16 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Принцип работы таймера 555

Интегральный таймер NE555 — история, устройство и приницип работы

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.

555-й таймер. Часть 1. Как устроен и как работает таймер NE555. Расчёт схем на основе NE555

Эта статья посвящена микросхеме, сохраняющей популярность уже более 30 лет и имеющей множество клонов. Встречайте — таймер NE555 (он же — LM555, LC555, SE555, HA555, а также
множество других, есть даже советский аналог — КР1006ВИ1). Такую популярность этой микросхеме обеспечили простота, дешивизна, широкий диапазон напряжений питания (4,5-18В), высокая точность и стабильность (температурный дрейф 0,005% / o С, дрейф от напряжения питания — менее 0,1% / Вольт), ну и конечно же, самое главное, — широчайшие возможности применения.

Но, обо всём по порядку. Начнём мы с того, как эта микросхема устроена.

Итак, функциональная схема таймера показана на рисунке 1.

1. GND — земля/общий провод.

2. Trigger — инвертирующий вход компаратора, ответственного за установку триггера. Когда напряжение на этой ноге становится меньше 1/3 Vcc (то есть меньше, чем напряжение на неинвертирующем входе компаратора) — на вход SET триггера поступает логическая 1. Если при этом отсутствуют сигналы сброса на входах Reset, то триггер установится (на его выходе появится логический 0, так как выход инвертированный).

3. Output — выход таймера. На этом выводе присутствует инвертированный сигнал с выхода триггера, то есть когда триггер взведён (на его выходе ноль) — на выводе Output высокий уровень, когда триггер сброшен — на этом выводе низкий уровень.

Читать еще:  Сетевые фильтры что это такое

4. Reset — сброс. Если этот вход подтянуть к низкому уровню, триггер сбрасывается (на его выходе устанавливается 1, а на выходе таймера низкий уровень).

5. Control — контроль/управление. Этот вывод позволяет изменять порог срабатывания компаратора, управляющего сбросом триггера. Если вывод 5 не задействован, то этот порог определяется внутренним делителем напряжения на резисторах и равен 2/3 Vcc. Вывод Control можно использовать, например, для организации обратной связи по току или напряжению (об этом я позднее расскажу).

6. Threshold — порог. Когда напряжение на этом выводе становится выше порогового (которое при незадействованном выводе 5, как вы помните, равно 2/3 Vcc) — происходит сброс триггера и на выходе таймера устанавливается низкий уровень.

7. Discharge — разряд. На этом выходе 555-й таймер имеет транзистор с открытым коллектором. Когда триггер сброшен — этот транзистор открыт и на выходе 7 присутствует низкий уровень, когда триггер установлен — транзистор закрыт и вывод 7 находится в Z-состоянии. (Почему эта нога называется «разряд» вы скоро поймёте.)

8. Vcc — напряжение питания.

Далее, давайте рассмотрим, в чём же основная идея использования этого таймера. Для этого добавим к нашей схеме пару элементов внешней обвязки (смотрим рисунок 2). 4-ю и 5-ю ноги мы пока не будем использовать, поэтому будем считать, что 4-я нога у нас гвоздём прибита к напряжению питания, а 5-я просто болтается в воздухе (с ней и так ничего не будет).

Итак, пусть изначально у нас на второй ноге присутствует высокий уровень. После включения наш триггер сброшен, на выходе триггера высокий уровень, на выходе таймера низкий уровень, на 7-й ноге тоже низкий уровень (транзистор внутри микрухи открыт).

Чтобы произошло переключение триггера — необходимо подать на вторую ногу уровень ниже 1/3 Vcc (тогда переключится компаратор и сформирует высокий уровень на входе Set нашего триггера). Пока уровень на 2-й ноге остаётся выше 1/3 Vcc — наш таймер находится в стабильном состоянии и никаких переключений не происходит.

Ну что ж, — давайте кратковременно подадим на 2-ю ногу низкий уровень (на землю её коротнём, да и всё) и посмотрим что будет происходить.

Как только уровень на 2-й ноге упадёт ниже 1/3 Vcc — у нас сработает компаратор, подключенный к устанавливающему входу триггера (S), что, соответственно, вызовет установку триггера.

На выходе триггера появится ноль (поскольку выход триггера инвертирован), при этом на выходе таймера (3-я нога) установится высокий уровень. Кроме этого транзистор на 7-й ноге закроется и 7-я нога перейдёт в Z-состояние.

При этом через резистор Rt начнёт заряжаться конденсатор Ct (поскольку он больше не замкнут на землю через 7-ю ногу микрухи).

Как только уровень на 6-й ноге поднимется выше 2/3 Vcc — сработает компаратор, подключенный ко входу R2 нашего триггера, что приведёт к сбросу триггера и возврату схемы в первоначальное состояние.

Вот мы и рассмотрели работу схемы, называемой одновибратором или моностабильным мультивибратором, короче говоря, устройства, формирующего единичный импульс.

Как нам теперь узнать длительность этого импульса? Очень просто, — для этого достаточно посчитать, за какое время конденсатор Ct зарядится от 0 до 2/3 Vcc через резистор Rt от постоянного напряжения Vcc.

Сначала решим эту задачку в общем виде. Пусть у нас конденсатор заряжается через резистор R напряжением Vп от начального уровня U.

Вспоминаем, как связаны ток и напряжение на конденсаторе: i=C*dU/dt. Ток через резистор: i=(Vп-U)/R. Поскольку это один и тот же ток, который течёт через резистор и заряжает конденсатор, то мы можем составить простое дифференциальное уравнение, описывающее процесс заряда нашего конденсатора: C*dU/dt=(Vп-U)/R.

