс произойдет, если на 4 вывод подать импульс низкого уровня, не более 0,7В. При этом на выходе микросхемы (вывод 3) появится напряжение низкого уровня.
В тех случаях, когда этим входом не пользуются, на него подают уровень логической единицы, чтобы избавиться от импульсных помех. Проще всего это сделать, подключив вывод 4 напрямую к шине питания. Ни в коем случае нельзя оставлять его, что называется, в «воздухе». Потом долго придется удивляться и раздумывать, а почему же схема работает столь нестабильно?
Замечания о триггере «вообще»
Чтобы не запутаться совсем, в каком состоянии находится триггер, следует напомнить о том, что в рассуждениях о триггере всегда принимается во внимание состояние его прямого выхода. Уж, если сказано, что триггер «установлен», то на прямом выходе состояние логической единицы. Если говорят, что триггер «сброшен», – на прямом выходе непременно состояние логического нуля.
На инверсном выходе (отмечен маленьким кружком) все будет с точностью до наоборот, поэтому, часто выход триггера называют парафазным. Чтобы не перепутать все еще раз, об этом больше говорить не будем.
Тот, кто внимательно дочитал вот до этого места, может спросить: «Позвольте, ведь это же просто триггер с мощным транзисторным каскадом на выходе. А где же собственно сам таймер?» И будет прав, поскольку до таймера дело еще и не дошло. Чтобы получился таймер его отец – создатель Ганс Р. Камензинд изобрел оригинальный способ управления этим триггером. Вся хитрость этого способа заключается в формировании сигналов управления.
Формирование сигналов на RS – входах триггера
Итак, что же у нас получилось? Всем делом внутри таймера заправляет триггер DD1: если он установлен в единицу, – на выходе микросхемы напряжение высокого уровня, а если сброшен, то на выводе 3 низкий уровень и вдобавок открыт транзистор VT3. Назначение этого транзистора – разряд времязадающего конденсатора в схеме, например, генератора импульсов.
Управление триггером DD1 осуществляется с помощью компараторов DA1 и DA2. Для того, чтобы управлять работой триггера на выходах компараторов нужно получить сигналы R и S высокого уровня. На один из входов каждого компаратора подано опорное напряжение, которое формируется прецизионным делителем на резисторах R1…R3. Сопротивление резисторов одинаково, поэтому поданное на них напряжение делится на 3 равные части.
Формирование сигналов управления триггером
Запуск таймера
На прямой вход компаратора DA2 подано опорное напряжение величиной 1/3U, а внешнее напряжение запуска таймера Uзап через вывод 2 подано на инверсный вход компаратора. Для того, чтобы воздействовать на вход S триггера DD1 на выходе этого компаратора необходимо получить высокий уровень. Это возможно в том случае, если напряжение Uзап будет находиться в пределах 0…1/3U.
Даже кратковременный импульс такого напряжения вызовет срабатывание триггера DD1 и появление на выходе таймера напряжения высокого уровня. Если на вход Uзап воздействовать напряжением выше 1/3U и вплоть до напряжения питания, то никаких изменений на выходе микросхемы не произойдет.
Останов таймера
Для останова таймера надо просто сбросить внутренний триггер DD1, а для этого на выходе компаратора DA1 сформировать сигнал R высокого уровня. Компаратор DA1 включен несколько иначе, чем DA2. Опорное напряжение величиной 2/3U подано на инвертирующий вход, а управляющий сигнал «Порог срабатывания» Uпор подан на прямой вход.
При таком включении высокий уровень на выходе компаратора DA1 возникнет лишь тогда, когда напряжение Uпор на прямом входе превысит опорное напряжение 2/3U на инвертирующем. В этом случае произойдет сброс триггера DD1, а на выходе микросхемы (вывод 3) установится сигнал низкого уровня. Также произойдет открывание «разрядного» транзистора VT3, который и разрядит времязадающий конденсатор.
Если входное напряжение находится в пределах 1/3U…2/3U, не сработает ни один из компараторов, изменение состояния на выходе таймера не произойдет. В цифровой технике такое напряжение называется «серый уровень». Если просто соединить выводы 2 и 6, то получится компаратор с уровнями срабатывания 1/3U и 2/3U. И даже без единой дополнительной детали!
Изменение опорного напряжения
Вывод 5, обозначенный на рисунке как Uобр, предназначен для контроля опорного напряжения или его изменения с помощью дополнительных резисторов. Также на этот вход возможна подача управляющего напряжения, благодаря чему возможно получения частотно или фазо модулированного сигнала. Но чаще этот вывод не используется, а для уменьшения влияния помех соединяется с общим проводом через конденсатор небольшой емкости.
Питание микросхемы осуществляется через выводы 1 – GND, 2 +U.
Вот собственно описание интегрального таймера NE555. На таймере собрано множество всяких схем, которые будут рассмотрены в следующих статьях.
Триггер — это радиоэлектронный элемент, который может находиться в двух стабильных состояния. Переход его из одного состояния в другое осуществляется по причине изменения входных сигналов. Триггеры составляют основу счетчиков импульсов, различных делителей частоты и других составляющих большинства микросхем.
Ознакомившись с конструктивной схемой таймера NE555, можно заметить, что он имеет внутри RS-триггер. Управление им можно осуществлять посредством трех выводов. К тому же вход Е (вывод таймера 4) является первостепенным и может применяться для остановки работы и сброса RS-триггера. Альтернативное представление микросхемы при таком ее применении изображено на следующем рисунке.
Таблица истинности RS-триггера
Х — любое состояние; * — запрещенное состояние.
При использовании для кнопки коротких проводов, сопротивление R2 устанавливать не обязательно. Для управления, электрические сигналы на все три входа RS-триггера могут передаваться прямо с выходов различных логических элементов. В таком случае потребность в добавочных резисторах отпадает.
Если же на выводы 6 и 2 таймера NE555 подать постоянное напряжение 0,5 Uп, то появляется возможность осуществлять управление RS-триггером с помощью входа 5.
После непродолжительного нажатия на любую кнопку на выходе 3 таймера NE555 будет сохраняться соответствующий сигнал. Допустимо также применение внеочередного сброса триггера путем подачей сигнала нулевого уровня на вывод 4.
Таймер NE555 является, пожалуй, самой популярной интегральной микросхемой своего времени. Несмотря на то, что он был разработан более 40 лет назад (в 1972 году) он до сих пор выпускается многими производителями. В этой статье, постараемся подробно осветить вопросы описания и применения таймера NE555.
Умные соединения компаратора, сбрасываемый триггер и инвертирующий усилитель в одной монолитной интегральной микросхеме, наряду с несколькими другими элементами породили почти бессмертные схемы устройств, которые сегодня используется многими радиолюбителями.
555 Таймер был разработан американской компанией Signetics в 1972 году и зарегистрирован на мировом рынке. Два года спустя той же компании был разработана микросхема с обозначением 556, которая объединила в себе два отдельных таймера NE555 имеющих только общие выводы по питанию. Еще позже были разработаны микросхемы 557, 558 и 559 с применением до четырех таймеров NE555 в одном корпусе.
Но позже они были сняты с производства и почти забыты.
Интегральная микросхема NE555 разрабатывалась в качестве таймера и содержит в себе комбинацию аналоговых и цифровых элементов в одном кристалле. Выпускается в различном исполнении, начиная от классического DIP корпуса стандартного и SOIC для SMD монтажа и до миниатюрного корпуса версии SSOP или SOT23-5. (Цены на таймер NE555)
Таймер NE555, кроме стандартного исполнения производиться так же в маломощном CMOS исполнении. Схема электропитания NE555 составляет от 4,5 до 15 вольт (18 вольт максимум), а CMOS вариант использует питание от 3 вольт. Максимальная выходная нагрузка выхода для NE555 200мА, у версии маломощного таймера только 20 мА при 9 вольт.
Стабильность работы стандартной версии 555 сильно зависит от качества источника питания. Это не так сильно сказывается в простых схемах с применением таймера, однако, в более сложных конструкциях, желательно устанавливать буферный конденсатор по цепи питания емкостью 100 мкф.
Основные характеристики интегрального таймера NE555
- Максимальная частота более чем 500 кГц.
- Длина одного импульса от 1 мсек до часа.
- Может работать в режиме моностабильного мультвибратора.
- Высокий выходной ток (до 200 мА)
- Регулируемая скважность импульса (отношение периода импульса к его длительности).
- Совместимость с TTL уровнями.
- Температурная стабильность 0,005% на 1 градус Цельсия.
Микросхема NE555 в своем составе содержит чуть более 20 транзисторов и 10 резисторов. На следующем рисунке приводится структурная схема таймера от Philips Semiconductors.
В следующей таблице перечислены основные свойства NE555
Назначение выводов таймера NE555
№2 — Запуск (триггер)
Триггер переключается, если на этом выводе напряжение упадет ниже 1/3 напряжения питания. Данный вывод имеет высокое входное сопротивление, более 2 мОм. В нестабильном режиме используется для контроля напряжения на времязадающем конденсаторе, в бистабильном режиме к нему подключается элемент коммутации, например, кнопка.
№4 – Сброс
Если напряжение на этом выводе ниже 0,7 вольт, то происходит сброс внутреннего компаратора. В случае неиспользования, на данный вывод таймера NE555 необходимо подать напряжение питания. Сопротивление вывода составляет около 10 кОм.
№5 — Контроль
Может использоваться для регулировки длительности импульсов на выходе путем подачи напряжения 2/3 от напряжения питания. Если это вывод не используется, то его желательно подключить к минусу источника питания через конденсатор 0,01 мкф.
№6 — Стоп (компаратор)
Останавливает функционирование таймера, если напряжение на этом выводе будет выше 2/3 напряжения питания. Вывод имеет высокое входное сопротивление, более 10 мОм. Он обычно используется для измерения напряжения на времязадающем конденсаторе.
№7 — Разряд
Вывод через внутренний транзистор подключается к «земле», когда внутренний триггер находится в активном состоянии. Вывод (открытый коллектор) используется в основном для разряда времязадающего конденсатора.
№3 – Выход
Микросхема NE555 имеет всего один выход с током до 200 мА. Это значительно больше, чем у обычных интегральных микросхем. Вывод способен управлять, например, светодиодами (с токоограничивающим резистором), небольшими лампочками, пьезоэлектрическим преобразователем, динамиком (с конденсатором), электромагнитным реле (с защитным диодом) или даже маломощными двигателями постоянного тока. Если требуется более высокий выходной ток, то можно подключить подходящий транзистор в качестве усилителя.
Таймер NE555 — схема включения
Способность вывода 3 таймера NE555 создавать как высокий уровень напряжения, так и низкий (практически 0 вольт) позволяет управлять нагрузкой подключенной как к минусу питания, так и к плюсу. Как пример, подключение светодиодов. Это, конечно, не является обязательным требованием, и нагрузка (светодиод) может быть подключен либо к минусу, либо плюсу питания.
Если таймер NE555 работает в нестабильном состоянии (режим генератора), то к выходу его можно подключить динамик. Он подключается после разделительного конденсатора (например, 100 мкф) и должен иметь сопротивление не менее 64 Ом из-за ограниченного максимального тока нагрузки выхода таймера. Конденсатор предназначен для отделения постоянной составляющей сигнала и проводит только аудиосигнал.
Динамик с сопротивлением катушки ниже чем 64 Ом можно подключить либо через конденсатор с меньшей емкостью (реактивное сопротивление), являющегося дополнительным сопротивлением либо с помощью усилителя. Усилитель также может быть использован для подключения более мощного громкоговорителя.
Как и все интегральных микросхемы, выход таймера NE555 управляющий индуктивной нагрузкой (реле) должен быть защищена от скачков повышенного напряжения, созданное в индуктивности в момент отключения. Диод (например, 1N4148) всегда подключается параллельно к катушке реле в обратном направлении.
Однако, для микросхемы NE555 требуется второй диод, включенный последовательно с катушкой реле. Он ограничивает низкое напряжение, которое находится на выходе 3 таймера и предотвращает возбуждение реле небольшим током.
Таким диодом может быть, например, 1N4001 (1N4148 диод не подходит) либо светодиод.
Теория и практика применения таймера 555. Часть первая.
РадиоКот >Статьи >Теория и практика применения таймера 555. Часть первая.
Наверное нет такого радиолюбителя (Мяу, и его кота! — Здесь и далее прим. Кота), который не использовал бы в своей практике эту замечательную микросхему. Ну а уж слышали о ней так точно все.
Её история началась в 1971 году, когда компания Signetics Corporation выпустила микросхему SE555/NE555 под названием «Интегральный таймер» (The IC Time Machine).
На тот момент это была единственная «таймерная» микросхема доступная массовому потребителю. Сразу после поступления в продажу микросхема завоевала бешеную популярность и среди любителей и среди профессионалов. Появилась куча статей, описаний, схем, использующих сей девайс.
За прошедшие 35 лет практически каждый уважающий себя производитель полупроводников считал свои долгом выпустить свою версию этой микросхемы, в том числе и по более современным техпроцессам. Например, компания Motorola выпускает CMOS версию MC1455. Но при всем при этом в функциональности и расположении выводов никаких различий у всех этих версий нет. Все они полные аналоги друг друга.
Наши отечественные производители тоже не остались в стороне и выпускают эту микросхему под названием КР1006ВИ1.