Преобразуем наше уравнение к виду: RC*dU/dt + U = Vп

Это дифференциальное уравнение имеет решение, вида: U=U+(Vп-U)*(1-e -t/RC ) ( формула 1 )

Теперь вернёмся к нашей схеме. Зная, что U=0, напряжение питания равно Vcc, а конечное напряжение равно 2/3 Vcc, найдём время заряда:

2/3 Vcc = Vcc*(1-e -t/RC )

Отсюда получаем длительность импульса нашего одновибратора:

А теперь мы нашу схему немного изменим. Добавим в неё ещё один резистор, и чуть изменим подключение ног (смотрим рисунок 3).

Так, что у нас получилось? На старте конденсатор Ct разряжен (напряжение на нём меньше 1/3 Vcc), значит сработает компаратор запуска и сформирует высокий уровень на входе S нашего триггера. Напряжение на 6-й ноге меньше 2/3 Vcc, значит компаратор, формирующий сигнал на входе R2, — выключен (на его выходе низкий уровень, то есть сигнала Reset нет).

Следовательно сразу после включения наш триггер установится, на его выходе появится логический 0, на выходе таймера установится высокий уровень, транзистор на 7-й ноге закроется и конденсатор Ct начнёт заряжаться через резисторы R1, R2. При этом напруга на 2-й и 6-й ногах начнёт расти.

Когда эта напруга вырастет до 1/3 Vcc — пропадёт сигнал Set (отключится компаратор установки триггера), но триггеру пофиг, на то он и триггер, — если уж он установился, то сбросить его можно только сигналом Reset.

Сигнал Reset сформируется верхним на нашем рисунке компаратором, когда напряжение на конденсаторе, а вместе с ним на 2-й и 6-й ногах, достигнет значения 2/3 Vcc (то есть как только напряжение на конденсаторе станет чуть больше — сразу сформируется Reset).

Этот сигнал (Reset) сбросит наш триггер и на его выходе установится высокий уровень. При этом на выходе таймера установится низкий уровень, транзистор на 7-й ноге откроется и конденсатор Ct начнёт разряжаться через резистор R2. Напряжение на 2-й и 6-й ногах начнёт падать. Как только оно станет чуть меньше 2/3 Vcc — верхний компаратор снова переключится и сигнал Reset пропадёт, но установить триггер теперь можно только сигналом Set, поэтому он так и останется в сброшенном состоянии.

Как только напряжение на Ct снизится до 1/3 Vcc (станет чуть ниже) — снова сработает нижний компаратор, формирующий сигнал Set, и триггер снова установится, на его выходе снова появится ноль, на выходе таймера — единица, транзистор на 7-й ноге закроется и снова начнётся заряд конденсатора.

Далее этот процесс так и будет продолжаться до бесконечности — заряд конденсатора через R1,R2 от 1/3 Vcc до 2/3 Vcc (на выходе таймера высокий уровень), потом разряд конденсатора от 2/3 Vcc до 1/3 Vcc через резистор R2 (на выходе таймера низкий уровень).

Таким образом наша схема теперь работает как генератор прямоугольных импульсов, то есть мультивибратор в автоколебательном режиме (когда импульсы сами возникают, без каких-либо внешних воздействий).

Осталось только посчитать длительности импульсов и пауз. Для этого снова воспользуемся формулой 1, которую мы вывели выше.

При заряде конденсатора напряжением Vcc через R1,R2 от 1/3 Vcc до 2/3 Vcc, имеем:

2/3 Vcc = 1/3 Vcc + (Vcc-1/3 Vcc)*(1-e -t/(R1+R2)C )

Отсюда получаем длительность импульса нашего мультивибратора:

Аналогично находим длительность паузы, только теперь у нас начальный уровень 2/3 Vcc, конденсатор мы не заряжаем от Vcc, а разряжаем на землю (т.е. вместо Vп в формулу нужно подставить ноль, а не Vcc) и разряд идёт только через резистор R2:

1/3 Vcc = 2/3 Vcc + (0-2/3 Vcc)*(1-e -t/R2*C )

Отсюда получаем длительность паузы мультивибратора:

Ну и дальше уже несложно посчитать для нашего мультивибратора период импульса и частоту:

T = tи + tп = -ln(1/2)*(R1+2*R2)*C ≈ 0,693*(R1+2*R2)*C

Описание таймера NE555

Микросхема таймер NE555 включает около 20 транзисторов, 15 резисторов, 2 диода. Выходной ток 200 мА, ток потребления примерно на 3 мА больше. Напряжение питания от 4,5 до 18 вольт. Точность таймера не зависит от изменения напряжения питания и составляет не более 1% от расчетного значения.

Datasheet микросхемы NE555, а также калькулятор для расчета обвязки можно скачать в конце статьи.

Вывод №1 — Земля.

Вывод подключается к минусу питания или к общему проводу схемы.

Вывод №2 — Запуск.

Этот вывод является одним из входов компаратора №2. При подаче на этот вход импульса низкого уровня, который должно быть не более 1/3 напряжения питания, происходит запуск таймера и на выводе №3 появляется напряжение высокого уровня на время, которое задается внешним сопротивлением Ra+Rb и конденсатором С. Данный режим работы называется — режим моностабильного мультивибратора. Импульс, подаваемый на вывод №2, может быть как прямоугольным, так и синусоидным и по длительности он должен быть меньше чем время заряда конденсатора С.

Вывод №3 — Выход.

Высокий уровень равен напряжению питания минус 1,7 Вольта. Низкий уровень равен примерно 0,25 вольта. Время переключения с одного уровня на другой происходит примерно за 100 нс.

Вывод №4 — Сброс.

При подаче на этот вывод напряжения низкого уровня (не более 0,7в) произойдет сброс таймера и на выходе его установится напряжение низкого уровня. Если в схеме нет необходимости в режиме сброса, то данный вывод необходимо подключить к плюсу питания.

Вывод №5 — Контроль.

Обычно, этот вывод не используется. Однако его применение может значительно расширить функциональность таймера. При подаче напряжения на этот вывод можно управлять длительностью выходных импульсов таймера, а значит отказаться от RC времязадающей цепочки. Подаваемое напряжение на этот вход в режиме моностабильного мультивибратора может составлять от 45% до 90% напряжения питания. А в режиме мультивибратора от 1,7в и до напряжения питания. Соответственно на выходе получится FM модулированный сигнал.

Если этот вывод не используется, то его лучше подключить через конденсатор 0,01мкФ к общему проводу.

Вывод №6 — Стоп.

Этот вывод является одним из входов компаратора №1. При подаче на этот вывод импульса высокого уровня (не менее 2/3 напряжения питания), работа таймера останавливается, и на выходе таймера устанавливается напряжение низкого уровня. Как и на вывод №2, на этот вывод можно подавать импульсы как прямоугольные, так и синусоидные.

Вывод №7 — Разряд.

Этот вывод соединен с коллектором транзистора Т1, эмиттер которого соединен с общим проводом. При открытом транзисторе конденсатор С разряжается через переход коллектор-эмиттер и остается в разряженном состоянии пока не закроется транзистор. Транзистор закрыт, когда на выходе таймера высокий уровень и открыт, когда на выходе низкий уровень.

Вывод №8 — Питание.

Напряжение питания таймера составляет от 4,5 до16 вольт.

Таймер может работать в двух режимах: моностабильный мультивибратор и генератор прямоугольных импульсов.

1. Моностабильный мультивибратор.

Моностабильный означает, что стабильное состояние у таймера только одно, когда он выключен. Во включенное состояние его можно перевести временно, подав на вход таймера какой-либо сигнал. Время нахождения таймера в активном режиме определяется RC цепочкой.

В начальном состоянии, на выходе таймера (вывод №3) низкий уровень — примерно 0,25 вольт, транзистор Т1 открыт и соответственно конденсатор разряжен. Это состояние таймера стабильное. При поступлении на вход (вывод №2) импульса низкого уровня, включается компаратор №2, который переключает триггер таймера, и как результат на выходе таймера устанавливается высокий уровень. Транзистор Т1 закрывается и через резистор R начинает заряжаться конденсатор С. И пока заряжается конденсатор С на выходе таймера сохраняется высокий уровень. За это время изменения сигнала на входе (вывод №2) не вызовут никакое воздействие на таймер. После того как напряжение на конденсаторе С достигнет 2/3 напряжения питания, включается компаратор №1 и тем самым переключает триггер. В результате на выходе (вывод №3) установится низкий уровень, и таймер восстановит исходное, стабильное состояние. Транзистор Т1 откроется и разрядит конденсатор С.

2. Генератор прямоугольных импульсов.

Таймер генерирует последовательность прямоугольных импульсов определяемых RC цепочкой.

В начальном состоянии конденсатор С разряжен и на входах обоих компараторов низкий уровень, близкий к нулю. Компаратор №2 переключает внутренний триггер и как следствие этого на выходе таймера (вывод №3) устанавливается высокий уровень. Транзистор Т1 закрывается и конденсатор С начинает заряжаться через цепочку резисторов R1 и R2.

Когда, в результате зарядки, напряжение на конденсаторе достигает 2/3 напряжения питания, компаратор №1 переключает триггер, который в свою очередь устанавливает низкий уровень на выходе таймера (вывод №3). Транзистор Т1 открывается и через резистор R2 начинает разряжаться конденсатор С. Как только напряжение на конденсаторе достигнет 1/3 напряжения питания, компаратор №2 снова переключит триггер и на выходе таймера (вывод №3) снова появится высокий уровень. Транзистор Т1 закроется и конденсатор С снова начнет заряжаться.

Частота импульсов, зависит от величин C, R1 и R2, и рассчитывается по вышеприведенной формуле.

Сопротивления R1 и R2 подставляются в Омах;

Емкость конденсатора C — в фарадах;

Результат в получается в Герцах.

Время между началом одного и началом следующего импульса называется периодом (t). Оно состоит из длительности самого импульса (t1) и промежутком между импульсами (t2).

Значения t1 и t2 можно рассчитать по следующим формулам:

Файлы к данной схеме (1,4 Mb, скачано: 16 978)

Скачать Datasheet NE555 (1,1 Mb, скачано: 7 135)

Смотреть видео: Таймер NE555

Подробное описание, применение и схемы включения таймера NE555

Каждый радиолюбитель не раз встречался с микросхемой NE555. Этот маленький восьминогий таймер завоевал колоссальную популярность за функциональность, практичность и простоту использования. На 555 таймере можно собрать схемы самого различного уровня сложности: от простого триггера Шмитта, с обвеской всего в пару элементов, до многоступенчатого кодового замка с применением большого количества дополнительных компонентов.

В данной статье детально ознакомимся с микросхемой NE555, которая, несмотря на свой солидный возраст, по-прежнему остается востребована. Стоит отметить, что в первую очередь данная востребованность обусловлена применением ИМС в схемотехнике с использованием светодиодов.

Описание и область применения

NE555 является разработкой американской компании Signetics, специалисты которой в условиях экономического кризиса не сдались и смогли воплотить в жизнь труды Ганса Камензинда. Именно он в 1970 году сумел доказать важность своего изобретения, которое на тот момент не имело аналогов. ИМС NE555 имела высокую плотность монтажа при низкой себестоимости, чем заслужила особый статус.

Читать еще:  Как подсоединить трехфазный двигатель через конденсатор

Впоследствии её стали копировать конкурирующие производители из разных стран мира. Так появилась отечественная КР1006ВИ1, которая так и осталась уникальной в данном семействе. Дело в том, что в КР1006ВИ1 вход останова (6) имеет приоритет над входом запуска (2). В импортных аналогах других фирм такая особенность отсутствует. Данный факт следует учитывать при разработке схем с активным использованием двух входов.

Однако в большинстве случаев приоритеты не влияют на работу устройства. С целью снижения мощности потребления, ещё в 70-х годах прошлого века был налажен выпуск таймера КМОП-серии. В России микросхема на полевых транзисторах получила название КР1441ВИ1.