А вот список заморских производителей, которые выпускают таймер 555 и их коммерческие обозначения:
Производитель |
Название микросхемы |
ECG Philips |
ECG955M |
Exar |
XR-555 |
Fairchild |
NE555 |
Harris |
HA555 |
Intersil |
SE555/NE555 |
Lithic Systems |
LC555 |
Maxim |
ICM7555 |
Motorola |
MC1455/MC1555 |
National |
LM1455/LM555C |
NTE Silvania |
NTE955M |
Raytheon |
RM555/RC555 |
RCA |
CA555/CA555C |
Sanyo |
LC7555 |
Texas Instruments |
SN52555/SN72555 |
В некоторых случаях указано два названия. Это означает, что выпускается две версии микросхемы — гражданская, для коммерческого применения и военная. Военная версия отличается большей точностью, широким диапазоном рабочих температур и выпускается в металлическом или керамическом корпусе. Ну и дороже, разумеется.
Начнем с корпуса и выводов.
Микросхема выпускается в двух типах корпусов — пластиковом DIP и круглом металлическом. Правда, в металлическом корпусе она все же выпускалась — сейчас остались только DIP-корпуса. Но на случай, если вам вдруг достанется такое счастье, привожу оба рисунка корпуса. Назначения выводов одинаковые в обоих корпусах. Помимо стандартных, выпускается еще две разновидности микросхем — 556 и 558. 556 — это сдвоенная версия таймера, 558 — счетверенная.
Функциональная схема таймера показана на рисунке прямо над этим предложением.
Микросхема содержит около 20 транзисторов, 15 резисторов, 2 диода. Состав и количество компонентов могут несущественно меняться в зависимости от производителя.
Выходной ток может достигать 200 мА, потребляемый — на 3- 6 мА больше. Напряжение питания может изменяться от 4,5 до 18 вольт. При этом точность таймера практически не зависит от изменения напряжения питания и составляет 1% от расчетного. Дрейф составляет 0,1%/вольт, а температурный дрейф — 0,005%/С.
Теперь мы посмотрим на принципиальную схему таймера и перемоем ему кости, вернее ноги — какой вывод для чего нужен и что все это значит.
Итак, выводы (Мяу! Это он про ноги…):
1. Земля. Особо комментировать тут нечего — вывод, который подключается к минусу питания и к общему проводу схемы.
2. Запуск.
Вход компаратора №2. При подаче на этот вход импульса низкого уровня (не более 1/3 Vпит) таймер запускается и на выходе устанавливается напряжение высокого уровня на время, которое определяется внешним сопротивлением R (Ra+Rb, см. функциональную схему) и конденсатором С — это так называемый режим моностабильного мультивибратора. Входной импульс может быть как прямоугольным, так и синусоидальным. Главное, чтобы по длительности он был короче, чем время заряда конденсатора С. Если же входной импульс по длительности все-таки превысит это время, то выход микросхемы будет оставаться в состоянии высокого уровня до тех пор, пока на входе не установится опять высокий уровень. Ток, потребляемый входом, не превышает 500нА.
3. Выход. Выходное напряжение меняется вместе с напряжением питания и равно Vпит-1,7В (высокий уровень на выходе). При низком уровне выходное напряжение равно примерно 0,25в (при напряжении питания +5в). Переключение между состояниями низкий — высокий уровень происходит приблизительно за 100 нс.
4. Сброс.
При подаче на этот вывод напряжения низкого уровня (не более 0,7в) происходит сброс выхода в состояние низкого уровня не зависимо от того, в каком режиме находится таймер на данный момент и чем он занимается. Reset, знаете ли, он и в Африке reset. Входное напряжение не зависит от величины напряжения питания — это TTL-совместимый вход. Для предотвращения случайных сбросов этот вывод настоятельно рекомендуется подключить к плюсу питания, пока в нем нет необходимости.
5. Контроль.
Этот вывод позволяет получить доступ к опорному напряжению компаратора №1, которое равно 2/3Vпит. Обычно, этот вывод не используется. Однако его использование может весьма существенно расширить возможности управления таймером. Все дело в том, что подачей напряжения на этот вывод можно управлять длительностью выходных импульсов таймера и таким образом, забить на RC времязадающую цепочку. Подаваемое напряжение на этот вход в режиме моностабильного мультивибратора может составлять от 45% до 90% напряжения питания. А в режиме мультивибратора от 1,7в до напряжения питания. При этом мы получаем ЧМ (FM) модулированный сигнал на выходе. Если же этот вывод таки не используется, то его рекомендуется подключить к общему проводу через конденсатор 0,01мкФ (10нФ) для уменьшения уровня помех и всяких других неприятностей.
6. Останов. Этот вывод является одним из входов компаратора №1. Он используется как эдакий антипод вывода 2. То есть используется для остановки таймера и приведения выхода в состояние (Мяу! Тихой паники?!) низкого уровня. При подаче импульса высокого уровня (не менее 2/3 напряжения питания), таймер останавливается, и выход сбрасывается в состояние низкого уровня. Так же как и на вывод 2, на этот вывод можно подавать как прямоугольные импульсы, так и синусоидальные.
7. Разряд.
Этот вывод подсоединен к коллектору транзистора Т6, эмиттер которого соединен с землей. Таким образом, при открытом транзисторе конденсатор С разряжается через переход коллектор-эмиттер и остается в разряженном состоянии пока не закроется транзистор. Транзистор открыт, когда на выходе микросхемы низкий уровень и закрыт, когда выход активен, то есть на нем высокий уровень. Этот вывод может также применяться как вспомогательный выход. Нагрузочная способность его примерно такая же, как и у обычного выхода таймера.
8. Плюс питания. Как и в случае с выводом 1 особо ничего не скажешь. Напряжение питания таймера может находиться в пределах 4,5-16 вольт. У военных версий микросхемы верхний диапазон находится на уровне 18 вольт.
Впитали? Едем дальше.
Большинство таймеров нуждаются во времязадающей цепочке, обычно состоящей из резистора и конденсатора. Таймер 555 не исключение. Давайте посмотрим на диаграмму работы микросхемы.
Итак, предположим, что мы подали питание на микросхему. Вход находится в состоянии высокого уровня, на выходе — низкий уровень, конденсатор С разряжен. Все спокойно, все спят. И тут БАХ — мы подаем серию прямоугольных импульсов на вход таймера. Что происходит?
Первый же импульс низкого уровня переключает выход таймера в состояние высокого уровня. Транзистор Т6 закрывается и конденсатор начинает заряжаться через резистор R. Все то время пока конденсатор заряжается, выход таймера остается во включенном состоянии — на нем сохраняется высокий уровень напряжения. Как только конденсатор зарядится до 2/3 напряжения питания, выход микросхемы выключается и на нем появляется низкий уровень. Транзистор T6 открывается и конденсатор С разряжается.
Однако есть два нюанса, которые показаны на графике пунктирными линиями.
Первый — если после окончания заряда конденсатора на входе сохраняется низкий уровень напряжения — в таком случае выход остается активным — на нем сохраняется высокий уровень до тех пор, пока на входе не появится высокий уровень. Второй — если мы активируем вход Сброс напряжением низкого уровня. В этом случае выход сразу же выключится, не смотря на то, что конденсатор все еще заряжается.
Так, лирическую часть закончили — перейдем к суровым цифрам и расчетам. Как же нам определить время, на которое будет включаться таймер и номиналы RC цепочки, необходимые для задания этого времени?
Время, за которое конденсатор заряжается до 63,2% (2/3) напряжения питания называется временной константой, обозначим её буковкой t. Вычисляется это время потрясающей по своей сложности формулой.
Вот она:
t = R*C, где R — сопротивление резистора в МегаОм-ах, С — емкость конденсатора в микроФарад-ах. Время получается в секундах.
К формуле мы еще вернемся, когда будем подробно рассматривать режимы работы таймера. А сейчас пока посмотрим на простенький тестер для этой микросхемы, который запросто скажет вам — работает ваш экземпляр таймера или нет.
Если после включения питания мигают оба светодиода — значит все хорошо и микросхема во вполне рабочем состоянии. Если же хотя бы один из диодов не горит или наоборот — горит постоянно, значит такую микросхемы можно спустить в унитаз с чистой совестью или вернуть назад продавцу, если вы её только что купили. Напряжение питания — 9 вольт. Например, от батареи «Крона».
Теперь рассмотрим режимы работы этой микросхемы.
Собственно говоря, режимов у нее две штуки. Первый — моностабильный мультивибратор. Моностабильный — потому что стабильное состояние у такого мультивибратора одно — выключен. А во включенное состояние мы его переводим временно, подав на вход таймера какой-либо сигнал. Как уже отмечалось выше, время, на которое мультивибратор переходит в активное состояние, определяется RC цепочкой. Эти свойства могут быть использованы в самых разнообразных схемах. Для запуска чего-либо на определенное время или наоборот — для формирования паузы на заданное время.
Второй режим — это генератор импульсов. Микросхема может выдавать последовательность прямоугольных импульсов, параметры которых определяются все той же RC цепочкой. (Мяу! Хочу цепочку. На хвост. Ну или браслетик. Антистатический.)
Все-таки Кот у нас — зануда.
Начнем сначала, то есть с первого режима.
Схема включения микросхемы показана на рисунке. RC цепочка включена между плюсом и минусом питания. К соединению резистора и конденсатора подключен вывод 6 — Останов. Это вход компаратора №1. Сюда же подключен вывод 7 — Разряд. Входной импульс подается на вывод 2 — Запуск. Это вход компаратора №2. Совершенно простецкая схема — один резистор и один конденсатор — куда уж проще? Для повышения помехоустойчивости можно подключить вывод 5 на общий провод через конденсатор емкостью 10нФ.
Итак, в исходном состоянии, на выходе таймера низкий уровень — около нуля вольт, конденсатор разряжен и заряжаться не хочет, поскольку открыт транзистор Т6. Это состояние стабильное, оно может продолжаться неопределенно долгое время.
При поступлении на вход импульса низкого уровня, срабатывает компаратор №2 и переключает внутренний триггер таймера. В результате на выходе устанавливается высокий уровень напряжения. Транзистор Т6 закрывается и начинает заряжаться конденсатор С через резистор R. Все то время, пока он заряжается, на выходе таймера сохраняется высокий уровень. Таймер не реагирует ни на какие внешние раздражители, буде они поступают на вывод 2. То есть, после срабатывания таймера от первого импульса дальнейшие импульсы не оказывают никакого действия на состояние таймера — это очень важно.
Так, что там у нас происходит то? А, да — заряжается конденсатор. Когда он зарядится до напряжения 2/3Vпит, сработает компаратор №1 и в свою очередь переключит внутренний триггер. В результате на выходе установится низкий уровень напряжения, и схема вернется в свое исходное, стабильное состояние. Транзистор Т6 откроется и разрядит конденсатор С.
Время, на которое таймер, так сказать «выходит из себя», может быть от одной миллисекунды до сотен секунд.
Считается оно так:
T=1.1*R*C
Теоретически, пределов по длительности импульсов нет — как по минимальной длительности, так и по максимальной. Однако, есть некоторые практические ограничения, которые обойти можно, но сначала стоит задуматься — нужно ли это делать и не проще ли выбрать другое схемное решение.
Так, минимальные значения, установленные практическим образом для R составляет 10кОм, а для С — 95пФ. Можно ли меньше? В принципе — да. Но при этом, если еще уменьшить сопротивление резистора — схема начнет трескать слишком много электричества. Если уменьшить емкость С, то всякие паразитные емкости и помехи могут существенно повлиять на работу схемы.
С другой стороны, максимальное значение резистора примерно равно 15Мом. Здесь ограничение накладывает ток, потребляемый входом Останов (около 120нА) и ток утечки конденсатора С. Таким образом, при слишком большом значении резистора таймер просто никогда не выключится, если сумма токов утечки конденсатора и тока входа превысит 120 нА.
Ну а что касается максимальной емкости конденсатора, то дело не столько в самой емкости, сколько в токе утечки. Понятно, что чем больше емкость, тем больше ток утечки и тем хуже будет точность таймера. Поэтому, если таймер будет использоваться для больших временных интервалов, то лучше пользоваться конденсаторами с малыми токами утечки — например, танталовыми.
Перейдем ко второму режиму.
В эту схему добавлен еще один резистор. Входы обоих компараторов соединены и подключены к соединению резистора R2 и конденсатора. Вывод 7 включен между резисторами. Конденсатор заряжается через резисторы R1 и R2.
Теперь посмотрим, что же произойдет, когда мы подадим питание на схему. В исходном состоянии конденсатор разряжен и на входах обоих компараторов низкий уровень напряжения, близкий к нулю. Компаратор №2 переключает внутренний триггер и устанавливает на выходе таймера высокий уровень. Транзистор Т6 закрывается и конденсатор начинает заряжаться через резисторы R1 и R2.
Когда напряжение на конденсаторе достигает 2/3 напряжения питания, компаратор №1 в свою очередь переключает триггер и выключает выход таймер — напряжение на выходе становится близким к нулю. Транзистор Т6 открывается и конденсатор начинает разряжаться через резистор R2. Как только напряжение на конденсаторе опустится до 1/3 напряжения питания, компаратор №2 опять переключит триггер и на выходе микросхемы снова появится высокий уровень. Транзистор Т6 закроется и конденсатор снова начнет заряжаться… фууу, чет у меня голова закружилась уже.
Короче говоря, в результате всего этого шаманства, на выходе мы получаем последовательность прямоугольных импульсов.
Частота импульсов, как вы вероятно уже догадались, зависит от величин C, R1 и R2.
Определяется она по формуле:
Значения R1 и R2 подставляются в Омах, C — в фарадах, частота получается в Герцах.
Время между началом каждого следующего импульса называется периодом и обозначается буковкой t. Оно складывается из длительности самого импульса — t1 и промежутком между импульсами — t2. t = t1+t2.