Наибольшее применение 555 таймер нашёл в построении схем генераторов и реле времени с возможностью задержки от микросекунд до нескольких часов. В более сложных устройствах он выполняет функции по исключению дребезга контактов, ШИМ, восстановлению цифрового сигнала и так далее.

Особенности и недостатки

Особенностью таймера является внутренний делитель напряжения, который задаёт фиксированный верхний и нижний порог срабатывания для двух компараторов. Ввиду того что делитель напряжения нельзя исключить, а пороговым напряжением нельзя управлять, область применения NE555 сужается.

Таймер на биполярных транзисторах имеет один существенный недостаток, связанный с переходом выходного каскада из одного состояния в противоположное. Каждое переключение сопровождается паразитным сквозным током, который в пике может достигать 400 мА, увеличивая тепловые потери. Решение проблемы заключается в установке полярного конденсатора ёмкостью до 0,1 мкФ между выводом управления (5) и общим проводом. Благодаря ему, повышается стабильность при запуске и надёжность всего устройства. Кроме того, для повышения помехоустойчивости цепь питания дополняют неполярным конденсатором 1 мкФ.

Таймеры, собранные на КМОП-транзисторах, лишены перечисленных недостатков и не нуждаются в монтаже внешних конденсаторов.

Основные параметры ИМС серии 555

Внутреннее устройство NE555 включает в себя пять функциональных узлов, которые можно видеть на логической диаграмме. На входе расположен резистивный делитель напряжения, который формирует два опорных напряжения для прецизионных компараторов. Выходные контакты компараторов поступают на следующий блок – RS-триггер с внешним выводом для сброса, а затем на усилитель мощности. Последним узлом является транзистор с открытым коллектором, который может выполнять несколько функций, в зависимости от поставленной задачи.

Рекомендуемое напряжение питания для ИМС типа NA, NE, SA лежит в интервале от 4,5 до 16 вольт, а для SE может достигать 18В. При этом ток потребления при минимальном Uпит равен 2–5 мА, при максимальном Uпит – 10–15 мА. Некоторые ИМС 555 КМОП-серии потребляют не более 1 мА. Наибольший выходной ток импортной микросхемы может достигать значения в 200 мА. Для КР1006ВИ1 он не выше 100 мА.

Качество сборки и производитель сильно влияют на условия эксплуатации таймера. Например, диапазон рабочих температур NE555 составляет от 0 до 70°C, а SE555 от -55 до +125°C, что важно знать при конструировании устройств для работы в открытой окружающей среде. Более детально ознакомиться с электрическими параметрами, узнать типовые значения напряжения и тока на входах CONT, RESET, THRES, и TRIG можно в datasheet на ИМС серии XX555.

Расположение и назначение выводов

NE555 и её аналоги преимущественно выпускаются в восьмивыводном корпусе типа PDIP8, TSSOP или SOIC. Расположение выводов независимо от корпуса – стандартное. Условное графическое обозначение таймера представляет собой прямоугольник с надписью G1 (для генератора одиночных импульсов) и GN (для мультивибраторов).

  1. Общий (GND). Первый вывод относительно ключа. Подключается к минусу питания устройства.
  2. Запуск (TRIG). Подача импульса низкого уровня на вход второго компаратора приводит к запуску и появлению на выходе сигнала высокого уровня, длительность которого зависит от номинала внешних элементов R и С. О возможных вариациях входного сигнала написано в разделе «Одновибратор».
  3. Выход (OUT). Высокий уровень выходного сигнала равен (Uпит-1,5В), а низкий – около 0,25В. Переключение занимает около 0,1 мкс.
  4. Сброс (RESET). Данный вход имеет наивысший приоритет и способен управлять работой таймера независимо от напряжения на остальных выводах. Для разрешения запуска необходимо, чтобы на нём присутствовал потенциал более 0,7 вольт. По этой причине его через резистор соединяют с питанием схемы. Появление импульса менее 0,7 вольт запрещает работу NE555.
  5. Контроль (CTRL). Как видно из внутреннего устройства ИМС он напрямую соединен с делителем напряжения и в отсутствие внешнего воздействия выдаёт 2/3 Uпит. Подавая на CTRL управляющий сигнал, можно получить на выходе модулированный сигнал. В простых схемах он подключается к внешнему конденсатору.
  6. Останов (THR). Является входом первого компаратора, появление на котором напряжения более 2/3Uпит останавливает работу триггера и переводит выход таймера в низкий уровень. При этом на выводе 2 должен отсутствовать запускающий сигнал, так как TRIG имеет приоритет перед THR (кроме КР1006ВИ1).
  7. Разряд (DIS). Соединен напрямую с внутренним транзистором, который включен по схеме с общим коллектором. Обычно к переходу коллектор-эмиттер подключают времязадающий конденсатор, который разряжается, пока транзистор находится в открытом состоянии. Реже используется для наращивания нагрузочной способности таймера.
  8. Питание (VCC). Подключается к плюсу источника питания 4,5–16В.

Режимы работы NE555

Таймер 555 серии работает в одном из трёх режимов, рассмотрим их более детально на примере микросхемы NE555.

Одновибратор

Принципиальная электрическая схема одновибратора приведена на рисунке. Для формирования одиночных импульсов, кроме микросхемы NE555, понадобится сопротивление и полярный конденсатор. Схема работает следующим образом. На вход таймера (2) подают одиночный импульс низкого уровня, который приводит к переключению микросхемы и появлению на выходе (3) высокого уровня сигнала. Продолжительность сигнала рассчитывается в секундах по формуле:

По истечении заданного времени (t) на выходе формируется сигнал низкого уровня (исходное состояние). По умолчанию вывод 4 объединен с выводом 8, то есть имеет высокий потенциал.

Во время разработки схем нужно учесть 2 нюанса:

  1. Напряжение источника питания не влияет на длительность импульсов. Чем больше напряжение питания, тем выше скорость заряда времязадающего конденсатора и тем больше амплитуда выходного сигнала.
  2. Дополнительный импульс, который можно подать на вход после основного, не повлияет на работу таймера, пока не истечет время t.

На работу генератора одиночных импульсов можно влиять извне двумя способами:

  • подать на Reset сигнал низкого уровня, который переведёт таймер в исходное состояние;
  • пока на вход 2 поступает сигнал низкого уровня, на выходе будет оставаться высокий потенциал.

Таким образом, с помощью одиночных сигналов на входе и параметров времязадающей цепочки можно получать на выходе импульсы прямоугольной формы с чётко заданной длительностью.

Мультивибратор

Мультивибратор представляет собой генератор периодических импульсов прямоугольной формы с заданной амплитудой, длительностью или частотой, в зависимости от поставленной задачи. Его отличие от одновибратора состоит в отсутствии внешнего возмущающего воздействия для нормального функционирования устройства. Принципиальная схема мультивибратора на базе NE555 показана на рисунке.

В формировании повторяющихся импульсов участвуют резисторы R1, R2 и конденсатор С1. Время импульса (t1), время паузы(t2), период (T) и частоту (f) рассчитывают по нижеприведенным формулам: Из данных формул несложно заметить, что время паузы не сможет превысить время импульса, то есть достичь скважности (S=T/t1) более 2 единиц не удастся. Для решения проблемы в схему добавляют диод, катод которого соединяют с выводом 6, а анод с выводом 7.

В datasheet на микросхемы часто оперируют величиной, обратной скважности — Duty cycle (D=1/S), которую отображают в процентах.

Схема работает следующим образом. В момент подачи питания конденсатор С1 разряжен, что переводит выход таймера в состояние высокого уровня. Затем С1 начинает заряжаться, набирая ёмкость до верхнего порогового значения 2/3 UПИТ. Достигнув порога ИМС переключается, и на выходе появляется низкий уровень сигнала. Начинается процесс разряда конденсатора (t1), который продолжается до нижнего порогового значения 1/3 UПИТ. По его достижении происходит обратное переключение, и на выходе таймера устанавливается высокий уровень сигнала. В результате схема переходит в автоколебательный режим.

Прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером

Внутри таймера NE555 встроен двухпопроговый компаратор и RS-триггер, что позволяет реализовывать прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером на аппаратном уровне. Входное напряжение делится компаратором на три части, при достижении каждой из которых происходит очередное переключение. При этом величина гистерезиса (обратного переключения) равна 1/3 UПИТ. Возможность применения NE555 в качестве прецизионного триггера востребована в построении систем автоматического регулирования.

3 наиболее популярные схемы на основе NE555

Одновибратор

Практический вариант схемы одновибратора на TTL NE555 приведен на рисунке. Схема питается однополярным напряжением от 5 до 15В. Времязадающими элементами здесь являются: резистор R1 – 200кОм-0,125Вт и электролитический конденсатор С1 – 4,7мкФ-16В. R2 поддерживает на входе высокий потенциал, пока некоторое внешнее устройство не сбросит его до низкого уровня (например, транзисторный ключ). Конденсатор С2 защищает схему от сквозных токов в моменты переключения.

Активизация одновибратора происходит в момент кратковременного замыкания на землю входного контакта. При этом на выходе формируется высокий уровень длительностью:

Таким образом, данная схема формирует задержку выходного сигнала относительно входного на 1 секунду.

Мигание светодиодом на мультивибраторе

Отталкиваясь от рассмотренной выше схемы мультивибратора можно собрать простую светодиодную мигалку. Для этого к выходу таймера последовательно с резистором подключают светодиод. Номинал резистора находят по формуле:

UВЫХ – амплитудное значение напряжения на выводе 3 таймера.

Количество подключаемых светодиодов зависит от типа применяемой микросхемы NE555, её нагрузочной способности (КМОП или ТТЛ). Если необходимо мигать светодиодом мощностью более 0,5 Вт, то схему дополняют транзистором, нагрузкой которого станет светодиод.

Реле времени

Схема регулируемого таймера (электронное реле времени) показана на рисунке. С её помощью можно вручную задавать длительность выходного сигнала от 1 до 25 секунд. Для этого последовательно с постоянным резистором в 10 кОм устанавливают переменный номиналом в 250 кОм. Ёмкость времязадающего конденсатора увеличивают до 100 мкФ.

Схема работает следующим образом. В исходном состоянии на выводе 2 присутствует высокий уровень (от источника питания), а на выводе 3 низкий уровень. Транзисторы VT1, VT2 закрыты. В момент подачи на базу VT1 положительного импульса по цепи (Vcc-R2-коллектор-эмиттер-общий провод) протекает ток. VT1 открывается и переводит NE555 в режим отсчета времени. Одновременно на выходе ИМС появляется положительный импульс, который открывает VT2. В результате ток эмиттера VT2 приводит к срабатыванию реле. Пользователь может в любой момент прервать выполнение задачи, кратковременно закоротив RESET на землю.

Транзисторы SS8050, приведенные на схеме, можно заменить на КТ3102.

Рассмотреть все популярные схемы на основе NE555 в одной статье невозможно. Для этого существуют целые сборники, в которых собраны практические наработки за всё время существования таймера. Надеемся, что приведенная информация послужит ориентиром во время сборки схем, в том числе нагрузкой которых служат светодиоды.

Микросхема 555: описание и практическое применение

Микросхемы 555 применяются довольно часто в радиолюбительской практике – они практичны, многофункциональны и очень просты в использовании. На таких микросхемах можно реализовать любую конструкцию – как простейшие триггеры Шмитта с парочкой дополнительных элементов, так и многоступенчатые кодовые замки.

NE555 была разработана уже довольно давно, даже в советских журналах «Радио», «Моделист-конструктор», на аналогах этой микросхемы можно было встретить немало самоделок. На сегодняшний день эта микросхема активно применяется в конструкциях со светодиодами.