Частота и период — понятия обратные друг другу и зависимость между ними следующая:
f = 1/t.
t1 и t2 разумеется тоже можно и нужно посчитать. Вот так:
t1 = 0.693(R1+R2)C;
t2 = 0.693R2C;
Ну, с теоретической частью вроде бы покончили. В следующей части рассмотрим конкретные примеры включения таймера 555 в различных схемах и для самого разнообразного использования.
Если у вас еще остались вопросы — их можно задать тут.
Как вам эта статья? |
Заработало ли это устройство у вас? |
Эти статьи вам тоже могут пригодиться:
Ne 555 микросхема даташит. Интегральный таймер NE555
История создания очень популярной микросхемы и описание ее внутреннего устройства
Одной из легенд электроники является микросхема интегрального таймера NE555 . Разработана она была в далеком 1972 году. Таким долгожительством может гордиться далеко не каждая микросхема и даже не каждый транзистор. Так что же такого особенного в этой микросхеме, имеющей в своей маркировке три пятерки?
Серийный выпуск микросхемы NE555 начала компания Signetics
ровно через год после того, как ее разработал Ганс Р. Камензинд
. Самым удивительным в этой истории было то, что на тот момент времени Камензинд был практически безработным: он уволился из компании PR Mallory, но устроиться никуда не успел. По сути дела это была «домашняя заготовка».
Микросхема увидела свет и получила столь большую известность и популярность благодаря стараниям менеджера фирмы Signetics Арта Фьюри бывшего, конечно, приятелем Камензинда. Раньше он работал в фирме General Electric, поэтому знал рынок электроники, что там требуется, и чем можно привлечь внимание потенциального покупателя.
По воспоминаниям Камензинда А. Фьюри был настоящим энтузиастом и любителем своего дела. Дома у него была целая лаборатория, заполненная радиокомпонентами, где он и проводил различные исследования и опыты. Это давало возможность накапливать огромный практический опыт и углублять теоретические познания.
В то время продукция фирмы Signetics именовалась в виде «5**», и опытный, обладавший сверхъестественным чутьем в вопросах рынка электроники А. Фьюри, решил, что маркировка 555 (три пятерки) будет для новой микросхемы как нельзя кстати. И он не ошибся: микросхема пошла просто нарасхват, она стала, пожалуй, самой массовой за всю историю создания микросхем. Самое интересное, что свою актуальность микросхема не утратила и по сей день.
Несколько позднее в маркировке микросхемы появились две буквы, она стала называться NE555. Но поскольку в те времена в системе патентования существовала полная неразбериха, то интегральный таймер бросились выпускать все, кому не лень, естественно, поставив перед тремя пятерками другие (читай свои) буквы. Позднее на базе таймера 555 были разработаны сдвоенные (IN556N) и счетверенные (IN558N) таймеры, естественно, в более многовыводных корпусах. Но за основу был взят все тот же NE555.
Рис. 1. Интегральный таймер NE555
555 в СССР
Первое описание 555 в отечественной радиотехнической литературе появилось уже в 1975 году в журнале «Электроника». Авторы статьи отмечали тот факт, что эта микросхема будет пользоваться не меньшей популярностью, чем широко известные уже в то время операционные усилители. И они нисколько не ошиблись. Микросхема позволяла создавать очень простые конструкции, причем, практически все они начинали работать сразу, без мучительной наладки. А ведь известно, что повторяемость конструкции в домашних условиях возрастает пропорционально квадрату ее «простоты».
В Советском Союзе в конце 80 — х годов был разработан полный аналог 555, получивший название КР1006ВИ1 . Первое промышленное применение отечественного аналога было в видеомагнитофоне «Электроника ВМ12».
Внутреннее устройство микросхемы NE555
Прежде, чем схватиться за паяльник и начать сборку конструкции на интегральном таймере, давайте сначала разберемся, что там внутри и как все это работает. После этого понять, как работает конкретная практическая схема, будет намного проще.
Внутри интегрального таймера содержится свыше двадцати , соединение которых показано на рисунке —
Как видно, принципиальная схема достаточно сложна, и приведена здесь лишь для общей информации. Ведь все равно в нее паяльником не влезешь, отремонтировать ее не удастся. Собственно говоря, именно так выглядят изнутри и все другие микросхемы, как цифровые, так и аналоговые (см. — ). Уж такова технология производства интегральных схем. Разобраться в логике работы устройства в целом по такой схеме тоже не удастся, поэтому ниже показана функциональная схема и приводится ее описание.
Технические данные
Но, перед тем как разбираться с логикой работы микросхемы, наверно, следует привести ее электрические параметры. Диапазон питающих напряжений достаточно широк 4,5…18В, а выходной ток может достигать 200мА, что позволяет использовать в качестве нагрузки даже маломощные реле. Сама же микросхема потребляет совсем немного: к току нагрузки добавляется всего 3…6мА. При этом точность собственно таймера от питающего напряжения практически не зависит, — всего 1 процент от расчетного значения. Дрейф составляет всего 0,1%/вольт. Также невелик и температурный дрейф — всего 0, 005%/°C. Как видно, все достаточно стабильно.
Функциональная схема NE555 (КР1006ВИ1)
Как было сказано выше, в СССР сделали аналог буржуйской NE555 и назвали его КР1006ВИ1. Аналог получился очень даже удачный, ничуть не хуже оригинала, поэтому использовать его можно, без всяких опасений и сомнений. На рисунке 3 показана функциональная схема интегрального таймера КР1006ВИ1. Она же полностью соответствует микросхеме NE555.
Рисунок 3. Функциональная схема интегрального таймера КР1006ВИ1
Сама микросхема не так уж и велика, — выпускается в восьмивыводном корпусе DIP8, а также в малогабаритном SOIC8. Последнее говорит о том, что 555 может использоваться для SMD — монтажа, другими словами интерес к ней у разработчиков сохранился до сих пор.
Внутри микросхемы элементов тоже немного. Основным является DD1. При подаче логической единицы на вход R триггер сбрасывается в ноль, а при подаче логической единицы на вход S, естественно, устанавливается в единицу. Для формирования управляющих сигналов на RS — входах служит , о которой будет рассказано несколько позже.
Физические уровни логической единицы зависят, конечно, от используемого напряжения питания и практически составляют от Uпит/2 почти до полного Uпит. Примерно такое же соотношение наблюдается и у логических микросхем структуры КМОП. Логический же ноль находится, как обычно, в пределах 0…0,4В. Но эти уровни находятся внутри микросхемы, о них можно только догадываться, но руками их не пощупать, глазами не увидеть.
Выходной каскад
Для увеличения нагрузочной способности микросхемы, к выходу триггера подключен мощный выходной каскад на транзисторах VT1, VT2.
Если RS — триггер сброшен, то на выходе (вывод 3) присутствует напряжение логического нуля, т.е. открыт транзистор VT2. В случае, когда триггер установлен на выходе также уровень логической единицы.
Выходной каскад выполнен по двухтактной схеме, что позволяет подключать нагрузку между выходом и общим проводом (выводы 3,1) или шиной питания (выводы 3,8).
Небольшое замечание по выходному каскаду. При ремонте и наладке устройств на цифровых микросхемах одним из методов проверки схемы является подача на входы и выходы микросхем сигнала низкого уровня. Как правило, это делается замыканием на общий провод этих самых входов и выходов с помощью швейной иголки, при этом, не принося никакого вреда микросхемам.
В некоторых схемах питание NE555 составляет 5В, поэтому создается впечатление, что это тоже цифровая логика и с ней тоже можно обходиться достаточно вольно. Но на самом деле это не так. В случае с микросхемой 555, точнее с ее двухтактным выходом, такие «опыты» делать нельзя: если выходной транзистор VT1 в этот момент окажется в открытом состоянии, то получится короткое замыкание и транзистор просто сгорит. А уж если питающее напряжение будет близко к максимальному, то плачевный финал просто неизбежен.
Дополнительный транзистор (вывод 7)
Кроме упомянутых транзисторов имеется еще транзистор VT3. Коллектор этого транзистора соединен с выводом микросхемы 7 «Разрядка». Его назначение разряжать времязадающий конденсатор при использовании микросхемы в качестве генератора импульсов. Разряд конденсатора происходит в момент сброса триггера DD1. Если вспомнить описание триггера, то на инверсном выходе (обозначен на схеме кружком) в этот момент имеется логическая единица, приводящая к открыванию транзистора VT3.
О сигнале сброс (вывод 4)
Сбросить триггер можно в любой момент, — у сигнала «сброс» высокий приоритет. Для этого существует специальный вход R (вывод 4), обозначенный на рисунке как Uсбр. Как можно понять из рисунка сброс произойдет, если на 4 вывод подать импульс низкого уровня, не более 0,7В. При этом на выходе микросхемы (вывод 3) появится напряжение низкого уровня.
В тех случаях, когда этим входом не пользуются, на него подают уровень логической единицы, чтобы избавиться от импульсных помех. Проще всего это сделать, подключив вывод 4 напрямую к шине питания. Ни в коем случае нельзя оставлять его, что называется, в «воздухе». Потом долго придется удивляться и раздумывать, а почему же схема работает столь нестабильно?
Замечания о триггере «вообще»
Чтобы не запутаться совсем, в каком состоянии находится триггер, следует напомнить о том, что в рассуждениях о триггере всегда принимается во внимание состояние его прямого выхода. Уж, если сказано, что триггер «установлен», то на прямом выходе состояние логической единицы. Если говорят, что триггер «сброшен», — на прямом выходе непременно состояние логического нуля.
На инверсном выходе (отмечен маленьким кружком) все будет с точностью до наоборот, поэтому, часто выход триггера называют парафазным. Чтобы не перепутать все еще раз, об этом больше говорить не будем.
Тот, кто внимательно дочитал вот до этого места, может спросить: «Позвольте, ведь это же просто триггер с мощным транзисторным каскадом на выходе. А где же собственно сам таймер?» И будет прав, поскольку до таймера дело еще и не дошло. Чтобы получился таймер его отец — создатель Ганс Р. Камензинд изобрел оригинальный способ управления этим триггером. Вся хитрость этого способа заключается в формировании сигналов управления.
Формирование сигналов на RS — входах триггера
Итак, что же у нас получилось? Всем делом внутри таймера заправляет триггер DD1: если он установлен в единицу, — на выходе микросхемы напряжение высокого уровня, а если сброшен, то на выводе 3 низкий уровень и вдобавок открыт транзистор VT3. Назначение этого транзистора — разряд времязадающего конденсатора в схеме, например, генератора импульсов.
Управление триггером DD1 осуществляется с помощью компараторов DA1 и DA2. Для того, чтобы управлять работой триггера на выходах компараторов нужно получить сигналы R и S высокого уровня. На один из входов каждого компаратора подано опорное напряжение, которое формируется прецизионным делителем на резисторах R1…R3. Сопротивление резисторов одинаково, поэтому поданное на них напряжение делится на 3 равные части.
Формирование сигналов управления триггером
Запуск таймера
На прямой вход компаратора DA2 подано опорное напряжение величиной 1/3U, а внешнее напряжение запуска таймера Uзап через вывод 2 подано на инверсный вход компаратора. Для того, чтобы воздействовать на вход S триггера DD1 на выходе этого компаратора необходимо получить высокий уровень. Это возможно в том случае, если напряжение Uзап будет находиться в пределах 0…1/3U.
Даже кратковременный импульс такого напряжения вызовет срабатывание триггера DD1 и появление на выходе таймера напряжения высокого уровня. Если на вход Uзап воздействовать напряжением выше 1/3U и вплоть до напряжения питания, то никаких изменений на выходе микросхемы не произойдет.
Останов таймера
Для останова таймера надо просто сбросить внутренний триггер DD1, а для этого на выходе компаратора DA1 сформировать сигнал R высокого уровня. Компаратор DA1 включен несколько иначе, чем DA2. Опорное напряжение величиной 2/3U подано на инвертирующий вход, а управляющий сигнал «Порог срабатывания» Uпор подан на прямой вход.
При таком включении высокий уровень на выходе компаратора DA1 возникнет лишь тогда, когда напряжение Uпор на прямом входе превысит опорное напряжение 2/3U на инвертирующем. В этом случае произойдет сброс триггера DD1, а на выходе микросхемы (вывод 3) установится сигнал низкого уровня. Также произойдет открывание «разрядного» транзистора VT3, который и разрядит времязадающий конденсатор.
Если входное напряжение находится в пределах 1/3U…2/3U, не сработает ни один из компараторов, изменение состояния на выходе таймера не произойдет. В цифровой технике такое напряжение называется «серый уровень». Если просто соединить выводы 2 и 6, то получится компаратор с уровнями срабатывания 1/3U и 2/3U. И даже без единой дополнительной детали!
Изменение опорного напряжения
Вывод 5, обозначенный на рисунке как Uобр, предназначен для контроля опорного напряжения или его изменения с помощью дополнительных резисторов. Также на этот вход возможна подача управляющего напряжения, благодаря чему возможно получения частотно или фазо модулированного сигнала. Но чаще этот вывод не используется, а для уменьшения влияния помех соединяется с общим проводом через конденсатор небольшой емкости.
Питание микросхемы осуществляется через выводы 1 — GND, 2 +U.
Вот собственно описание интегрального таймера NE555. На таймере собрано множество всяких схем, которые будут рассмотрены в следующих статьях.
Борис Аладышкин
Продолжение статьи:
При современном развитии электроники в Китае, купить, кажется, можно все, что душе угодно: начиная от домашних кинотеатров и компьютеров и заканчивая такими простейшими изделиями, как электрические розетки и вилки.