Описание микросхемы

Это разработка компании из США Signetics. Именно ее специалисты смогли реализовать на практике работы Камензинда Ганса. Это, можно сказать, отец интегральной микросхемы – в тяжелых условиях высокой конкуренции инженерам удалось сделать продукт, который вышел на мировой рынок и завоевал широкую популярность.

В те годы у микросхемы 555 серии не было в мире аналогов – очень высокая плотность монтажа элементов в устройстве и крайне низкая себестоимость. Именно благодаря этим параметрам она заслужила высокую популярность среди конструкторов.

Отечественные аналоги

После началось массовое копирование этого радиоэлемента – советский аналог микросхемы носил название КР1006ВИ1. Между прочим, она во всех отношениях является уникальной разработкой, даже несмотря на то, что у нее много аналогов. Только у отечественных микросхем вход остановки приоритетнее, чем вход запуска. Ни в одной из зарубежных конструкций нет такой особенности. Но эту особенность обязательно нужно учитывать при проектировании схем, в которых оба входа активно используются.

Где применяется?

Но нужно заметить, что приоритеты входов не очень сильно влияют на работоспособность микросхемы. Это только мелкий нюанс, который нужно учитывать в редких случаях. Для снижения потребляемой мощности в середине 70-х был налажен выпуск КМОП-элементов. В СССР микросхемы на полевиках носили название КР1441ВИ1.

Генераторы на микросхеме 555 очень часто используются в конструкциях радиолюбителей. Несложно реализовать на этой микросхеме и реле времени, причем задержку можно установить от нескольких миллисекунд до часов. Существуют и более сложные элементы, в основе которых находится 555 схема – они содержат в себе устройства по предотвращению дребезжания контактов, ШИМ-контроллеры, восстановления сигнала цифрового типа.

Преимущества и недостатки микросхемы

Внутри таймера имеется встроенный делитель напряжения – именно он позволяет задать строго фиксированный нижний и верхний порог, при котором происходит срабатывание компараторов. Именно отсюда можно сделать вывод о главном недостатке – пороговыми значениями невозможно управлять, а из конструкции исключить делитель тоже нельзя, существенно сужается область практического применения микросхемы 555. Схемы мультивибраторов и одновибраторов построить можно, но более сложные конструкции не получится.

При изготовлении таймеров на биполярных транзисторах выскакивает один большой недостаток – выходной каскад переходит в противоположное состояние. И при каждом переключении появляется сквозной паразитный ток, пиковое значение его может быть около 400 мА. При этом существенно увеличиваются потери на тепло.

Как избавиться от недостатков?

Но избавиться от такой проблемы можно, достаточно установить полярный конденсатор не более 0,1 мкФ между управляющим выводом и минусом питания.

Читать еще:  Устройство для заточки коньков

А чтобы существенно повысить помехоустойчивость, в цепи питания устанавливается неполярный конденсатор емкостью 1 мкФ. При практическом применении микросхем 555 важно учитывать, влияют ли на их работу пассивные элементы — резисторы и конденсаторы. Но нужно заметить одну особенность – при использовании таймеров на КМОП-элементах эти все недостатки просто уходят, нет необходимости применять дополнительные конденсаторы.

Основные параметры микросхем

Если вы решите изготовить таймер на микросхеме 555, то нужно знать ее основные особенности. Всего в приборе имеется пять узлов, их можно разглядеть на диаграмме. По входу находится делитель напряжение резистивного типа. С его помощью происходит формирование двух опорных напряжений, необходимых для работы компараторов. Выходы компараторов соединяются с RS-триггером и внешним контактом для сброса. И только после этого на усилительное устройство, где увеличивается значение сигнала.

Питание микросхем

В окончании находится транзистор, у которого коллектор открыт – он выполняет ряд функций, зависит все от того, какая конкретно задача перед ним стоит. Рекомендуется на интегральные микросхемы NE, SA, NA подавать напряжение питания в диапазоне 4,5-16 В. Только для в случае применения микросхем 555 с аббревиатурой SE допускается увеличение до 18 В.

Максимальный ток потребления при напряжении 4,5 В может достигать 10-15 мА, минимальное значение – 2-5 мА. Существуют микросхемы КМОП, у которых ток потребления не превышает 1 мА. У отечественных ИМС типа КР1006ВИ1 ток потребления не превышает 100 мА. Подробное описание микросхемы 555 и ее отечественных аналогов можно найти в даташитах.

Эксплуатация микросхемы

Условия эксплуатации зависят напрямую от того, какая фирма производит микросхему. В качестве примера можно привести два аналога – NE555 и SE555. У первой диапазон температур, в котором она нормально будет работать, находится в интервале 0-70 градусов. У второй же он намного шире – от -55 до +125 градусов. Поэтому такие параметры всегда нужно учитывать при проектировании устройств. Желательно ознакомиться со всеми типовыми значениями напряжений и токов на выводах Reset, TRIG, THRES, CONT. Для этого можно воспользоваться даташитом к конкретной модели – в ней вы найдете исчерпывающую информацию.

От этого зависит и практическое применение схемы. Радиолюбителями микросхема 555 используется довольно часто – в системах управления даже существуют задающие генераторы для радиопередатчиков на этом элементе. Преимущество его перед любым транзисторным или ламповым вариантом – невероятно высокая стабильность частоты. И нет надобности подбирать элементы с высокой стабильностью, устанавливать дополнительные устройства для выравнивания напряжения. Достаточно установить простую микросхему и усилить сигнал, который будет вырабатываться на выходе.

Назначение выводов ИМС

На микросхемах 555 серии присутствует всего восемь выводов, тип корпуса PDIP8, SOIC, TSSOP. Но во всех случаях назначение выводов одинаковое. УГО элемента – это прямоугольник, подписанный «G1» в случае генератора одиночных импульсов и «GN» для мультивибратора. Назначение выводов:

  1. GND – общий, по порядку он первый (если считать от ключа-метки). На этот вывод подается минус от источника питания.
  2. TRIG – вход запуска. Именно на этот вывод подается низкоуровневый импульс и он поступает на второй компаратор. В результате происходит запуск ИМС и появляется на выходе сигнал с высоким уровнем. Причем длительность сигнала зависит от значений С и R.
  3. OUT – выход, на котором появляется сигнал высокого и низкого уровней. Переключение между ними занимает не более 0,1 мкс.
  4. RESET – сброс. Этот вход обладает наивысшим приоритетом, он управляет таймером, причем не зависит это от того, есть ли напряжение на остальных ножках микросхемы. Чтобы разрешить запуск, нужно наличие напряжения свыше 0,7В. В том случае, если импульс меньше 0,7В, то работа микросхемы 555 запрещается.
  5. CTRL – контрольный вход, который соединяется с делителем напряжения. И если нет никаких внешних факторов, которые могут повлиять на работу, выдается на этом выходе напряжение 2/3 от питающего. При подаче управляющего сигнала на этот вход на выходе образуется модулированный импульс. В случае с простыми схемами этот выход соединяется к конденсатору.
  6. THR – остановка. Это вход 1-го компаратора, в случае появления на нем напряжения 2/3 от питающего происходит остановка работы триггера и таймер переводится в пониженный уровень. Но обязательное условие – на ножке TRIG не должно быть сигнала запуска (так как у него приоритет).
  7. DIS – разряд. Он соединяется непосредственно с транзистором, расположенным внутри микросхемы 555. У него коллектор общий. В цепи эмиттер-коллектор устанавливается конденсатор, который необходим для того чтобы задать время.
  8. VCC – подключение к плюсу источника питания.

Режим одновибратора

Всего существует три работы режима микросхемы NE555, один из них – одновибратор. Чтобы осуществить формирование импульсов, приходится применять конденсатор полярного типа и резистор.

Работа схемы происходит таким образом:

  1. Ко входу таймера прикладывается напряжение – низкоуровневый импульс.
  2. Происходит переключение режима работы микросхемы.
  3. На выводе «3» появляется сигнал с высоким уровнем.

Рассчитать время, в течение которого проходит сигнал, можно по простой формуле:

По прошествии этого времени на выходе произойдет формирование низкоуровневого сигнала. В режиме мультивибратора выводы «4» и «8» соединяются. При разработке схем на основе одновибратора нужно учитывать такие нюансы:

  1. Напряжение питания не может влиять на время импульса. При увеличении напряжения скорость зарядки конденсатора, который задает время, больше. Следовательно, увеличивается амплитуда сигнала на выходе.
  2. Если произвести подачу дополнительного импульса на вход (уже после основного), то он не повлияет на работоспособность таймера до окончания времени t.

Чтобы повлиять на функционирование генератора, можно воспользоваться одним из способов:

  1. На вывод RESET подать низкоуровневый сигнал. При этом таймер вернется в состояние по умолчанию.
  2. Если на вход «2» идет низкоуровневый сигнал, то на выходе всегда будет высокий импульс.

При помощи одиночных импульсов, подаваемых на вход, и изменения параметров времязадающих компонентов, можно на выходе получить прямоугольный сигнал нужной длительности.

Схема мультивибратора

Изготовить металлоискатель на микросхеме 555 сможет любой начинающий радиолюбитель, но для этого нужно изучить особенности работы этого прибора. Мультивибратор – это специальный генератор, который вырабатывает с определенной периодичностью прямоугольные импульсы. Причем строго задается амплитуда, длительность и частота – зависят значения от того, какая задача стоит перед устройством.

Для формирования повторяющихся сигналов применяются резисторы и конденсаторы. Длительность сигнала t1, паузы t2, частоту f, и период T можно найти по следующим формулам:

Исходя из этих выражений, можно увидеть, что пауза по длительности не должна быть больше времени сигнала. Другими словами, скважность не будет никогда больше 2. От этого напрямую зависит практическое применение микросхемы 555. Схемы различных устройств и конструкций строятся по даташитам — инструкциям. В них даны все возможные рекомендации для сборки приборов. Скважность можно найти по формуле S=T/t1. Чтобы увеличить этот показатель, необходимо добавить в схему полупроводниковый диод. Его катод соединяется с шестой ножкой, а анод с седьмой.

Если посмотреть в даташит, то в нем указывается обратная величина скважности – ее можно посчитать по формуле D=1/S. Измеряется она в процентах. Работу схемы мультивибратора можно описать следующим образом:

  1. При подаче питания конденсатор полностью разряжен.
  2. Таймер переводится в высокоуровневое состояние.
  3. Конденсатор накапливает заряд и на нем напряжение достигает максимума – 2/3 от питающего.
  4. Происходит переключение микросхемы и на выходе появляется низкоуровневый сигнал.
  5. Конденсатор разряжается в течение t1 до уровня 1/3 от питающего напряжения.
  6. Микросхема 555 переключается снова и на выходе образуется опять высокоуровневый сигнал.

Такой режим работы называется автоколебательным. На выходе постоянно изменяется величина сигнала, микросхема-таймер 555 равные промежутки времени находится в различных режимах.

Прецизионный триггер Шмитта

В таймерах типа NE555 и аналогичных имеется встроенный компаратор с двумя порогами – нижним и верхним. Кроме того, в нем присутствует специальный RS-триггер. Именно это позволяет реализовать конструкцию прецизионного триггера Шмитта. Напряжение, поступающее на вход, делится при помощи компаратора на три равные части. И как только достигает уровень значения порога, происходит переключение режима работы микросхемы. Гистерезис при этом увеличивается, его величина достигает значения 1/3 от напряжения питания. Используется прецизионный триггер в конструкциях систем с автоматическим регулированием.