Где-то между ними находятся , мигающие елочные гирлянды, часы с термометрами, регуляторы мощности, терморегуляторы, фотореле и многое другое. Как говорил великий сатирик Аркадий Райкин в монологе про дефицит: «Пусть все будет, но пусть чего-то не хватает!» В общем, не хватает как раз того, что входит в «репертуар» простых радиолюбительских конструкций.
Несмотря на такую конкуренцию со стороны китайской промышленности, интерес самодеятельных конструкторов к этим простым конструкциям не потерян до сих пор. Они продолжают разрабатываться и в ряде случаев находят достойное применение в устройствах малой домашней автоматизации. Многие из этих устройств появились на свет благодаря (отечественный аналог КР1006ВИ1).
Это уже упомянутые фотореле, различные простые системы сигнализации, преобразователи напряжения, ШИМ — регуляторы двигателей постоянного тока и многое другое. Далее будут описаны несколько практических конструкций, доступных для повторения в домашних условиях.
Фотореле на таймере 555
Фотореле, показанное на рисунке 1, предназначено для управления освещением.
Рисунок 1.
Алгоритм управления традиционный: вечером при снижении освещенности лампочка включается. Выключение лампочки происходит утром, когда освещенность достигнет нормального уровня. Схема состоит из трех узлов: измеритель освещенности, узел включения нагрузки и блок питания. Описание работы схемы лучше начать задом — наперед, — блок питания, узел включения нагрузки и измеритель освещенности.
Блок питания
В подобных конструкциях, как раз тот самый случай, когда резонно применить, нарушая все рекомендации техники безопасности, блок питания, не имеющий гальванической развязки от сети. На вопрос, почему такое возможно, ответ будет таков: после настройки устройства никто в него не полезет, все будет находиться в изолирующем корпусе.
Наружных регулировок тоже не предвидится, после настройки останется только закрыть крышку и повесить готовое на место, пусть себе работает. Конечно, если есть необходимость, то единственную настройку «чувствительность», можно вывести наружу при помощи длинной пластмассовой трубки.
В процессе настройки безопасность можно обеспечить двумя путями. Либо воспользоваться развязывающим трансформатором () либо запитать устройство от лабораторного блока питания. При этом сетевое напряжение и лампочку можно не подключать, а срабатывание фотоэлемента контролировать по светодиоду LED1.
Схема блока питания достаточно проста. Она представляет мостовой выпрямитель Br1 с гасящим конденсатором C2 на переменное напряжение не менее 400В. Резистор R5 предназначен для сглаживания броска тока через конденсатор C14 (500,0мкФ * 50В) при включении устройства, а также «по совместительству» является предохранителем.
Стабилитрон D1 предназначен для стабилизации напряжения на C14. В качестве стабилитрона подойдет 1N4467 или 1N5022A. Для выпрямителя Br1 вполне подойдут диоды 1N4407 или любой маломощный мост, с обратным напряжением 400В и выпрямленным током не менее 500мА.
Конденсатор C2 следует зашунтировать резистором сопротивлением около 1МОм (на схеме не показан), чтобы после отключения устройства не «щелкало» током: убить, конечно, не убьет, но все же достаточно чувствительно и неприятно.
Узел включения нагрузки
Выполнен с применением специализированной микросхемы КР1182ПМ1А, которая позволяет сделать немало полезных устройств. В данном случае она используется для управления симистором КУ208Г. Лучшие результаты дает импортный «аналог» BT139 — 600: ток нагрузки 16А при обратном напряжении 600В, а ток управляющего электрода намного меньше, чем у КУ208Г (иногда КУ208Г приходится подбирать по этому показателю). BT139 способен выдерживать импульсные перегрузки до 240А, что делает его исключительно надежным при работе в различных устройствах.
Если BT139 установлен на радиаторе, то коммутируемая мощность может достигать 1КВт, без радиатора допустимо управление нагрузкой до 400Вт. В том случае, когда мощность лампочки не превышает 150Вт, можно вполне обойтись без симистора. Для этого правый по схеме вывод лампы La1 следует присоединить непосредственно в выводам 14, 15 микросхемы, а резистор R3 и симистор T1 из схемы исключить.
Поехали дальше. Микросхема КР1182ПМ1А управляется через выводы 5 и 6: когда они замкнуты лампа погашена. Тут может быть обычный контактный выключатель, правда, работающий наоборот, — выключатель замкнут, а лампа погашена. Так намного проще запомнить эту «логику».
Если этот контакт разомкнуть, то начинает заряжаться конденсатор C13 и, по мере возрастания напряжения на нем, плавно возрастает яркость свечения лампы. Для ламп накаливания это очень актуально, поскольку увеличивает срок их службы.
Подбором резистора R4 можно регулировать степень заряда конденсатора C13 и яркость свечения лампы. В случае использования энергосберегающих ламп конденсатор C13 можно не ставить, как собственно и саму КР1182ПМ1А. Но об этом будет сказано ниже.
Теперь приближаемся к главному. Вместо реле, просто из стремления избавиться от контактов, управление было поручено транзисторному оптрону АОТ128, который с успехом можно заменить импортным «аналогом» 4N35, правда, при такой замене номинал резистора R6 следует увеличить до 800КОм…1МОм, поскольку при 100КОм импортный 4N35 работать не будет. Проверено практикой!
Если транзистор оптрона будет открыт, его переход К-Э, подобно контакту, замкнет выводы 5 и 6 микросхемы КР1182ПМ1А и лампа будет выключена. Чтобы открыть этот транзистор требуется засветить светодиод оптрона. В общем, получается все наоборот: светодиод погашен, а лампа светит.
Измеритель освещенности
На основе 555 получается очень просто. Для этого достаточно на входы таймера подключить соединенные последовательно фоторезистор LDR1 и подстроечный резистор R7, с его помощью настраивается порог срабатывания фотореле. Гистерезис переключения (темно — светло) обеспечивается самим таймером, его . Помните, эти «волшебные» цифры 1/3U и 2/3U?
Если фотодатчик находится в темноте, его сопротивление велико, поэтому напряжение на резисторе R7 низкое, что приводит к тому, что на выходе таймера (вывод 3) устанавливается высокий уровень и светодиод оптрона погашен, а транзистор закрыт. Следовательно, лампочка будет включена, как было написано ранее в подзаголовке «Узел включения нагрузки».
В случае освещения фотодатчика его сопротивление становится маленьким, порядка нескольких КОм, поэтому напряжение на резисторе R7 возрастает до 2/3U, и на выходе таймера появляется низкий уровень напряжения, — светодиод оптрона засветился, а лампа-нагрузка погасла.
Вот тут кто-то может скажет: «Сложновато будет!». Но почти всегда все можно упростить до предела. Если предполагается зажигать энергосберегающие лампы, то плавное включение не требуется, и можно использовать обычное реле. А кто сказал, что только лампы и только включать?
Если реле имеет несколько контактов, то можно делать что душе угодно, и не только включать, но и выключать. Такая схема показана на рисунке 2 и в особых комментариях не нуждается. Реле подбирается из условий, чтобы ток катушки был не более 200мА при рабочем напряжении 12В.
Рисунок 2.
Схемы предварительной установки
В некоторых случаях требуется что-либо включать с некоторой задержкой относительно включения питания устройства. Например, сначала подать напряжение на логические микросхемы, и через некоторое время питание выходных каскадов.
Устройства сигнализации на таймере 555
Сигнализатор уровня жидкости
Схема сигнализатора представляет собой , с которым мы уже давно познакомились.
Рисунок 5.
В емкость с водой, например, бассейн погружены два электрода. Пока они находятся в воде, сопротивление между ними невелико (вода хороший проводник), поэтому конденсатор C1 зашунтирован, напряжение на нем близко к нулю. Также нулевое напряжение на входе таймера (выводы 2 и 6), следовательно на выходе (вывод 3) установится высокий уровень, генератор не работает.
Если уровень воды почему-то упадет и электроды окажутся в воздухе, сопротивление между ними увеличится, в идеале просто обрыв, и конденсатор C1 шунтироваться не будет. Поэтому наш мультивибратор заработает, — на выходе появятся импульсы.
Частота этих импульсов зависит от нашей фантазии и от параметров RC цепи: это будет либо мигающая лампочка, либо противный писк динамика. Попутно с этим можно включить долив воды. Чтобы избежать перелива и вовремя отключить насос к устройству необходимо добавить еще один электрод и подобную же схему. Тут уже читателю можно поэкспериментировать.
Рисунке 6.
При нажатии на концевой выключатель S2 на выходе таймера появляется напряжение высокого уровня, и останется таковым даже если S2 отпустить и больше не удерживать. Из этого состояния устройство можно вывести только нажатием на кнопку «Сброс».
Пока на этом остановимся, может кому потребуется время, чтобы взять паяльник и попробовать спаять рассмотренные устройства, исследовать, как они работают, хотя бы поэкспериментировать с параметрами RC цепей. Послушать, как пищит динамик или мигает светодиод, сравнить, что дают расчеты, намного ли практические результаты отличаются от расчетных.
В следующей статье мы рассмотрим ШИМ — регуляторы, преобразователи напряжения, а также драйверы для управления транзисторами MOSFET.
Таймер NE555 является, пожалуй, самой популярной интегральной микросхемой своего времени. Несмотря на то, что он был разработан более 40 лет назад (в 1972 году) он до сих пор выпускается многими производителями. В этой статье, постараемся подробно осветить вопросы описания и применения таймера NE555.
Умные соединения компаратора, сбрасываемый триггер и инвертирующий усилитель в одной монолитной интегральной микросхеме, наряду с несколькими другими элементами породили почти бессмертные схемы устройств, которые сегодня используется многими радиолюбителями.
555 Таймер был разработан американской компанией Signetics в 1972 году и зарегистрирован на мировом рынке. Два года спустя той же компании был разработана микросхема с обозначением 556, которая объединила в себе два отдельных таймера NE555 имеющих только общие выводы по питанию. Еще позже были разработаны микросхемы 557, 558 и 559 с применением до четырех таймеров NE555 в одном корпусе. Но позже они были сняты с производства и почти забыты.
Интегральная микросхема NE555 разрабатывалась в качестве таймера и содержит в себе комбинацию аналоговых и цифровых элементов в одном кристалле. Выпускается в различном исполнении, начиная от классического DIP корпуса стандартного и SOIC для SMD монтажа и до миниатюрного корпуса версии SSOP или SOT23-5. (Цены на таймер NE555)
Таймер NE555, кроме стандартного исполнения производиться так же в маломощном CMOS исполнении. Схема электропитания NE555 составляет от 4,5 до 15 вольт (18 вольт максимум), а CMOS вариант использует питание от 3 вольт. Максимальная выходная нагрузка выхода для NE555 200мА, у версии маломощного таймера только 20 мА при 9 вольт.
Стабильность работы стандартной версии 555 сильно зависит от качества источника питания. Это не так сильно сказывается в простых схемах с применением таймера, однако, в более сложных конструкциях, желательно устанавливать буферный конденсатор по цепи питания емкостью 100 мкф.
Основные характеристики интегрального таймера NE555
- Максимальная частота более чем 500 кГц.
- Длина одного импульса от 1 мсек до часа.
- Может работать в режиме моностабильного мультвибратора.
- Высокий выходной ток (до 200 мА)
- Регулируемая скважность импульса (отношение периода импульса к его длительности).
- Совместимость с TTL уровнями.
- Температурная стабильность 0,005% на 1 градус Цельсия.
Микросхема NE555 в своем составе содержит чуть более 20 транзисторов и 10 резисторов. На следующем рисунке приводится структурная схема таймера от Philips Semiconductors.
В следующей таблице перечислены основные свойства NE555
Назначение выводов таймера NE555
№2 — Запуск (триггер)
Триггер переключается, если на этом выводе напряжение упадет ниже 1/3 напряжения питания. Данный вывод имеет высокое входное сопротивление, более 2 мОм. В нестабильном режиме используется для контроля напряжения на времязадающем конденсаторе, в бистабильном режиме к нему подключается элемент коммутации, например, кнопка.
№4 – Сброс
Если напряжение на этом выводе ниже 0,7 вольт, то происходит сброс внутреннего компаратора. В случае неиспользования, на данный вывод таймера NE555 необходимо подать напряжение питания. Сопротивление вывода составляет около 10 кОм.
№5 — Контроль
Может использоваться для регулировки длительности импульсов на выходе путем подачи напряжения 2/3 от напряжения питания. Если это вывод не используется, то его желательно подключить к минусу источника питания через конденсатор 0,01 мкф.
№6 — Стоп (компаратор)
Останавливает функционирование таймера, если напряжение на этом выводе будет выше 2/3 напряжения питания. Вывод имеет высокое входное сопротивление, более 10 мОм. Он обычно используется для измерения напряжения на времязадающем конденсаторе.
№7 — Разряд
Вывод через внутренний транзистор подключается к «земле», когда внутренний триггер находится в активном состоянии. Вывод (открытый коллектор) используется в основном для разряда времязадающего конденсатора.
№3 – Выход
Микросхема NE555 имеет всего один выход с током до 200 мА. Это значительно больше, чем у обычных интегральных микросхем. Вывод способен управлять, например, светодиодами (с токоограничивающим резистором), небольшими лампочками, пьезоэлектрическим преобразователем, динамиком (с конденсатором), электромагнитным реле (с защитным диодом) или даже маломощными двигателями постоянного тока. Если требуется более высокий выходной ток, то можно подключить подходящий транзистор в качестве усилителя.
Способность вывода 3 таймера NE555 создавать как высокий уровень напряжения, так и низкий (практически 0 вольт) позволяет управлять нагрузкой подключенной как к минусу питания, так и к плюсу. Как пример, подключение светодиодов. Это, конечно, не является обязательным требованием, и нагрузка (светодиод) может быть подключен либо к минусу, либо плюсу питания.
Если таймер NE555 работает в нестабильном состоянии (режим генератора), то к выходу его можно подключить динамик. Он подключается после разделительного конденсатора (например, 100 мкф) и должен иметь сопротивление не менее 64 Ом из-за ограниченного максимального тока нагрузки выхода таймера. Конденсатор предназначен для отделения постоянной составляющей сигнала и проводит только аудиосигнал.
Динамик с сопротивлением катушки ниже чем 64 Ом можно подключить либо через конденсатор с меньшей емкостью (реактивное сопротивление), являющегося дополнительным сопротивлением либо с помощью усилителя. Усилитель также может быть использован для подключения более мощного громкоговорителя.
Как и все интегральных микросхемы, выход таймера NE555 управляющий индуктивной нагрузкой (реле) должен быть защищена от скачков повышенного напряжения, созданное в в момент отключения. Диод (например, 1N4148) всегда подключается параллельно к катушке реле в обратном направлении.
goodspeedmen12.08.2017 в 14:08
Собрал схему из программы (one-shot) но она работает некорректно, когда нажимаешь на кнопку (имитация входного импульса) на выходе сразу же появляется импульс, ели нажимать с небольшой частотой то появляется задержка включения. причем этот эффект как в протоусе так и в собранной схеме есть?
555 Таймер IC является одним из наиболее часто используемых ИМС среди студентов и любителей. Есть много применений этой микросхемы, в основном используется в качестве вибраторов, АСТАБИЛЬНЫЙ МУЛЬТИВИБРАТОР, МОНОСТАБИЛЬНЫЙ МУЛЬТИВИБРАТОР и БИСТАБИЛЬНОГО МУЛЬТИВИБРАТОРА. В данной статье попробуем охватить различные аспекты таймера 555 IC и объяснить его работу в деталях. Так что давайте сначала определим понятия, что такое нестабильные, одностабильные и бистабильные вибраторы.
АСТАБИЛЬНЫЙ МУЛЬТИВИБРАТОР
Это означает, что не будет никакого стабильного уровня на выходе. Так что на выходе будет, колебания между высоким и низким уровнем. Эти параметры нестабильного выхода используется как часы для прямоугольной формы выхода для многих приложений.
ОДНОСТАБИЛЬНЫЙ МУЛЬТИВИБРАТОР
Это означает, что будет одно устойчивое состояние и одно неустойчивое состояние. В устойчивом состоянии может быть выбран высокий или низкий уровень самим пользователем. Если стабилизированный выход выбирается высокой, то Таймер всегда пытается поставить высокий уровень на выходе. Поэтому, с низким состоянием уровня Таймер выключается на короткое время и это состояние называют неустойчивым в течении этого времени. Если в стабильное состояние выбирается минимальное значение, и прерывание выхода переходит в состояние высокого на короткое время до прихода низкого значения.
[Узнать больше о одностабильный мультивибратор: 555 Таймер Одностабильный Мультивибратор схема]
БИСТАБИЛЬНОГО МУЛЬТИВИБРАТОРА
Это означает выходное состояние стабильно. С каждым прерыванием выход изменяется и остается как есть. Например выход считается высоким сейчас с перерывом она снижается и остается низким. В следующий перерыв он идет высоким.
[Узнать больше о бистабильного мультивибратора: 555 Таймер IC Бистабильного Мультивибратора цепи]
Важные характеристики Таймера IC 555NE555 IC и 8 пин устройства. Важные электрические характеристики Таймер заключаются в том, что он не должен включаться выше 15В, это означает, что источник напряжения не может быть выше 15В. Во-вторых, мы не можем сделать больше, чем 100мА с чипа. Если не будете следовать этим, микросхема будет сожжена или повреждена.
Объяснение работыТаймер в основном состоит из двух основных конструкционных элементов, и они являются:
1.Компараторов (два) или два ОУ
2.Один SR мультивибратор (выбор сброса триггера)
Как показано выше есть только два важных компонента в Таймере, это два компаратора и триггер. Необходимо понять что такое компаратор и триггер .
это просто устройство, которое сравнивает напряжение на входных клеммах (инвертирующий (-VE) и неинвертирующий (+VE)). Поэтому в зависимости от разницы в положительной клеммой и отрицательной клеммой на входе в порт, определяется выход компаратора.
Для примера рассмотрим, положительная входная клемма напряжения будет +5В и отрицательной входной клемме будет напряжение +3В. Разница в том, 5-3=+2В. Поскольку разница положительная, мы получаем положительный выброс напряжения на выходе компаратора.
Другой пример: если положительная клемма напряжения +3В, а на отрицательной входной клемме будет напряжение +5В. Разница +3-+5=-2В, так как разница входного напряжения отрицательна. Выход компаратора будет отрицательным пиком напряжения.
Если для примера рассмотрим положительный входной терминал качестве входных и отрицательного входного разъема в качестве эталона, как показано на рисунке выше. Так что разница напряжения между входным и другим крупным положительным получим положительный выход компаратора. Если разница отрицательная, то мы получим отрицательный или землей на выход компаратора.
SR мультивибратор: эта ячейка памяти может хранить один бит данных. На рисунке мы видим таблицу истинности.
Существует четыре состояния мульвибратора для двух входов; однако мы должны понимать, что только два состояния триггера для этого случая.
S | R | Q | Q’ (Q штрих) |
0 | 1 | 0 | 1 |
1 | 0 | 1 | 0 |
Теперь как показано в таблице, для входов сброса и установки мы получаем соответствующие результаты. Если есть импульс на набор PIN-кода и низкий уровень у сброса, то триггер сохраняет значение одного и влияет на высокую логику в Q терминалов. Это состояние продолжается до сброса, PIN получает импульс во время набора и имеет низкую логику. Это приведет к сбросу триггера поэтому выход Q выключается и это состояние продолжается до тех пор, пока триггер устанавливается снова.
Таким образом триггер хранит один бит данных. Вот другое дело, Q и Q-штрих всегда напротив.
В таймере, компаратор и триггер объединены.
Рассмотрим 9В подается на Таймер, из-за делителя напряжения, образованного резисторами внутри таймера, как показано в блок-схеме; там будет напряжение на контактах компаратора. Так из-за делителя напряжения сети у нас будет +6В на отрицательной клемме первого компаратора. И +3В на плюсовую клемму второго компаратора.
Первый и другой контакт -это один выход компаратора подключен к сбросу контакта мультивибратора, поэтому если у компаратора, один выход переходит из низкий, то триггер будет сброшен. А с другой стороны второй выход компаратора соединен с мультивибратором, так что если второй выход компаратора переходит из низкого значения мультивибратор хранит по одному.
На напряжение не менее +3В на контакт триггера (отрицательный вход второго компаратора), выход компаратора переходит из низкого в высокий, как обсуждалось ранее. Этот импульс определяет мультивибратор и сохраняет одно значение.
Теперь, если мы применяем напряжение выше чем +6В на контакте порога (плюсовой вход одного компаратора) , выход компаратора переходит от низкого к высоким. Этот импульс сбрасывает RS и RS запоминает ноль.
Другое дело происходит во время сброса триггера, когда он сбрасывает разряда получается контакт подключен к земле под именем получает включен Q1 . Транзистор T1 включается, поскольку элементы Q штрих находится на высокой отметке сброса и подключен к базе T1.
В нестабильной конфигурации подключенная емкость сюда сбрасывает в этот момент и поэтому на выходе таймера будет низким в течение этого времени. В нестабильной конфигурации время в течении заряда конденсатора на контакт триггера напряжение будет меньше, чем +3V и поэтому триггер сохраняет одно значение и на выходе будет высоким.
В нестабильной конфигурации, как показано на рисунке,
Частота выходного сигнала зависит от RA, RB резисторов и конденсатора C. уравнения дается в виде,
Частота(F) = 1/(период времени) = 1.44/((RA+RB*2)*C).
Здесь RA, RB являются значения сопротивлений и C значение емкости. Поставив сопротивление и емкость значения в вышеприведенное уравнение, мы получим частоты выходной квадратной волны.
Высокий уровень логики времени установленно как, TH= 0.693*(RA+RB)*C
Низкий уровень логики времени установленно как, TL= 0.693*RB*C
Скважностью импульсов выходного прямоугольного сигнала заданной как, Скважность= (RA+RB)/(RA+2*RB).
555 Таймер схема и описанияКонтакт 1. Земля: этот вывод должен быть подключен к земле.
Контакт 8. Мощности или напряжения питания vcc: этот вывод также не имеет никакой специальной функции. Он подключен к положительному напряжению. На Таймере, чтобы функция сработала, этот вывод должен быть подключен к положительному напряжению в диапазоне +3,6 в до +15в.
Контакт 4. Сброс: как обсуждалось ранее, есть переключатель макросхемы. Выход триггера управляет микросхемой, выход подключен на контакт 3 напрямую.
«Сброс» вывод непосредственно подключен к MR (общий сброс) триггера. При исследовании мы можем наблюдать небольшой цикл на триггере. Когда SR (общий сброс) контакт активным является низкий уровень триггера. Это означает, что для триггера, чтобы сбросить контакт SR напряжение должно идти от высокого к низкому. Этот шаг вниз логики в триггере происходит с трудом уход к низкому уровню. Поэтому выход идет слабо, независимо от каких-либо выводов.
Этот контакт связан с vcc для триггера, чтобы остановить с жесткого сброса.
Контакт 3. Выход: этот вывод также не имеет никакой специальной функции. Этот контакт имеет конфигурацию тяни-толкай (PUSH-PULL), образованной транзисторами.
Данная конфигурация показана на рисунке. Базы двух транзисторов соединены с выходом триггера. Поэтому, когда высокий логический уровень появляется на выходе триггера, то транзистор NPN включается и появляется на выходе +V1. Когда логика появившийся на выходе триггера становится низким, транзистор PNP получает включение и выход подключается к земле или –V1 появляется на выходе.
Таким образом, как конфигурация используется, чтобы получить прямоугольный сигнал на выходе по логике управления с триггера. Основное назначение этой конфигурации — получить загрузку триггера обратно. Но триггер не может выпустить 100мА на выходе.
Ну до сих пор мы обсуждали контакты, которые не изменяют состояние выходов в любом состоянии. Оставшиеся четыре контакта специальные, потому что они определяют состояние выхода таймера микросхемы.
Контакт 5. Контрольной контакт: управляющий вывод соединен с отрицательным входным контактом первого компаратора.
Рассмотрим для случая напряжение между vcc и Землей составляет 9В. Из-за делителя напряжения в микросхеме, напряжение на управляющий вывод будет только vcc*2/3 (для напряжения питания vcc = 9, напряжение на контакте = 9*2/3=6В).
Эта функция дает пользователю непосредственно контроль за первым компаратором. Как показано в вышеуказанной схемы на выход первого компаратора подается на сброс триггера. На этот вывод мы можем поставить различные напряжения, скажем, если мы подключаем его к +8В. Сейчас происходит то, что порог контактного напряжение должно достигать +8В до сброса триггера и тащить на выход вниз.
Для нормальной случая, к V-Out будет идти минимальное то конденсатор получает заряд до 2/3VCC (+6V для 9В питания). Теперь, поскольку мы выставили разные напряжения на управляющий вывод (первый компаратор отрицательный или компаратор сброса).
Конденсатор следует зарядить до достижения напряжения управляющего вывода. Сила заряда конденсатора влияет на время включения и выключения изменения сигнала. Поэтому выходной сигнал испытывает различные включения интервала.
Обычно этот вывод заведен вниз с конденсатором. Во избежание нежелательных шумов и помех в работе.
Контакт 2. Триггер: подключен ко входу второго компаратора. Выход второго компаратора подключен к контакту SET триггера. С выхода второго компаратора мы получаем высокое напряжение на выходе таймера. Так что можно сказать контакт триггера управляет выходом Таймера.
Сейчас вот что стоит соблюдать, низкое напряжение в триггере форсирует выход высокого напряжения, так как на инвертирующий вход второго компаратора. Напряжение на контакт триггера должен идти ниже напряжения питания VCC*1/3 (при VCC 9В как предполагается, VCC*(1/3)=9*(1/3)=3В). Поэтому напряжение на триггере должен быть ниже 3В (для 9В питания) на выходе таймера, чтобы идти высоким уровнем.
Если этот контакт подключен к земле, выход будет всегда высокий.
Контакт 6. Порог: контакт порога напряжения определяет момент сброса триггера в Таймере. Порог напряжения обозначен для положительного ввода компаратора 1.
Здесь разность напряжений между контактом THRESOLD (порога) и контакта управления (Control) определяет выход компаратор 2 и поэтому сброс логики. Если напряжение разностm будет положительной, то триггер получает обнуление и выход снижается. Если разница отрицательная, то логика в контакте SET определяет выход.
Если вход контроль открыт. Затем напряжение, равное или большее, чем напряжение VCC*(2/3) (т.е. 6V для 9В питания) приведет к сбросу триггера. Поэтому выход идет низким.
Поэтому мы можем заключить, что контакт порога напряжения определяет, когда выход должен идти низкий, если управляющий вывод открыт.
Контакт 7. Сброс: этот вывод взят из открытого коллектора транзистора. Поскольку транзистор (контакт сброса T1) получил соединение Базы к Q штрих. Всякий раз, когда выход становится низким или триггер получает обнуление, Сброс подключен на землю. Когда Q штрих будет высокой, тогда Q будет низким, поэтому транзистор T1 получит изменение ON так как на базу транзистора поступила энергия.
Этот вывод обычно разряжает конденсатор в нестабильной конфигурации, по этому название Сброс.
Таймер 555: 8 шагов (с изображениями)
В нестабильном режиме выходной сигнал таймера 555 представляет собой непрерывный импульсный сигнал определенной частоты, который зависит от значений двух резисторов (R A и R B ) и конденсатор (C), используемые в схеме (рис. 1), в соответствии с приведенным ниже уравнением. Астабильный режим тесно связан с моностабильным режимом (обсуждается в шаге 2), вы можете видеть, что схема почти такая же. Важное отличие состоит в том, что в нестабильном режиме контакт триггера подключен к контакту порога; это заставляет выход непрерывно переключаться между высоким и низким состояниями.
Выходная частота = 1 / [0,7 * (R A + 2 * R B ) * C]
(не волнуйтесь, я скоро продемонстрирую, как я вывел это уравнение)
Последовательность событий довольно сложна, поэтому я разбил ее на 5 этапов:
1. Изначально на конденсаторе C нет заряда, поэтому напряжение на конденсаторе равно нулю. Напряжение на конденсаторе C равно напряжению на контактах 6 (пороговый контакт) и 2 (триггерный контакт), поскольку все они подключены.Таким образом, изначально пороговый и триггерный контакты также имеют нулевое напряжение. Это увеличивает выходную мощность.
2. Как объяснено в шаге 2 данной инструкции, когда на выводе триггера находится низкий уровень, это делает вывод разрядки неспособным отводить заряд с конденсатора. Поскольку конденсатор C включен последовательно с R A и R B и подается напряжение Vcc, ток будет течь через резисторы и начнет накапливать заряд на конденсаторе. Это приводит к увеличению напряжения на конденсаторе C в соответствии со следующим уравнением:
(напряжение на конденсаторе) = (Vcc — V 0 ) * (1- e -t / [(R A + R B ) * C] )
где «Напряжение на конденсаторе» — текущее напряжение на конденсаторе в момент времени t, V 0 — начальное напряжение на конденсаторе, Vcc — полное напряжение, приложенное к резисторам R A , R B и конденсатор C
3.Когда напряжение на конденсаторе C равно 2 / 3Vcc, это приводит к тому, что пороговый вывод регистрируется как высокий (как объяснено в шаге 1 этой инструкции, это переворачивает компаратор, прикрепленный к пороговому выводу внутри 555). Это снижает выходную мощность и активирует разрядный штифт. Время, необходимое для накопления напряжения 2/3 В постоянного тока на конденсаторе, определяется выражением:
2/3 * Vcc = (Vcc — V 0 ) * (1- e -t / [(R A + R B ) * C] )
2/3 * Vcc / (Vcc — V 0 ) = 1- e -t / [( R A + R B ) * C]
1/3 * Vcc / (Vcc — V 0 ) = e -t / [( R A + R B ) * C]
ln [1/3 * Vcc / (Vcc — V 0 ) ] = -t / [(R A + R B ) * C]
t = — (R A + R B ) * C * ln [1/3 * Vcc / (Vcc — V 0 )]
для V 0 = 0V, получается:
т = 1.1 * (R A + R B ) * C секунд
4. При включенном выводе разряда заряд начинает стекать с конденсатора через R B на вывод разряда 555. Это понижает напряжение на конденсаторе, как описано в следующем уравнении:
(Напряжение на конденсаторе) = (Пиковое напряжение на конденсаторе) * (e -t / (R B * C) )
, где пик Напряжение на конденсаторе было напряжением непосредственно перед включением разрядного вывода: 2 / 3Vcc
(Напряжение на конденсаторе) = 2/3 * Vcc * (e -t / (R B * C) )
5.Как только напряжение на конденсаторе (и напряжение на выводе триггера) становится равным 1/3 В постоянного тока, вывод триггера регистрируется как низкий (как объяснено в шаге 1 данной инструкции, это переворачивает компаратор, прикрепленный к контакту триггера внутри 555). Время, необходимое для этого, решается ниже. Это увеличивает выходной сигнал и возвращает нас к шагу 2 (выше). Отсюда шаги 2–5 повторяются бесконечно, и выход переключается между высоким и низким состояниями, создавая непрерывную импульсную волну. Время, необходимое для разрядки конденсатора с 2 / 3Vcc до 1 / 3Vcc, указано ниже:
1/3 * Vcc = 2/3 * Vcc * (e -t / (R B * C) )
1/2 = e -t / (R B * C)
ln (1/2) = -t / (R B * C)
t = -R B * C * ln (1/2)
t = 0.7 * R B * C секунд
Чтобы вычислить частоту этого колебания, мы сначала вычисляем время, в течение которого выход находится в высоком и низком состояниях. Выход находится в высоком состоянии, в то время как конденсатор заряжается с 1 / 3Vcc до 2 / 3Vcc. Время, необходимое для зарядки конденсатора от напряжения V 0 до 2 / 3Vcc, повторяется ниже:
выход высокий для:
t = — (R A + R B ) * C * ln [1/3 * Vcc / (Vcc — V 0 )]
на шаге 3 (выше) мы выбрали V 0 = 0 в качестве начальных условий, но это верно только для первого цикла нестабильного режима.Для всех последующих циклов конденсатор будет разряжаться только до 1/3 В постоянного тока, прежде чем разрядный вывод отключится и заряд снова начнет накапливаться на конденсаторе. Таким образом, мы устанавливаем начальное напряжение на 1/3 Vcc:
t = — (R A + R B ) * C * ln [1/3 * Vcc / (Vcc — 1 / 3Vcc)]
t = — (R A + R B ) * C * ln (1/2)
t = 0,7 * (R A + R B ) * C секунд
Как мы вычисленное выше, выход будет низким для:
t = 0.7 * R B * C секунд
Таким образом, общая длительность как высокого, так и низкого состояний выхода составляет:
0,7 * (R A + R B ) * C + 0,7 * R B * C
0,7 * (R A + 2 * R B ) * C секунд
Затем частота рассчитывается следующим образом:
Выходная частота = 1 / [0,7 * ( R A + 2 * R B ) * C]
Таким образом, изменяя значения резисторов R A и R B и конденсатора C, мы можем контролировать частоту выхода.Кроме того, мы можем контролировать ширину выходного импульса (длительность высокого по сравнению с длительностью низкого), потому что длительность высокого состояния зависит как от R A , так и от R B , в то время как длительность низкого состояния зависит только от R B . На следующем шаге я представлю образец схемы для нестабильного режима.
А вы думали, что таймер 555 умер?
ИС таймера 555 была изобретена заново — снова.Signetics представила чрезвычайно популярный чип еще в 1971 году, и он быстро стал хитом. Мириады прикладных схем использовали его на протяжении десятилетий, доказывая его беспрецедентную универсальность (см. «555: Лучшая ИС в истории или устаревший анахронизм?») . Недавно и Advanced Linear Devices, и Semtech модернизировали микросхему, улучшив ее во многих отношениях и, скорее всего, увеличив ее полезность на долгие годы.
ADL7555 и ALD7556 (рис. 1) от Advanced Linear Devices — это одно- и сдвоенные аналоговые ИС-таймеры, которые предлагают значительные преимущества по сравнению с исходными биполярными микросхемами.Эти КМОП-устройства обеспечивают более низкое энергопотребление и более широкий диапазон времени / частоты, а также улучшенную точность синхронизации и температурную стабильность. Частоты нестабильных колебаний могут достигать 2,5 МГц. Благодаря более низкому току питания устройств, меньшему току утечки и улучшенной стабильности напряжения могут быть реализованы приложения, требующие большей точности и стабильности.
Каждый таймер имеет диапазон рабочего напряжения от 2 до 10 В, выходной ток высокого уровня разрядки 80 мА и такое же расположение выводов, что и оригинальные микросхемы.Ток питания для ADL7555 обычно составляет менее 50 мкА.
В новых таймерах используется та же базовая схема, что и в исходном 555. Два прецизионных компаратора контролируют состояние триггера установки-сброса. Строка делителя входного напряжения компаратора обновлена тремя резисторами по 200 кОм вместо прежних 5 кОм. Делитель, наряду с более низкой утечкой, позволяет использовать более широкий диапазон номиналов внешнего резистора и конденсатора. В частности, для достижения постоянных времени, требуемых приложением, можно использовать более высокие номиналы резисторов и меньшие конденсаторы.Устройства могут использоваться в автономном нестабильном режиме и в режиме рабочего цикла 50%. Также возможен однократный режим. Управляющий вход обеспечивает модуляцию рабочей частоты.
ALD7555 и ALD7556 доступны в вариантах с 8- или 14-выводными микросхемами малого размера (SOIC), пластиковым двухрядным корпусом (DIP) и керамическим DIP (CERDIP). Цена составляет 0,96 доллара за ALD7555 и 1,57 доллара за ALD7556 в количестве 100 и более штук.
Semtech SX8122 — это аналоговый таймер с напряжением ниже 1 В, реализующий устаревшую архитектуру 555 и предназначенный для использования в низковольтной малой бытовой технике с батарейным питанием.Он обеспечивает увеличенный срок службы батареи благодаря своей внутренней работе 0,9 В без необходимости во внешнем повышающем преобразователе и индуктивности, что позволяет сэкономить место на плате и снизить затраты. Он также добавляет низковольтные функции к конструкции 555 с выходом, который управляет двигателем постоянного тока или другим непрерывным низковольтным элементом, и выходом, который генерирует последовательность импульсов для питания светодиода высокой яркости от одной батареи.
Эта комбинация функций делает SX8122 идеальным для широкого спектра небольших бытовых и офисных приборов, таких как электрические зубные щетки, зуммеры, игрушки и светодиодные указатели.Устройство также включает в себя монитор напряжения, позволяющий использовать простое зарядное устройство USB для устройств, поставляемых с никель-металлогидридными (NiMH) или никель-кадмиевыми (NiCd) элементами.
Таймер SX8122 работает от 0,9 В до 2 В во всем промышленном температурном диапазоне от –40 ° C до 85 ° C, что делает его идеально подходящим для работы от одной щелочной, никель-металлгидридной или никель-кадмиевой батареи AA или AAA. Устройство имеет непрерывный выход, который можно активировать нажатием кнопки для управления двигателем постоянного тока или другой непрерывной функцией низкого напряжения, а также импульсный выход для управления белым или зеленым светодиодом высокой яркости или другой функцией, требующей повышение напряжения.
Кроме того, SX8122 программируется через внешние резисторы и конденсатор, аналогично устаревшему 555, но на 1 В, и предназначен для устранения дребезга кнопок включения / выключения, функций отложенного запуска и аналогового программируемого задания последовательности и тайм-аута в игрушках и пультах дистанционного управления управляющие приложения. SX8122 поставляется в восьмиконтактном корпусе SOIC и доступен в серийном количестве по 0,36 доллара США за штуку партиями по 2500 штук. Также доступен оценочный комплект.
Между тем, вам следует подумать о некоторых изящных новых схемах типа 555, которые следует отправить в отдел «Идеи дизайна для электронного дизайна».Мы будем рады видеть, что вы можете придумать!
Продвинутые линейные устройства
Semtech Corp.
15 Awesome 555 схем таймера
Стандартная микросхема таймера 555 используется в различных приложениях для таймера, генерации импульсов и генератора. Его можно использовать для обеспечения временных задержек в качестве генераторов и элементов триггера.
Микросхема таймера 555 является неотъемлемой частью электронных проектов. Будь то простой проект таймера 555, включающий один 8-битный микроконтроллер и некоторые периферийные устройства, или сложный проект, включающий систему на микросхемах (SoC), задействуется таймер 555.Здесь мы рассмотрим некоторые схемы таймера 555, основанные на ИС. Чтобы увидеть полный список проектов на основе таймера, ознакомьтесь с 555 проектами таймера.
1. Детектор движения с таймером NE555
Эта схема основана на пассивном инфракрасном (PIR) датчике, который автоматически включает устройство, когда кто-то приближается к нему. Его можно использовать для обнаружения кражи или проникновения постороннего лица в запретную зону или здание. Он также может включать свет, когда кто-то приближается к месту, где он установлен.Применения этой схемы включают, среди прочего, системы безопасности, освещение в коридорах и ванных комнатах.
Эта схема таймера 555 доступна по адресу: Детектор движения с таймером NE555.
2. Таймер со звуком
Таймер со звуковым управлением основан на четырехоперационном усилителе LM324 и таймере NE555. Время задержки можно установить от нескольких секунд до 30 минут. Его также можно использовать как чувствительную к звуку охранную сигнализацию. Также представлена односторонняя разводка печатной платы для таймера со звуком и его компонентов.
Этот проект доступен по адресу: Sound Operated Timer.
3. Установите схему таймера 555 в моностабильный режим
Модель 555 может работать либо как простой таймер для генерации одиночных импульсов для временных задержек, либо как генератор релаксации, генерирующий стабилизированные формы сигналов с изменяющейся скважностью от 50 до 100%. В этом руководстве докладчик продемонстрирует, как настроить схему таймера 555 в моностабильном режиме. Это позволит светодиоду включаться на определенное время после нажатия кнопки.Время, в течение которого светодиод остается включенным, можно изменить, изменив сопротивление и емкость в цепи.
Этот проект доступен по адресу: Настройте таймер 555 в моностабильном режиме.
4. Усилитель звука ШИМ с таймером 555
В повсеместной звуковой схеме ШИМ 555 используется микросхема 555 в нестабильном режиме, где частота переключения может изменяться от 65 кГц до 188 кГц.
Этот проект доступен по адресу: 555 Таймер ШИМ аудиоусилитель.
5. Последовательный таймер для управления двигателем постоянного тока
Последовательный таймер — это широко используемая схема на промышленных предприятиях, поскольку большинство промышленных процессов относятся к типу цепной реакции.Это означает, что по завершении одного процесса запускается следующий.
Этот проект доступен по адресу: Последовательный таймер для управления двигателем постоянного тока.
6. Бесконтактный таймер
Инфракрасная бесконтактная схема этого типа широко используется в качестве электрического переключателя, когда физический контакт нежелателен в гигиенических целях. Например, мы часто видим использование инфракрасных датчиков приближения в общественных питьевых фонтанчиках и в общественных туалетах. Представленной здесь простой схемой можно управлять, перемещая перед ней руку.Это достигается за счет обнаружения инфракрасного света, отраженного вашей рукой на приемное устройство.
Этот проект доступен по адресу: Бесконтактный таймер.
7. Линейный таймер общего назначения
Этот простой таймер может использоваться для управления любым электроприбором, который необходимо выключить через определенное время, при условии, что параметры реле-переключателя соответствуют требованиям этого прибора. Он использует недорогие компоненты и сочетает в себе цифровую точность с простым аналоговым управлением, обеспечивая длительную синхронизацию без использования дорогостоящих резисторов или конденсаторов.
Этот проект доступен по адресу: Linear timer for General Use.
8. Таймер инфракрасного дистанционного управления
Здесь представлена схема таймера с дистанционным инфракрасным управлением. Схема состоит из двух секций, а именно секции передатчика и секции приемника.
Этот проект доступен по адресу: Инфракрасный таймер дистанционного управления.
9. Программируемый промышленный таймер включения-выключения с дистанционным управлением RF
Некоторые из представленных здесь функций программируемого промышленного таймера включения / выключения включают:
- Время от 1 до 60 секунд (может быть увеличено)
- Время включения и время выключения можно запрограммировать (от 1 до 60 секунд)
- Повторная (непрерывная) и однократная операция
- Полностью дистанционное управление в диапазоне 100 метров
- Удобные элементы управления на передней панели и дисплей с ЖК-дисплеем
- Кнопки аварийной остановки (как на панели управления, так и на пульте дистанционного управления)
- Обеспечение беспотенциальных контактов реле для подключения любого устройства / приложения 230 В перем. Тока при 10 А или 28 В пост. Тока при 10 А.
Этот проект доступен по адресу: Programmable Industrial On-Off Timer.
10. Устройство проверки скорости для шоссе
Этот датчик скорости может пригодиться ГАИ. Он не только обеспечит цифровой дисплей в соответствии со скоростью транспортного средства, но и подаст звуковой сигнал, если транспортное средство превысит допустимую скорость для шоссе.
Этот проект таймера 555 доступен по адресу: Speed checker for Highways.
11. Генератор сигналов и инвертор с использованием таймеров NE555
Часто нам требуется генератор прямоугольных сигналов с регулируемой частотой, почти равными высокими и низкими импульсами на выходе и регулируемыми амплитудами.Здесь мы представляем простой, полезный и недорогой генератор сигналов, построенный на таймерах NE555. Используя внешние переключатели, вы можете контролировать или выбирать частотные диапазоны в соответствии с вашими требованиями. Однако рекомендуется использовать частоты ниже 30 кГц.
Этот проект таймера 555 доступен по адресу: Генератор сигналов и инвертор с использованием таймеров NE555
12. Демонстрация нестабильного мультивибратора на основе таймера 555 с использованием MATLAB
Мы представляем здесь демонстрационную программу для нестабильного мультивибратора на основе таймера 555, который реализован с использованием графического пользовательского интерфейса (GUI) в среде MATLAB 2014
Этот проект таймера 555 доступен по адресу: Демонстрация нестабильного мультивибратора на основе таймера 555 с использованием MATLAB
13.Мигание лампы переменного тока с использованием таймера 555
Здесь мы используем очень простой и недорогой таймер NE555 для попеременного включения и выключения двух выходных нагрузок для звуковой и визуальной индикации. Этого можно добиться, используя NE555 на биполярном транзисторе или LMC555 на основе КМОП.
Эту схему можно заставить мигать лампами переменного тока с низкой частотой или включать и выключать электрические нагрузки, подключенные к сети, на низкой скорости. Чтобы уменьшить радиочастотное излучение, переключение выполняется только при переходе через ноль сетевого напряжения переменного тока.
Этот проект таймера 555 доступен по адресу: Мигание лампы переменного тока с использованием таймера 555
14. Лампа RGB с таймером NE555
Многоцветные лампы красного-зеленого-синего (RGB) цвета, доступные на рынке, дороги, так как они основаны на микроконтроллере. Программу для микроконтроллера понять сложно. Вот простая и недорогая схема лампы RGB с таймером 555.
Этот проект таймера 555 доступен по адресу: RGB Bulb Using NE555 Timer
15.Устранение ложных срабатываний таймера 555
Обычно ложное срабатывание таймера IC 555 происходит при включении питания, что приводит к нежелательному выходу, запускающему временной цикл таймера. Схема становится неэффективной, особенно когда нагрузка должна быть запитана только при желании. Вот простая схема устранения ложных срабатываний для таймера 555.
Этот проект таймера 555 доступен по адресу: Устранение ложных срабатываний для таймера 555
Заинтересованы? Ознакомьтесь с нашей другой коллекцией электронных проектов.
Эта статья была впервые опубликована 5 ноября 2017 г. и недавно обновлена 17 ноября 2020 г.
Дешевый таймер задержки
Недавно меня очень заинтересовал контроль количества энергии, потребляемой моими платами, потому что между передачей данных и использованием устройств с батарейным питанием не так много энергии, которую можно сэкономить, если вы не хотите быть привязанным к настенной бородавке.
Adafruit и Sparkfun продают коммутационные платы TPL5110, которые по сути действуют как переключатели задержки, запускающие таймер при замыкании переключателя.Когда период истечет, переключатель снова замкнется. Система отключает питание, посылая сигнал на контакт триггера, который размыкает цепь. Однако это немного дорого для меня, и, когда я искал альтернативы, я заметил эту IC / плату:
Это рекламируется как микросхема задержки синхронизации / микросхема задержки / задержка запуска IC / 2s-1000h тайминги IC. Он также известен как микросхема задержки C005 из-за маркировки сбоку. К сожалению, все описания в Интернете кажутся копией оригинальных инструкций, которые представляют собой набор бессмысленных предложений:
Трудно понять! После некоторых экспериментов с микросхемой C005 я выяснил, что когда триггер
подтягивается к LOW
, падающий фронт заставляет вывод OUT
переходить на LOW
в течение определенного периода времени, прежде чем вернуться к своему состояние по умолчанию ВЫСОКОЕ
.
Это однократный таймер, поскольку для изменения состояния ему требуется внешний вход.
Для схемы с низким энергопотреблением заземление можно подключить к выводу OUT
. Таким образом, задержка работает как переключатель низкого уровня и управляет питанием цепи через соединение с землей. Если активирован внешний триггер, схема включится и обработает событие в течение заранее определенного периода времени, прежде чем оно отключится.
Другой способ использования этого — привязать выход к транзистору, который действует как переключатель большой мощности.Допустим, я хочу, чтобы цепь каждый раз отключалась на час. Сначала я выберу резистор, который дает мне час из таблицы синхронизации, затем я запрограммирую свой микроконтроллер на отправку сигнала на вывод триггера, когда это будет сделано. Это приведет к тому, что выходной сигнал станет низким на указанный период времени (час), прежде чем он снова автоматически вернется в высокий уровень. Выход можно подключить к транзистору или полевому МОП-транзистору.
Вывод OUT
не может подавать значительный ток, поэтому невозможно запустить схему непосредственно от вывода OUT
, если ваши текущие требования не очень малы.Удерживание триггера
в нажатом положении не приводит к автоматическому повторному запуску вывода, так как условием переключения вывода OUT
является спад на выводе триггера .
Самое приятное в этом чипе — то, что контактные площадки расположены на расстоянии 0,1 дюйма друг от друга, поэтому их можно припаять к стандартным разъемам. Еще одним преимуществом этой ИС является то, что ее также можно использовать в качестве таймера в течение более длительного периода, чем у TPL5110. Хотя он определенно занимает больше места, он в 10 раз дешевле, чем TPL5110 в разовых количествах, и стоит около \ $ 0.15. Я измерил период времени, чтобы он оставался стабильным до нескольких миллисекунд. Накладка
C005, сделанная мной в InkscapeЭтот чип принимает напряжения от 2 до 5 В. Для установки таймера потребуется припаять резистор.
P1 и P2 в основном используются для увеличения времени. Замыкая P1, вы увеличиваете время в 8 раз, закорачивая P2, вы увеличиваете время в 64 раза. Короткие позиции по обеим сделкам увеличивают время в 512 раз.
Установив на плату резистор SMD или сквозной резистор, время можно изменить, как показано в справочной таблице внизу стойки.Время также зависит от напряжения, приложенного к цепи. Кроме того, вы также можете добавить подстроечный резистор для изменения задержки.
Для устойчивости к спусковому штифту можно добавить подтяжку. Обратите внимание, что выходной контакт, похоже, может потреблять до 30 мА и не является переключателем полной мощности. Вам нужно будет самостоятельно добавить схему питания, если вы собираетесь использовать эту микросхему таймера для операций с высокой мощностью.
Шаги
- Подключите питание и заземление
- Выберите резистор и припаяйте его
- Привяжите триггерный контакт к внешнему устройству или переключателю
- Подключите выходной контакт к цепи, которая будет запитана
Потребляемая мощность
Этот чип / плата потребляет около 100 мкА в активном состоянии (когда отсчитывает время).Во время сна он потребляет около 1 мкА. Это не дает больших преимуществ по сравнению с режимами сна, которые для nRF52840 или ESP32 потребляют около нескольких мкА во время сна. Однако, если мы рассматриваем более сложную схему, такую как плата с другими компонентами, которые также потребляют энергию, то, возможно, этот чип играет роль посредника для управления питанием. Это также может быть полезно в схемах, которые должны быть синхронизированы, но не имеют микроконтроллера, или для модификации существующих схем, чтобы они имели функции сна.
Эти времена применимы, когда и P1, и P2 не закорочены.
Сопротивление | Синхронизация до 3 В | Синхронизация до 4,5 В (с) |
---|---|---|
10K | 5,8 | 4,8 |
20К | 8,9 | 8 |
30K | 12,1 | 11,4 |
51K | 19,2 | 18 |
75K | 26.5 | 25 |
100 тыс. | 34 | 32 |
150 К | 49 | 46 |
200 К | 65 | 60 |
240 К | 78 | 74 |
300 К | 96 | 92 |
390K | 123 | 119 |
510K | 155 | 150 |
560К | 175 | 168 |
620К | 199 | 187 |
750 К | 230 | 222 |
820К | 255 | 246 |
1 мес. | 330 | 291 |
1.5М | 383 | 432 |
2M | 598 | 568 |
3M | 762 | 762 |
4,7 млн | 1425 | 1165 |
5,1 млн | 1631 | 1331 |
10 мес. | 2921 | 2621 |
15 мес. | 4394 | 3813 |
20М | 5160 | 4660 |
22 м | 7052 | 6452 |
Схема тестирования ИС таймера 555 и ее работа
Введение
ИС таймера 555 — одна из самых популярных и наиболее часто используемых интегральных схем.Он выполняет множество задач по синхронизации в электронных схемах, и существует огромный список экспериментов, которые можно провести с 555 IC. Именно поэтому он очень популярен среди любителей электроники.
Но перед тем, как использовать микросхему таймера 555, вы должны проверить ее, т.е. правильно ли она работает или нет. Итак, в этом проекте я разработал простую схему, которую можно использовать в качестве схемы тестирования микросхемы таймера 555 и определить, работает ли микросхема 555 или нет.
Если вы работаете с микросхемой таймера 555, прочтите это руководство для новичков по микросхеме таймера 555 .
Краткое описание таймера 555 IC
Я не буду вдаваться в подробности о микросхеме таймера 555, но несколько важных вещей, которые вам понадобятся, прежде чем понимать, как работает схема тестирования микросхемы таймера 555. Первое, что важно, это то, что микросхема 555 доступна в 8-контактном корпусе Dual-in-line Package (DIP) (или, по крайней мере, это тот, который я буду использовать в этом проекте).
Вторая важная особенность микросхемы таймера 555 заключается в том, что она имеет три режима работы: нестабильный, моностабильный и бистабильный.Схема, реализованная в этом проекте, в основном представляет собой нестабильный режим работы микросхемы таймера 555.
Принцип
Эту простую схему тестирования ИС 555 можно использовать для тестирования всей коллекции ИС таймера 555. Итак, прежде чем использовать вашу ИС в каком-либо проекте, убедитесь, что ваша ИС хороша или плоха, протестировав ее. Это можно сделать, настроив IC на работу в качестве генератора, то есть 555 настроен в нестабильном режиме работы.
Схема тестера 555 быстро сообщит вам, работает ли таймер или нет.Важной особенностью этой схемы является то, что она сообщит, что таймер 555 закорочен или не колеблется.
Схема тестирования микросхемы таймераSimple 555
Принципиальная схема испытательной цепи 555 показана на изображении ниже.
Необходимые компоненты
- 555 IC (тестируемая микросхема)
- 8-контактный держатель микросхемы
- 2 резистора по 10 кОм
- 2 резистора по 1 кОм
- Конденсатор 47 мкФ (электролитический)
- 0.Конденсатор 01 мкФ (керамический диск)
- 2 X светодиода
- Блок питания 12 В
- Мини-макетная плата
- Соединительные провода
Схемотехника
Как упоминалось ранее, я собираюсь использовать микросхему 555 в нестабильном режиме работы. Если вы знакомы с этим режимом, то можете легко спроектировать схему самостоятельно.
Сначала подключите контакты 4 (сброс) и 8 (VCC) к источнику +12 В, а контакт 1 (GND) к GND. Короткие контакты 2 (TRIG) и 6 (THRESHOLD).Теперь подключите резистор 10 кОм между VCC и контактом 7 (РАЗРЯД). Этот резистор будет называться R1.
Также подключите еще один резистор 10 кОм между контактом 7 и контактом 6. Этот резистор будет называться R2. Конденсатор 47 мкФ (здесь и далее называемый C1) подключен между контактом 6 и GND.
Дополнительное соединение — это подключение конденсатора 0,01 мкФ между контактом 5 (CONTROL) и GND. Наконец, подключите два светодиода, как показано на принципиальной схеме, к контакту 3 (OUT) микросхемы таймера 555.
Как проверить микросхему таймера 555?
Прежде всего, очень осторожно вставьте микросхему в гнездо (если используется), чтобы ни один вывод таймера 555 не получил повреждений.Теперь, чтобы увидеть результат, включите питание. Если ваш таймер 555 работает правильно, то оба светодиода (в моем случае красные светодиоды) будут гореть поочередно. Если какой-либо из светодиодов не горит или оба светодиода не горят, это означает, что ваша микросхема таймера 555 неисправна.
Работа цепи тестера микросхемы таймера 555
В этой схеме я использовал микросхему 555 в качестве нестабильного мультивибратора, и когда на схему будет подано питание, светодиоды начнут мигать, что означает, что микросхема работает. Частоту мигания светодиодов можно изменить, увеличивая или уменьшая номиналы резистора R1 и R2 и конденсатора C1.
Вы можете рассчитать длительность времени с помощью формул, приведенных ниже.
Время включения (ВЫСОКОЕ) в секундах = 0,693 * (R1 + R2) * C1
Время ВЫКЛЮЧЕНИЯ (НИЗКОЕ) в секундах = 0,693 * R2 * C1
Общий период времени в секундах = 0,693 * (R1 + 2R2) * Частота C1
= 1,44 / ((R1 + 2R2) * C1)
Согласно нашей схеме, R1 = 10 кОм, R2 = 10 кОм и C1 = 47 мкФ. Если вы подставите эти значения в приведенные выше уравнения, вы получите следующие результаты.
Частота = 1,023 Гц
Время включения = 0.651 секунда
Время выключения = 0,326 секунды
Период времени = 0,977 секунды
Вы можете увидеть это на следующем видео.
Теперь приступим к работе, как только будет подано питание, C1 начнет заряжаться через R1 и R2. Когда напряжение на C1 поднимается выше 2/3 напряжения питания, внутренний триггер переключается. В результате на контакте 7 становится низкий уровень, и С1 начинает разряжаться.
Когда напряжение на C1 падает ниже 1/3 напряжения питания, внутренний триггер сбрасывается, и на контакте 7 устанавливается высокий уровень.C1 снова начинает заряжаться. Все это произойдет только тогда, когда ваша ИМС будет в хорошем состоянии. В зависимости от времени зарядки и разрядки конденсатора (установленного R1, R2 и C1) выходная мощность будет ВЫСОКОЙ или НИЗКОЙ, и светодиоды будут соответственно мигать. Из этих наблюдений можно сделать вывод, что микросхема таймера 555 неисправна или нет.
Связанное сообщение: Сенсорный переключатель включения и выключения цепи
с использованием микросхемы таймера 555
Использование микросхемы таймера 555Использование микросхемы таймера 555
555, вероятно, самый популярный чип, используемый в электронике. любители.Он выполняет простую, но важную функцию (это таймер), и его расположение и использование также довольно просты. Для тех, кто только получает начал с электроники, это хороший выбор для использования в качестве первого учебный чип. (Обратите внимание, что термины «чип» и «IC» (интегральная схема) в значительной степени взаимозаменяемы.)
Начните с того, что поместите 555 в макетную плату. Помните, что каждый штифт на чип должен быть отделен от других, поэтому вы не можете подключить его таким образом, чтобы любые контакты были соединены друг с другом.Разместите так, чтобы он занимает промежуток между двумя отдельными областями на доске. Это относится к любой чип, который вы поместите в макетную плату, а не только 555.
Теперь вам нужно разобраться в различных выводах микросхемы. Международный Стандарт для нумерации выводов на микросхеме работает следующим образом: Ориентируйте микросхему относительно выемки на нем. Почти все фишки имеют выемку, вырезанную на одной сторона, которая помогает в ориентации. Если разместить микросхему так, чтобы эта выемка вверху, то штифт в верхнем левом углу — это штифт 1.Оттуда вы двигайтесь вниз, последовательно пронумеровывая каждый штифт, штифт 2, штифт 3 и так далее, пока не дойдете до штифта в нижнем левом углу, который на 555 будет контакт 4 (так как у 555 по 4 контакта с каждой стороны). Оттуда перейдите к с другой стороны, так чтобы штифт в правом нижнем углу был следующим (штифт 5 на 555), а затем двигайтесь вверх, заканчивая так, чтобы булавка с наибольшим номером оказалась в верхний правый угол (вывод 8 на 555). Если вы сориентируете 555 так, чтобы выемка наверху, контакты выглядят так:
18 27 36 45
Нумерация контактов проста, так как та же система нумерации используется для каждая фишка в мире.Фактически определение функции штифтов намного сложнее, если только у вас нет документа, определяющего их. К счастью, 555 — настолько популярный чип, что найти распиновку для него относительно легко. Названия контактов для каждого контакта на 555 следующие:
1: Земля
2: Триггер
3: Выход
4: Сброс
5: Обход
6: Порог
7: Разряд
8: + 5 В
Не беспокойтесь о том, что делает каждый вывод прямо сейчас. А пока вы можете просто начните подключать микросхему.
Модель 555 имеет два режима работы: в одном режиме («моностабильный режим»), это одноразовая сделка, при которой он выдает один импульс. Гораздо больше однако обычно используемый режим — это «нестабильный» режим, в котором он действует как таймер, производящий импульс через точные интервалы. Мы будем использовать нестабильный режим. Чтобы перевести микросхему в этот режим, начните с изготовления следующего основного провода вложения после установки микросхемы на макетной плате:
1. Поскольку 555, как и любой другой чип, нуждается в электроэнергии для функцию, вы также можете начать с подключения двух контактов питания: 1 и 8.Контакт 8 рассчитан на питание +5 В постоянного тока, а контакт 1 должен быть заземлен.
2. Соедините контакты 2 и 6 напрямую друг с другом.
3. Подключите контакт 4 к + 5В.
На этом этапе макет вашей макетной платы должен выглядеть следующим образом (нижняя шина полоса + 5В, а верхняя земля):
(На этих фотографиях выемка в 555 находится на левой стороне чипа, поэтому контакт 1 находится в нижнем левом углу, контакт 4 — в нижнем правом углу, контакт 5 — в вверху справа и контакт 8 в верхнем левом углу.) Все идет нормально. Теперь тебе нужно добавить несколько компонентов в макет. Для работы 555 требуется три компонента: Два резистора (называемые R1 и R2) и конденсатор (называемый C1). Ценности эти компоненты определяют, насколько быстро 555 будет работать. Для этого основного введение, мы заставим мигать светодиод на 555. Формула для определение, в герцах, насколько быстро прогон 555:
1,44 / ((R1 + 2 * R2) * C)
(где R1 и R2 в омах, а C в фарадах, а НЕ микрофарадах или пикофарады.) Для этого эксперимента давайте использовать базовую частоту вспышки 1 герц, Это означает, что светодиод будет мигать примерно раз в секунду. За В этом эксперименте мы сделаем R1 равным 1000 Ом, а R2 — 5000 Ом. C1, когда мы его сложим, будет 130 микрофарад (0,00013 фарад). Если вы сделаете математика …
1,44 / ((1000 + 2 * 5000) * 0,00013)
= 1,44 / ((1000 + 10,000) * 0,00013)
= 1,44 / (11,000 * 0,00013)
= 1,44 / 1,43
= 1 (приблизительно)
R1 находится между контактами 8 и 7, поэтому мы поместим туда резистор на 1000 Ом.R2 идет между контактами 7 и 6, поэтому мы поставим туда резистор на 5000 Ом. Ваш плата теперь должна выглядеть так:
Пока все хорошо! Пришло время добавить конденсатор. Идет между контактами 6 и заземление. Сначала мы добавим конденсатор, поместив его одну сторону на контакт. 6 …
(знаю, где конденсатор подключен, сложно сказать, но поверьте, его левая сторона соединена с контактом 6.) Теперь мы добавим провод, соединяющий другая сторона конденсатора на землю, вот так:
Поздравляем! Теперь 555 подключен и готов к работе.Так и будет создают импульсы с частотой почти точно 1 Гц, и эти импульсы будут приходить от выходного контакта, который является контактом 3. Однако, чтобы использовать эти импульсов, нам нужно что-то подключить к выводу 3. Итак, проведем провод от вывода 3, вот так …
… А теперь прикрепим светодиод, чтобы положительный конец светодиода был подключен к контакту 3, а отрицательный конец светодиода идет на массу (через резистор, чтобы не перегорел светодиод). Ваша доска теперь должна выглядеть так это:
Все готово! Подключите блок питания, и ваш светодиод должен немедленно начните моргать с приятной устойчивой скоростью.Поздравляю! Вы сделали свой первая схема с использованием ИС, и вы на пути к созданию еще большего сложные схемы с использованием еще более сложных микросхем.
Чтобы немного упростить расчет времени для 555, вот программа на BASIC, которую я, кажется, вижу на многих сайтах. Он просит вас значения R1, R2 и C1, а затем вычисляет точную скорость, которую чип будет использовать эти компоненты. Удобно, а? Загрузить здесь.
Для справки в будущем, некоторые характеристики 555 IC:
Максимальные значения для R1 и R2: 3 300 000 Ом (3.3 мега Ом) Минимальные значения для R1 и R2: 1000 Ом Минимальная рекомендуемая емкость: 500 пФ Максимальная емкость: ограничена утечкой конденсатора Максимальная частота: теоретически 1 МГц, но на практике около 300 кГц.
Вернуться в раздел электроники
Вернуться на главную
Представляем микросхему таймера 555 — Урок
В этом сообщении блога мы представим интегральную схему (ИС) таймера 555. Вы узнаете, что это такое, три разных режима и его распиновку.
Таймер 555 (EN555)
Таймер 555 — это интегральная схема, она чрезвычайно универсальна и может использоваться для построения множества различных схем.
EN555 обычно используется для генерации непрерывных серий импульсов. Эти серии импульсов позволяют, например, непрерывно мигать светодиодом.
EN555Таймер 555 может работать в трех различных режимах:
- Моностабильный режим: обычно используется для создания временных задержек
- Астабильный режим: выдает колебательный импульсный сигнал
- Бистабильный режим: таймер 555 изменяет свой выход в зависимости от состояния двух входов
В этом посте вы увидите пример нестабильного режима.
Распиновка
Если вы выполните поиск в таблице данных таймера Google 555 , одним из первых результатов должна быть таблица данных в формате PDF.
Это документ с большим количеством информации, но на что вам действительно стоит обратить внимание прямо сейчас, так это на распиновку. Распиновка EN555:
Распиновка EN555Эта микросхема имеет 8 контактов:
- Земля
- Спусковой крючок
- Выход
- Сброс
- Управляющее напряжение
- Порог
- Разряд
- VCC
На принципиальной схеме таймер 555 обычно изображается следующим образом:
EN555 представлен на принципиальной схемеВыход
Вывод 3 — это выход.Этот штифт генерирует колебания. Напряжение высокое, затем низкое, затем высокое, снова низкое и так далее (это называется нестабильным режимом).
Выходное напряжение в зависимости от времени в нестабильном режимеАстабильный режим
Чтобы таймер 555 работал в нестабильном режиме, вы должны подключить свою схему следующим образом:
Принципиальная схема EN555 — нестабильный режимЧастоту колебаний можно регулировать, изменяя номиналы резисторов R1 и R2 и емкость конденсатора C.
Частоту можно рассчитать, используя следующее выражение:
С выходным напряжением, поступающим с контакта 3, вы можете управлять чем угодно (например, светодиодом, динамиком, двигателем и т. Д.).
Мигание светодиода с таймером 555
В этом разделе вы будете мигать светодиодом, используя таймер 555 в нестабильном режиме. Итак, нам просто нужно добавить светодиод к выходу предыдущей схемы.
Необходимые компоненты
Это необходимые компоненты:
Вы можете использовать предыдущие ссылки или перейти непосредственно на MakerAdvisor.com/tools, чтобы найти все детали для ваших проектов по лучшей цене!
Принципиальная схема
Это принципиальная схема:
Схема подключения
Вы можете либо следовать предыдущей схеме, либо следовать схеме электрических соединений макетной платы ниже.Наконец, включите свою схему, подключив аккумулятор к макетной плате:
В конце концов, вы должны увидеть, как ваш светодиод мигает так:
Примечание: замените электролитический конденсатор емкостью 1 мкФ другим конденсатором с меньшей емкостью и увидите, что светодиод будет мигать с другой частотой.