Описание таймера NE555

Микросхема таймер NE555 включает около 20 транзисторов, 15 резисторов, 2 диода. Выходной ток 200 мА, ток потребления примерно на 3 мА больше. Напряжение питания от 4,5 до 18 вольт. Точность таймера не зависит от изменения напряжения питания и составляет не более 1% от расчетного значения.

Datasheet микросхемы NE555, а также калькулятор для расчета обвязки можно скачать в конце статьи.

Вывод №1 — Земля.

Вывод подключается к минусу питания или к общему проводу схемы.

Вывод №2 — Запуск.

Этот вывод является одним из входов компаратора №2. При подаче на этот вход импульса низкого уровня, который должно быть не более 1/3 напряжения питания, происходит запуск таймера и на выводе №3 появляется напряжение высокого уровня на время, которое задается внешним сопротивлением Ra+Rb и конденсатором С. Данный режим работы называется — режим моностабильного мультивибратора. Импульс, подаваемый на вывод №2, может быть как прямоугольным, так и синусоидным и по длительности он должен быть меньше чем время заряда конденсатора С.

Вывод №3 — Выход.

Высокий уровень равен напряжению питания минус 1,7 Вольта. Низкий уровень равен примерно 0,25 вольта. Время переключения с одного уровня на другой происходит примерно за 100 нс.

Вывод №4 — Сброс.

При подаче на этот вывод напряжения низкого уровня (не более 0,7в) произойдет сброс таймера и на выходе его установится напряжение низкого уровня. Если в схеме нет необходимости в режиме сброса, то данный вывод необходимо подключить к плюсу питания.

Вывод №5 — Контроль.

Обычно, этот вывод не используется. Однако его применение может значительно расширить функциональность таймера. При подаче напряжения на этот вывод можно управлять длительностью выходных импульсов таймера, а значит отказаться от RC времязадающей цепочки. Подаваемое напряжение на этот вход в режиме моностабильного мультивибратора может составлять от 45% до 90% напряжения питания. А в режиме мультивибратора от 1,7в и до напряжения питания. Соответственно на выходе получится FM модулированный сигнал.

Если этот вывод не используется, то его лучше подключить через конденсатор 0,01мкФ к общему проводу.

Вывод №6 — Стоп.

Этот вывод является одним из входов компаратора №1. При подаче на этот вывод импульса высокого уровня (не менее 2/3 напряжения питания), работа таймера останавливается, и на выходе таймера устанавливается напряжение низкого уровня. Как и на вывод №2, на этот вывод можно подавать импульсы как прямоугольные, так и синусоидные.

Вывод №7 — Разряд.

Этот вывод соединен с коллектором транзистора Т1, эмиттер которого соединен с общим проводом. При открытом транзисторе конденсатор С разряжается через переход коллектор-эмиттер и остается в разряженном состоянии пока не закроется транзистор. Транзистор закрыт, когда на выходе таймера высокий уровень и открыт, когда на выходе низкий уровень.

Вывод №8 — Питание.

Напряжение питания таймера составляет от 4,5 до16 вольт.

Таймер может работать в двух режимах: моностабильный мультивибратор и генератор прямоугольных импульсов.

1. Моностабильный мультивибратор.

Моностабильный означает, что стабильное состояние у таймера только одно, когда он выключен. Во включенное состояние его можно перевести временно, подав на вход таймера какой-либо сигнал. Время нахождения таймера в активном режиме определяется RC цепочкой.

В начальном состоянии, на выходе таймера (вывод №3) низкий уровень — примерно 0,25 вольт, транзистор Т1 открыт и соответственно конденсатор разряжен. Это состояние таймера стабильное. При поступлении на вход (вывод №2) импульса низкого уровня, включается компаратор №2, который переключает триггер таймера, и как результат на выходе таймера устанавливается высокий уровень. Транзистор Т1 закрывается и через резистор R начинает заряжаться конденсатор С. И пока заряжается конденсатор С на выходе таймера сохраняется высокий уровень. За это время изменения сигнала на входе (вывод №2) не вызовут никакое воздействие на таймер. После того как напряжение на конденсаторе С достигнет 2/3 напряжения питания, включается компаратор №1 и тем самым переключает триггер. В результате на выходе (вывод №3) установится низкий уровень, и таймер восстановит исходное, стабильное состояние. Транзистор Т1 откроется и разрядит конденсатор С.

2. Генератор прямоугольных импульсов.

Таймер генерирует последовательность прямоугольных импульсов определяемых RC цепочкой.

В начальном состоянии конденсатор С разряжен и на входах обоих компараторов низкий уровень, близкий к нулю. Компаратор №2 переключает внутренний триггер и как следствие этого на выходе таймера (вывод №3) устанавливается высокий уровень. Транзистор Т1 закрывается и конденсатор С начинает заряжаться через цепочку резисторов R1 и R2.

Когда, в результате зарядки, напряжение на конденсаторе достигает 2/3 напряжения питания, компаратор №1 переключает триггер, который в свою очередь устанавливает низкий уровень на выходе таймера (вывод №3). Транзистор Т1 открывается и через резистор R2 начинает разряжаться конденсатор С. Как только напряжение на конденсаторе достигнет 1/3 напряжения питания, компаратор №2 снова переключит триггер и на выходе таймера (вывод №3) снова появится высокий уровень. Транзистор Т1 закроется и конденсатор С снова начнет заряжаться.

Частота импульсов, зависит от величин C, R1 и R2, и рассчитывается по вышеприведенной формуле.

Сопротивления R1 и R2 подставляются в Омах;

Емкость конденсатора C — в фарадах;

Результат в получается в Герцах.

Время между началом одного и началом следующего импульса называется периодом (t). Оно состоит из длительности самого импульса (t1) и промежутком между импульсами (t2).

Значения t1 и t2 можно рассчитать по следующим формулам:

Файлы к данной схеме (1,4 Mb, скачано: 16 978)

Скачать Datasheet NE555 (1,1 Mb, скачано: 7 135)

Смотреть видео: Таймер NE555

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector