Содержание
Схема включения, характеристики и аналоги
Если смотреть в datashee на технические характеристики NE555, то можно сказать что эта интегральная микросхема является универсальным таймером, она способа генерировать как одиночные, так и повторяющиеся импульсы. Была разработана в 1971 г фирмой Signetics. Ее используют в реле времени, различных генераторах, модуляторах и в других схемах электронных устройств.
Цоколевка
Распиловка микросхема NE555 может быть выполнена в двух типах корпусов. Для дырочного монтажа DIP-8, а для навесного SOP-8. В обоих случаях порядок расположения ножек одинаков.
Остановимся подробнее на назначении каждого вывода:
- GND – земля, подсоединяется к отрицательному полюсу источника тока;
- TRIG – пуск. При появлении на нем низкоуровневого сигнала на OUT устанавливается разность потенциалов высокого уровня. Его длительность задаётся значением параметров внешней RС цепочки
- OUT – выход.
- RESET – сброс. Используется для управления работой микросхемы. Если напряжение на нем не будет превышать 0,7 В запуск NE555 будет невозможен вне зависимости от состояния остальных выводов. Часто подключается к положительному полюсу источника питания через дополнительный резистор.
- CTRL – контроль. Этот вывод имеет подключение с делителем напряжения находящемуся внутри NE555. При отсутствии внешнего воздействия напряжение на нем равно 2/3 питающего напряжения. С его помощью можно получить частотно модулированный (FM) сигнал.
- ТНR – останов. При напряжении на нем более 2/3 Uпит таймера останавливается. Имеет более низкий приоритет, чем TRIG, поэтому для блокировки NE555, напряжение на TRIG (2 ножке) должно отсутствовать.
- DIS – разряд. Подключён к коллектору внутреннего транзистора. Его эмиттер соединён с землёй. Когда на выходе OUT микросхемы низкая разность потенциалов он открыт, а когда высокая закрыт.
- VCC – питание. Подключается к плюсовому выводу блока питания.
Технические характеристики
Рассмотрение технических характеристик для NE555 начнём с максимальных. При их превышении даже на небольшой промежуток времени может привести к выходу микросхемы из строя. Также нельзя долго эксплуатировать прибор при значениях рабочих параметров близких к предельно допустимым.
- напряжение источника тока от 4,5 до 16 В;
- напряжение, действующее на CTRL, RESET, ТНR и TRIG равно напряжению источника питания;
- максимальный выходной ток — ±200 мА;
- предельная температура 70ОС;
- максимальная и минимальная температура, при которых изделие может храниться от -65 до +150 ОС.
Теперь разберёмся с электрическими характеристиками. Они были сняты при температуре воздуха +25 ОС и напряжении питания от 5 до 15 В, если не указаны другие параметры измерения. Остальные условия тестирования находятся в колонке под названием «Режимы измерения».
Параметры | Режимы измерения | мин | тип | макс | ед. изм. | |
Напряжение (UTR) на TRIG | UСС=15В | 4,5 | 5 | 5,6 | В | |
UСС=5В | 1,1 | 1,67 | 2,2 | |||
Ток (ITR) через TRIG | 0 В на TRIG | 0,5 | 2 | мкA | ||
Напряжение (UTH) на ТНR | UСС=15В | 8,8 | 10 | 11,2 | В | |
UСС=5В | 2,4 | 3,3 | 4,2 | |||
Ток через (ITH) ТНR | 30 | 250 | нA | |||
Переключающий ток (IDIS) на DIS | 20 | 100 | нA | |||
Переключающее напряжение (UDIS) на DIS (низкое напряжение на выходе) | UСС=5В,
IO=8мA |
0,15 | 0,4 | В | ||
Напряжение (URST) на RESET | 0,3 | 0,7 | 1 | В | ||
Ток (IRST) через RESET | UСС на RESET | 0,1 | 0,4 | мA | ||
0 В на RESET | –0,4 | –1,5 | ||||
Напряжение (UCON) на CTRL (цепь разомкнута) | UСС=15В | 9 | 10 | 11 | В | |
UСС=15В | 2,6 | 3,3 | 4 | |||
Низкий уровень напряжение (UOL) на выходе OUT | UСС=15В,
IOL=10мA |
0,1 | 0,25 | В | ||
UСС=15В,
IOL=50мA |
0,4 | 0,75 | ||||
UСС=15В,
IOL=100мA |
2 | 2,5 | ||||
UCC=15В,
IOL=200мA |
2,5 | |||||
UCC=5В,
IOL=5мA |
0,25 | 0,35 | ||||
UCC=5В,
IOL=8мA |
0,3 | 0,4 | ||||
Высокое напряжение (UOH) на OUT | UCC=15В,
IOH=–100мA |
12,75 | 13,3 | В | ||
UCC=15В,
IOH=–200мA |
12,5 | |||||
UCC=5В,
IOH=–100мA |
2,75 | 3,3 | ||||
Потребляемый ток (ICC) | Низкий уровень напряжения на выходе | UCC=15В | 10 | 15 | мА | |
UCC=5В | 3 | 6 | ||||
Низкий уровень напряжения на выходе | UCC=15В | 9 | 13 | |||
UCC=5В | 2 | 5 | ||||
Начальная ошибка временного интервала (TER) | моностабильный | TA=25°C | 1 | 3 | % | |
астабильный | 5 | 13 | ||||
Температурный к-т интервала времени переключения (TTC) | моностабильный | TA=MIN to MAX | 50 | 150 | ppm/°C | |
астабильный | 150 | 500 | ||||
Зависимость интервала времени переключения от напряжения (TUCC) | моностабильный | TA=25°C | 0,1 | 0,5 | %/В | |
астабильный | 0,3 | 1 | ||||
Время нарастания импульса на выходе устройства (TRI) | CL=15pF, TA=25°C | 100 | 300 | нс | ||
Время спада импульса на выходе устройств (TFA) | 100 | 300 | нс |
Схемы включения
Моностабильный генератор.
В начальном состоянии напряжение на OUT имеет низкий уровень, внешний конденсатор полностью разряжен. Когда импульс приходит на вывод TRIG внутренний триггер NE555 меняет своё состояние и устанавливает выходе OUT высокую разность потенциалов.
Транзистор, находящийся внутри NE555, закрывается, благодаря этому начинается зарядка внешнего конденсатора С, подключённого между выводом DIS и землёй. Разность потенциалов на нем постепенно растёт, и когда она достигнет уровня 2/3 Uпит таймер перейдёт в начальное состояние. Конденсатор начнёт разряжаться. Время от прихода сигнала на вход до того момента как NE555 придет в начальное состояние определяется с помощью формулы Т = 1,1 * R * С.
Астабильный генератор.
При включении питания начинается зарядка внешнего конденсатора С. После того, как он зарядится, внутренний триггер меняет своё состояние, и на OUT появляется разность потенциалов низкого уровня. Внутренний транзистор открывается и конденсатор разряжается.
Когда напряжение на нем достигнет уровня 1/3 Uпит триггер переключится и на OUT появится высокая разность потенциалов. Транзистор опять закроется и все повторится сначала. Формулы для расчёта работы асабильного генератора:
Аналоги
Среди зарубежных аналогов для микросхемы ne555 можно назвать такие: AN1555, AN1555N, GL555, LB8555D, LB8555P, LM555, MC1455, NJM555D, RC555, TA7555P, UPC1555, UPC1555C, UPC617C. Существуют также похожие отечественные микросхемы: 1006И1, 1087ВИ2, КР1006ВИ1, КР1006ВИ1А, КФ1006ВИ1. При замене микросхем нужно обязательно обратиться к техническим характеристикам и только после этого принимать решение.
Производители
Зарубежные фирмы выпускающие микросхему NE555 и их datasheet: Texas Instruments, Unisonic Technologies, STMicroelectronics, ARTSCHIP ELECTRONICS, NXP Semiconductors, Diodes Incorporated, Fairchild Semiconductor, Harris Corporation, Estek Electronics, Wing Shing Computer Components. На отечественном рынке можно найти изделия следующих производителей: Texas Instruments, STMicroelectronics, Fairchild Semiconductor. Иногда встречаются устройства фирмы Unisonic Technologies.
Микросхема NE555
В этой статье мы расскажем вам об одной неприметной интегральной схеме, которая изменила мир электроники. Разнообразие ее применений настолько велико, что о ней написано огромное количество статей и напечатано множество книг!
В чем причина популярности микросхемы NE555? Ответ на этот вопрос станет ясен, когда расскажем о конструкции и применении этой схемы.
Основная цель этой статьи — общий обзор конструкции NE555. Мы также будем использовать эту популярную ИС (интегральная схема) для создания очень простого первого проекта. А потом, в следующей статье мы сможем построить более сложные схемы — датчик препятствий и сервоконтроллер.
Краткая история NE555
Микросхема NE555 была разработана в 1970 году и запущена в серийное производство 12 месяцев спустя. Ее создатели не ожидали, что она будет производиться более 40 лет. Более того, сегодня никто даже не думает о прекращении производства этого чипа.
В каталогах производителей NE555 описана как универсальная машина времени, то есть схема, которая может генерировать импульсы заданной длительности. |
Один из вариантов микросхемы NE555
Универсальность данной микросхемы является результатом простоты. В структуре этой схемы выделяется всего пять блоков, которые можно настраивать по-разному. С помощью нее можно изготавливать множество устройств: от простого мигающего светодиода, через сервоприводы и звуковые сигналы, до регуляторов мощности двигателя. Каждая из этих схем требует времени, и именно для этого был разработан NE555 .
NE555 продается в 8-контактных корпусах. Также существует вариант, содержащий две такие схемы таймера в одном корпусе — он известен как NE556 (такая схема замкнута в куб с 14 выводами). Однако эта версия не так популярна.
У NE555 есть множество модификаций, не меняющих ее принцип работы. По этой причине в продаже имеются LF555, CD555, LM555 и др. |
Когда вы начинаете работать с новой интегральной схемой, у вас должна быть под рукой ее каталожная запись — ее стоит просмотреть даже просто из любопытства. Однако на данный момент, нам нужна только распиновка, т.е. описание пинов.
Описание выводов (ножек) микросхемы NE555
Внутренняя структура NE555
Каждая интегральная схема состоит из таких компонентов, как транзисторы и резисторы. Конечно, их можно сгруппировать в функциональные блоки. Мы уже анализировали такие блоки при обсуждении интегрированного инфракрасного приемника (TSOP) — на этот раз наш анализ работы схемы будет намного точнее.
На блок-схеме NE555 ниже показано соединение блоков, показывающих суть ее работы. Это значительно упрощает анализ компоновки. Благодаря этому очень легко увидеть, за что «изнутри» отвечает каждый вывод (ножка).
На рисунке ниже, номера ножек отмечены синим цветом. Конечно, ни их порядок, ни расположение, не такие, как в реальной раскладке. Представлять ее в другой форме на схеме — совершенно нормально — и производители делают то же самое. |
Блок-схема микросхемы NE555
Важно отметить, что на таких блок-схемах не рисуются дорожки, по которым проходит ток, между блоками, чтобы изображение было более понятным. Изначально предполагается, что на каждый блок подается питание и заземление. В противном случае, автор схемы должен это четко указать.
Чтобы у всех было одинаковое понимание того, как работает NE555, мы подробно обсудим отдельные блоки, показанные на схеме. Вам не нужно делать этот анализ при изучении каждой новой интегральной схемы. Однако NE555 — настолько культовый чип, что им стоит заняться — хотя бы для удовлетворения собственного любопытства.
Для справки: элементы, которые мы сейчас обсуждаем, находятся внутри ИС! |
Блок 1: Делитель напряжения
Три резистора одинакового номинала (обычно 5 кОм) образуют делитель напряжения, уже хорошо известный нам, внутри схемы. Они делят напряжение питания, приложенное между контактом 8 (VCC) и контактом 1 (GND), на три равные части, то есть 1/4 этого напряжения отдается каждому резистору. Например, напряжение питания системы 6 В, нижний узел имеет потенциал 2 V, а верхняя 4 V.
NE555, Блок 1: Делитель напряжения
Блок 2: Компараторы напряжения
Треугольники с двумя входами и одним выходом — это, конечно, компараторы напряжения. Их работа уже подробно описывалась ранее, поэтому нам больше не нужно здесь обсуждать этот вопрос. Однако их конкретная задача, конечно же, будет представлена в следующих статьях.
NE555 Блок 2: Компараторы напряжения
Блок 3: RS-триггер
Прямоугольник с пятью отведениями называется RS-триггером. Это цифровой компонент, который запоминает состояния выходов компаратора напряжения. Напряжение, близкое к положительной силовой шине на выходе компаратора, обозначается логической 1, а напряжение, близкое к отрицательной силовой шине (земля, 0 В), — логическим 0.
Триггер поддерживает заданное состояние выходов до тех пор, пока не будет получен сигнал, принудительно изменяющий их. |
NE555, Блок 3: триггер RS
Функции его выводов следующие:
- S (set) — при высоком уровне выход Q устанавливается на высокий уровень,
- R (сброс) — когда статус высокий, выход Q устанавливается на низкий,
- RES с кружком, обозначающий отрицание — передача низкого состояния этому входу сбрасывает схему, т.е. устанавливает 0 на выходе Q, независимо от состояния двух других входов,
- Q — выход триггера,
- Q с чертой, обозначающей отрицание — перевернутый выход триггера (напротив Q).
Триггер — это тема, связанная с цифровыми технологиями. Вам не нужно сейчас слишком углубляться в это. Самое главное — это общее понимание того, как работает этот элемент, то есть на практике:
- Предоставление на мгновение высокого состояния входу S триггера приведет к тому, что выход Q будет постоянно высоким. Изменение состояния входа больше не повлияет на выход — он все время будет оставаться на высоком уровне.
Работа триггера RS: а) начальное состояние (состояние 0 на выходе), б) состояние 1 на входе SET (состояние 1 на выходе), в) отключение сигнала 1 на входе SET (устойчивое состояние)
- Применение высокого состояния к входу R приведет к сбросу триггера, то есть установит выход Q в низкое состояние.
Работа триггера RS: г) начальное состояние (состояние 1 на выходе), д) состояние 1 на входе RESET (состояние 0 на выходе, после затухания сигнала состояние будет сохраняться)
Второй выход (инвертированный Q) — это просто инвертированное значение выхода Q. Что касается Q, если здесь 1, то для инвертированного Q это 0; и наоборот — если для Q это 0, то для Q с отрицанием равно 1. |
Блок 4: выходной буфер
Есть так называемый выходной буфер, задача которого увеличить текущий КПД этого выхода. Благодаря ему, например, диоды или реле можно подключать напрямую к выходу NE555.
Выход триггера не справился бы с этой задачей, потому что логическая структура не предназначена для передачи больших токов. Буфер «сам по себе» не влияет на логическое состояние на выходе — он только следует за тем, что он получает на своем входе, то есть за выходом триггера.
NE555 Блок 4: выходной буфер
Блок 5: Транзистор
Как упоминалось ранее, интегральная схема (ИС) в основном состоит из транзисторов. Так почему же здесь он выделен как особенный? У него особая функция: он разряжает внешний конденсатор, который мы позже подключим к NE555.
Этот транзистор управляется с выхода инвертированного триггера, то есть он открывается, когда выход Q низкий, и тогда инвертированный Q высокий. Это, конечно, транзистор с достаточно высокой токовой емкостью, чтобы он не повредился при открытии — его роль заключается в быстрой разрядке конденсатора.
NE555 Блок 5: Транзистор
Как работает NE555?
Сам NE555 не может делать ничего конструктивного — он должен быть огражден внешними элементами. Их значения и схема подключения определяют функции схемы.
В этом случае две наиболее важные функции, которые может выполнять NE555:
- нестабильный генератор,
- моностабильный генератор.
Нестабильный генератор — это схема, которая начинает работать сразу после включения питания и изменяет выходное состояние с высокого на низкое и наоборот. Каждое состояние длится определенное время. Такие изменения создают прямоугольную волну, потому что в ней всего два уровня напряжения. Одно из простых применений такого генератора — мигание светодиода.
Моностабильный генератор выдает только один импульс. Сигнал для его генерации исходит извне и представляет собой напряжение с определенным логическим уровнем. Как только импульс закончится, он готовится и ждет следующего триггера. Этот тип генератора полезен, когда мы хотим построить временные цепи или, например, делители частоты.
Работа нестабильного генератора
Легче всего разобрать нестабильную схему, хотя в ней больше элементов, чем в моностабильной. Его принципиальная схема представлена ниже. Резисторы RA, RB и конденсатор C1 используются для отсчета времени. Конденсатор C2 не является обязательным (его роль будет рассмотрена позже).
NE555 в нестабильном режиме
Если приведенное ниже описание слишком сложно для вас, не беспокойтесь об этом. Продолжайте, выполняйте практические упражнения и только потом возвращайтесь к этому описанию. Однако помните, что это сложная тема, и вам не обязательно в ней разбираться. Если понять, как эта схема работает изнутри, это будет здорово, но это не обязательно — вряд ли кто-то в начале своих экспериментов с электроникой так тщательно разбирался в этой теме.
Самое главное, что после этой статьи вы сможете использовать NE555 на практике. Хорошее знание внутреннего устройства этой микросхемы не является обязательным. |
Теперь используйте свое воображение и следите за текстом. Мы предполагаем, что вся система питается от 6 В (т.е. от четырех батареек АА). Конденсатор С1 разряжается после включения питания. Компаратор нижнего уровня реагирует на это отображением высокого состояния на своем выходе, и потенциал на неинвертирующем входе (+) намного выше, чем потенциал на инвертирующем входе (-), подключенном к конденсатору.
Это вызывает установку в логическом триггере 1, т.к. этот компаратор управляет входом S. Напряжение на выходе схемы близко к напряжению питания. |
Разрядный транзистор, управляемый инвертированным выходом, забит и не проводит электричество. На входе R низкий уровень, т.к. инвертирующий вход компаратора высокого уровня (-) находится под потенциалом ⅔ напряжения питания, то есть 4 В.
Конденсатор медленно заряжается через последовательно включенные резисторы RA и RB. |
Через некоторое время, когда конденсатор заряжается до напряжения, превышающего порог переключения нижнего компаратора (т.е. выше 2 В), компаратор перейдет в низкое состояние на своем выходе. Однако это ничего не меняет в работе триггера — он запомнил состояние high с входа S до и ждет. Конденсатор продолжает заряжаться.
Анимированная работа NE555
После того, как конденсатор зарядится выше 4 В, верхний компаратор меняет свой выход на высокий и сбрасывает выход триггера. На выходе Q установлен низкий уровень, а разрядный транзистор «включен» и насыщен.
Ток через транзистор протекает от 2 источников: через резистор RA (от источника питания) и RB (от конденсатора, заряженного до напряжения 4 В). Первое не имеет значения, второе очень важно. Когда конденсатор разряжается, на выходе OUT низкий уровень, и он длится до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не превышает 2 В.
Стоит отметить, что верхний компаратор активен только на мгновение: разряд начинается, как только обнаруживается порог переключения, поэтому его выход быстро возвращается в низкое состояние. |
Разряд заканчивается, когда нижний компаратор сигнализирует, что напряжение на конденсаторе упало ниже 2 В. Он устанавливает вход S триггера, выход схемы становится высоким и разрядный транзистор забивается. Цикл закрывается и начинается заново.
Описание дополняется схемой хронологии наиболее важных напряжений в цепи: на конденсаторе, на выходе схемы и на входах триггера. Зарядка и разрядка конденсатора происходит дугой, поскольку конденсатор, питаемый резистором, изменяет свое напряжение экспоненциально.
Ход наиболее важных напряжений внутри NE555
Какую роль играет второй конденсатор?
На принципиальных схемах многих NE555 есть небольшой конденсатор (порядка 10 нФ), подключенный между контактом 5 и землей. Он фильтрует напряжение, генерируемое в верхнем узле резистивного делителя. Некоторые говорят, что этот конденсатор является избыточным, потому что вся схема, в любом случае, питается от постоянного напряжения, поэтому потенциал этого узла не может измениться.
Вышеприведенные рассуждения верны до тех пор, пока не произойдет переключение триггера RS. Однако этот короткий момент, в течение которого в схеме происходит много всего, должен находиться под постоянным контролем компараторов. Эталонные напряжения, выдаваемые резисторами делителя, не должны изменяться, потому что это повлияет на длительность импульсов.
По этой причине рекомендуется добавить керамический конденсатор емкостью 10–100 нФ, который легко блокирует резкие изменения этого напряжения — создается RC-фильтр. Долгосрочные изменения, такие как медленная разрядка аккумулятора, не будут заблокированы им и не нарушат работу схемы.
Первый проект на NE555
Пришло время самого интересного в этой статье, то есть практического примера. На этот раз мы построим простую схему, которая будет мигать светодиодами. Вам понадобятся следующие компоненты:
- 1 × микросхема NE555,
- Резистор 4 × 1 кОм,
- Конденсатор 2 × 100 нФ,
- 1 × 220 мкФ конденсатор,
- 1 × зеленый светодиод,
- 1 × красный светодиод,
- Батарея 4 × AA,
- 1 × корзина для 4 батареек АА,
- 1 × макетная плата,
- комплект соединительных проводов.
Принципиальная схема существенно не отличается от рассмотренной здесь. Был добавлен только дополнительный конденсатор 100 нФ, который фильтрует напряжение питания всей схемы — это хорошая практика при создании чего-либо большего. Будет лучше, если этот элемент будет физически установлен рядом с микросхемой NE555, в частности с ее контактами 1 и 8, то есть теми, которые питают его. С другой стороны, выход системы соединен с диодами, которые показывают логическое состояние: зеленый низкий и красный высокий.
Схема мигания светодиодов на NE555
Светодиод LED1, светящийся зеленым светом, был подключен анодом к положительной батарее. Это означает, что он загорится только тогда, когда на выходе NE555 низкий уровень (потенциал близок к 0 В). Ток сможет протекать через него и достигать входа микросхемы NE555. Резистор R1 будет стоять на пути этого тока и ограничит его интенсивность до безопасного для диода значения.
Красный диод LED2 подключен катодом к минусу блока питания. Вам нужно дать его аноду положительный потенциал, чтобы через него протекал ток. Это также можно сделать с помощью NE555, когда его выход высокий (потенциал около 6 В). Ток через этот диод, в свою очередь, ограничивает резистор R2.
Диоды LED1 и LED2 горят поочередно, потому что микросхема NE555 может находиться в одном из двух состояний в данный момент (низкое или высокое). |
Одновременно будет гореть только один светодиод. Когда светодиод LED1 горит, на выходе NE555 низкий уровень (около 0 В) и на LED2 больше нет напряжения, оба вывода имеют почти одинаковый потенциал. Такая же ситуация возникает при включении LED2 — тогда LED1 «не хватает» напряжения, т.к. выход NE555 имеет потенциал почти такой же, как и его анод (6В).
Поначалу создание такой схемы может показаться довольно запутанным. Однако, конечно же, в рамках этой статьи мы также подготовили подробную инструкцию.
Вы должны помнить, что с интегральными схемами вам нужно обращать внимание на номера контактов — они часто расположены на схеме в другом порядке, чем на физическом корпусе. |
Начнем с размещения микросхемы NE555 на плате (обязательно обратите внимание на выемку в корпусе).
Шаг 1. Подключаем:
- контакт 4 для положительной шины питания,
- конденсатор C2 между землей и контактом 5,
- вывод №1 к массе,
- контакт 8 к положительной силовой шине,
- конденсатор С1 в ЛЭП.
Шаг 2. Подключите одну ножку конденсатора C3 к земле, а вторую пока подключите к макетной плате, а затем подключите к ней другие элементы.
Шаг 1: основные подключения и конденсаторы | Шаг 2: конденсатор C3 |
Шаг 3. Соедините элементы R3, R4, то есть:
- соединяем три элемента последовательно в порядке R3, R4, C3,
- свободная ножка резистора R3 идет к плюсовой шине питания,
- подключаем вывод 7 микросхемы NE555 между резисторами R3 и R4,
- соедините контакты 2 и 6 микросхемы NE555, а затем подключите их между R4 и C3.
Шаг 4. Соедините два диода с резисторами R1 и R2.
Шаг 3: резисторы R3 и R4 | Шаг 4: светодиоды и их резисторы |
На практике все это может выглядеть так (здесь уже есть небольшой клубок проводов, но так должно быть при построении больших схем):
Вся схема на макете | Пример реализации |
Пришло время подключить питание к соответствующим точкам на макетной плате. Красный диод должен загореться первым. Через несколько секунд он погаснет и на короткое время станет зеленым.
Горит зеленый светодиод | Красный светодиод горит |
Конечно, как вы, наверное, уже догадались, параметры конденсатора и резисторов влияют на время свечения каждого диода. С этим стоит поэкспериментировать самостоятельно. Например, можно добавить в схему потенциометр и плавно регулировать сопротивление. Также можно заменить конденсатор на меньший.
От чего зависит длительность импульсов?
За длительность низкого и высокого состояния на выходе схемы отвечают три элемента: R3, R4 и C3. В частности, резистор R4 и конденсатор C3 отвечают за продолжительность низкого состояния (т.е. когда горит зеленый светодиод). Чем выше сопротивление R4, тем дольше LED1 будет гореть.
Продолжительность горения красного диода, сигнализирующего о наличии высокого состояния, определяется суммарным сопротивлением R3 и R4 и емкостью C3. Таким образом, увеличение R3 продлит длительность высокого состояния, а увеличение R4 — и то, и другое. Поэтому красный диод горит дольше зеленого — сумма сопротивлений R3 и R4 всегда будет больше, чем сам резистор R4.
Не допускается ставить «закоротку» на место резистора R3, т.е. заменять его, например, проводом. Никакое сопротивление в этот момент не разрушит ИС. |
Конденсатор C3 в равной степени влияет на оба этих состояния. Чем больше его емкость, тем реже будут переключаться диоды, и чем она меньше, тем чаще будут происходить изменения.
Моностабильная конфигурация микросхемы NE555
Первая конфигурация NE555 позади. Теперь пора кратко описать, как она ведет себя во второй роли — как моностабильный генератор. Напоминаем: это означает, что как только будет подан сигнал триггера, схема сгенерирует определенный импульс (изменение состояния на своем выходе). Схема такой конфигурации проста, все дело ограничивается одним резистором и двумя конденсаторами.
Схема моностабильной конфигурации NE555
Для правильной работы этой схемы, после включения питания, напряжение на входе запуска (контакт 2) должно быть выше ⅓ напряжения питания. Схема, вероятно, сгенерирует один импульс (поскольку внутреннее состояние триггера неизвестно) и вернется в устойчивое состояние, при котором разрядный транзистор открыт, а на выходе низкий уровень.
Мгновенное падение напряжения на контакте 2 рассматривается как сигнал запуска: нижний компаратор переключает триггер на высокий уровень, транзистор забивается и конденсатор C1 заряжается через резистор RA. |
После того, как конденсатор C1 заряжен до напряжения, соответствующего верхнему порогу компаратора (напряжения питания), активация входа R триггера вызывает отключение выхода и разряд конденсатора транзистором — тогда система переходит в режим покоя и ждет следующего срабатывающего импульса.
Импульс запуска должен быть короче генерируемого, поскольку может возникнуть ситуация, в которой оба компаратора передадут логическую 1 (высокое состояние) на входы запуска. Чтобы не растягивать эту часть статьи без надобности, мы не будем рассматривать эту конфигурацию более подробно.
Плюсы и минусы NE555?
Разработчики микросхемы NE555 создали незамысловатую компоновку, имеющую ряд преимуществ. Помимо прочего, ее можно легко настроить по-разному — все, что вам нужно, это несколько пассивных элементов. Более того, сама схема очень дешева в производстве.
Важно отметить, что время генерируемых импульсов не зависит от напряжения питания, поэтому схема может питаться от батареи, аккумулятора или источника питания. |
К сожалению, такая простая структура имеет множество минусов. Первый минус — это относительно высокое потребление тока, которое является результатом использования делителя напряжения из резисторов с относительно низким сопротивлением.
Встроенный делитель напряжения позволяет схеме потреблять относительно большой ток
Второй минус NE555 — удлинение первого импульса по отношению к следующему. Если вы внимательно прочитаете описание нестабильной схемы, вы увидите, что состояние высокого уровня сразу после включения питания длится примерно в два раза дольше, чем следующие. Это связано с тем, что конденсатор нужно заряжать с нуля, а в дальнейшем он разряжается только до напряжения питания.
Такое удлинение первого импульса — настоящая беда для многих схем таймера! |
Эта схема не подходит для точного измерения очень долгого времени. Причина этого — потребление тока входами компаратора. Они устроены так, что потребляемый ток близок к нулю, но идеальных элементов нет — они все равно потребляют ток, поэтому могут нарушить процесс счета. Однако это явление незаметно, когда мы хотим измерить короткие периоды.
Эта схема тоже не очень быстрая (исходя из реалий электронных схем). Ограничения скорости уже можно найти на блок-схеме. Управляющие сигналы генерируются компараторами (которые обычно не являются быстрыми схемами) — они проходят ток через триггер (это также требует времени), а затем распространяются дальше. Засорение разрядного транзистора — тоже довольно длительный процесс (в реалиях электроники).
Еще в начале 1970-х считалось, что 555 должна была быть простой и дешевой схемой. Помните, что интегральные схемы тогда только начинали появляться! |
Однако эти недостатки позволяют производителям получать от этого чипа только 500 кГц или немного больше.
Вывод
Вот мы и рассказали вам основную информацию о микросхеме NE555. Мы также проверили, как с ее помощью можно построить простой проект с мигающими светодиодами. Однако это только начало, потому что у этой схемы гораздо больше возможностей.
В следующей статье мы будем использовать NE555 для создания настоящего датчика препятствий! Здесь пригодятся знания об инфракрасных передатчиках и приемниках. Кроме того, на базе NE555 мы также создадим моделирующий сервопривод.
С Уважением, МониторБанк
555 принципиальная схема таймера — забава электроники
NE555 является наиболее популярной интегральной схемой (ИС) для схем, связанных со временем, например, для генерации прямоугольных сигналов, тонов, тактовых импульсов, временной задержки, сигналов ШИМ и т. д. Он используется в большинстве цифровые и аналоговые схемы. Принципиальная схема таймера Basic 555 и его работа описаны в этой статье. он изобретен в 1971 году американской компанией Signetics. Стандартная микросхема 555 включает 25 транзисторов, 15 резисторов и 2 диода. Имеет 8 контактов; описание выводов этой микросхемы приведено ниже.
Земля и VCC являются контактами питания. Выходной контакт становится высоким, когда напряжение на триггерном контакте ниже VCC, и низким, когда напряжение на пороговом контакте превышает две трети VCC. С помощью контрольного контакта мы можем настроить пороговое напряжение. Вот внутренняя блок-схема.
Как видите, между VCC и землей последовательно соединены три резистора. Это создает два соединения между ними, которые называются «a» и «b». Потенциал на соединении «а» составляет две трети VCC, а на соединении «b» — одну треть VCC.
Переход «а» подключен к инвертирующему входу первого компаратора, а также к управляющему выводу ИС, а переход «б» подключен к неинвертирующему входу второго компаратора. Неинвертирующий вход первого компаратора является пороговым выводом, а инвертирующий вход второго компаратора является триггерным выводом. Выходы обоих компараторов соединены с выводом установки-сброса защелки СР. Существует три режима работы микросхемы 555.
Содержание
1. 555 схема таймера для нестабильного выхода (555 в нестабильном режиме)
Когда выход микросхемы 555 нестабилен и постоянно меняется между высоким и низким состояниями, это означает, что он находится в нестабильном режиме.
На рисунке схема внутренней цепи таймера 555 показана под синим прямоугольником, а все цепи вне синего прямоугольника являются внешними цепями. Резисторы R1, R2 и конденсатор С соединены последовательно.
В начальном состоянии (в момент времени t=0) на выходе второго компаратора высокий уровень, поскольку напряжение на триггерном выводе меньше одной трети VCC, а защелка установлена, поэтому выход IC равен высокая. Конденсатор C начинает заряжаться через резисторы R1 и R2, и разность потенциалов на конденсаторе постепенно увеличивается.
Когда эта разность потенциалов превышает 2/3 VCC, компаратор переходит в низкий уровень, а когда это напряжение достигает около 1/3 VCC, выход второго компаратора становится высоким. Это явление сбрасывает защелку, и выход Q становится низким, а инвертированный Q становится высоким. Транзистор, база которого подключена к инвертированному транзистору Q, теперь находится во включенном состоянии. Теперь ток от VCC течет через R1 и транзистор. Конденсатор разряжается через резистор R2 и транзистор. Когда заряд конденсатора остается на уровне одной трети VCC, второй компаратор переходит в высокий уровень и защелка устанавливается.
Этот процесс непрерывен, и мы получаем идеальную прямоугольную волну.
Мы можем настроить скорость перехода и частоту, изменив значение резисторов и конденсаторов.
В этом случае коэффициент заполнения выходного сигнала всегда будет больше 50%, потому что конденсатор будет заряжаться через резисторы R1 и R2, а разряжаться только через резистор R2. Чтобы получить рабочий цикл 50%, мы можем использовать эту схему.
В этой цепи конденсатор будет заряжаться через резистор R1 и диод из-за меньшего сопротивления, чем R2, и разряжаться через R2. Итак, чтобы получить скважность 50%, резисторы R1 и R1 должны быть равны.
Если R1>R2 (скважность > 50%)
Если R1 Таким образом, мы можем использовать эту схему в качестве генератора сигналов ШИМ, заменив R1 и R2 потенциометром. 2. 555 схема таймера для моностабильного выхода (555 в моностабильном режиме)
В этом режиме стабильно одно состояние выхода. Мы увидим схему 555, низкое состояние которой стабильно. Применение 555 в моностабильном режиме: генерация временных задержек, частотное деление, переключение реле и т. д.
В приведенной выше схеме выход изначально низкий, поскольку напряжение на триггерном выводе больше одной трети VCC, а напряжение на пороговом выводе меньше двух третей VCC.
Следовательно, выход первого компаратора высокий, а второй компаратор низкий. Итак, сбросьте штифт триггеров защелки. Поскольку инвертированный выход Q имеет высокий уровень, транзистор находится в состоянии «включено», и ток от VCC течет через резистор R1 и транзистор BC547 на землю. Когда мы нажимаем кнопку «В», напряжение на выводе триггера становится равным нулю, а на выходе второго компаратора появляется высокий уровень, вывод триггера-защелки и его выходы меняются местами, следовательно, на выходе IC высокий уровень.
Теперь транзистор закрыт, и конденсатор начинает заряжаться через резистор R1. Когда напряжение на пороге достигает почти двух третей VCC, второй компаратор становится высоким, и триггеры защелки снова сбрасываются. Транзистор снова включается, и ток от VCC течет через R1 и транзистор к земле, а конденсатор также разряжается через транзистор.
t = 1.1R 1 C
3. Бистабильный режим
Когда оба состояния выхода схемы таймера 555 стабильны, это называется бистабильным режимом ИС таймера 555.
В этой схеме нам не нужны конденсаторы для зарядки и разрядки. Нам нужен только доступ к защелке SR, на самом деле мы можем спроектировать схему, используя только защелку SR. Установив и сбросив защёлку мы получим желаемый результат. Для доступа к выводу сброса защелки мы будем использовать вывод сброса IC, а для доступа к выводу установки защелки мы будем использовать второй компаратор, который означает триггерный вывод IC. И сброс, и триггерный штифт вытянуты вверх. Следовательно, выход второго компаратора и выход логического элемента НЕ имеют низкий уровень.
Но когда мы замыкаем цепь «А» с землей с помощью переключателя, напряжение на триггерном выводе становится равным нулю, а на выходе компаратора появляется высокий уровень. Таким образом, срабатывает установочный штифт защелки, и на выходе микросхемы появляется высокий уровень.
И когда мы завершаем цепь «B», напряжение на выводе сброса IC равно нулю. Следовательно, на выходе логического элемента НЕ устанавливается высокий уровень, срабатывает вывод сброса триггера-защелки, а на выходе ИС устанавливается низкий уровень.
Применение микросхемы таймера 555
Принципиальную схему таймера 555 можно найти в большинстве цифровых или электронных печатных плат. Так как он очень популярен в часах и схемах задержки времени. некоторые популярные приложения следуют.
- Для генерации сигналов PWM (широтно-импульсная модуляция) и PPM (импульсно-позиционная модуляция)
- Обеспечивает точную временную задержку
- Триггеры Шмитта
- Для разработки переключателя таймера
- Регулятор напряжения постоянного тока
- Генератор прямоугольных импульсов
2 генератор
- Тон-генератор
Купить микросхему таймера 555 на Amazon
Ссылка на Amazon для Индии | Ссылка на Amazon для других стран |
---|---|
555 Таймер IC-Block Diagram-Working-Pin Out Configuration-Data Sheet
555 Timer IC-Block Diagram, Working, Pin Out Out Configuration1 tutorial, Data Sheet 90 – A Complete В этой статье рассматриваются все основные аспекты микросхемы таймера 555.
Возможно, вы уже знаете, что SE/NE 555 — это микросхема таймера, представленная корпорацией Signetics в 1970-х годах. В этой статье мы рассмотрим следующую информацию о микросхеме таймера 555.
1. Introduction to 555 Timer IC
2. 555 Timer IC Pin Configuration
3. Basics of 555 Timer
4. Block Diagram
5. Working Principle
6 Загрузить техпаспорт
Если вам все еще нужно детальное понимание микросхемы таймера 555, мы рассмотрели 3 книги в нашем интернет-магазине. Эти книги охватывают все аспекты микросхемы таймера 555, а также ее применения. Чтобы получить отзывы и купить их, нажмите здесь:- 9
1. Введение
ИС таймера 555
ИС таймера 555 была представлена в 1970 году компанией Signetic Corporation и получила название 900r 555 SE/NE
Важными особенностями таймера 555 являются:
- Он работает от широкого диапазона источников питания в диапазоне от + 5 Вольт до + 18 Вольт.
- Потребление или получение 200 мА тока нагрузки.
- Внешние компоненты должны быть подобраны таким образом, чтобы временные интервалы можно было уложить в несколько минут при частотах, превышающих несколько сотен килогерц.
- Выход таймера 555 может управлять транзисторно-транзисторной логикой (TTL) из-за высокого выходного тока.
- Обладает температурной стабильностью 50 частей на миллион (ppm) на градус Цельсия при изменении температуры или, что эквивалентно, 0,005 %/°C.
- Рабочий цикл таймера регулируется.
- Максимальное рассеивание мощности на корпус составляет 600 мВт, а его входы триггера и сброса имеют логическую совместимость. Дополнительные функции перечислены в техническом описании.
2. Конфигурация контактов ИС
Конфигурация контактов ИС таймера 555
ИС таймера 555 доступны в виде 8-контактного металлического корпуса, 8-контактного мини-DIP (двойной в корпусе) или 14-контактного DIP. Конфигурация контактов показана на рисунках.
Эта микросхема состоит из 23 транзисторов, 2 диодов и 16 резисторов . Ниже поясняется использование каждого вывода в микросхеме. Используемые ниже номера контактов относятся к 8-контактным корпусам DIP и 8-контактным металлическим корпусам. Эти контакты подробно объясняются, и вы получите лучшее представление после прочтения всего поста.
Контакт 1 : Клемма заземления: Все напряжения измеряются относительно клеммы заземления.
Контакт 2: триггерный терминал: Триггерный контакт используется для питания триггерного входа, когда микросхема 555 настроена как моностабильный мультивибратор. Этот вывод является инвертирующим входом компаратора и отвечает за переход триггера из состояния установки в состояние сброса. Выход таймера зависит от амплитуды внешнего триггерного импульса, подаваемого на этот вывод. На эту клемму подается отрицательный импульс с уровнем постоянного тока выше Vcc/3. На отрицательном фронте, когда триггер проходит через Vcc/3, выход нижнего компаратора становится высоким, а дополнительный Q становится равным нулю. Таким образом, выход микросхемы 555 получает высокое напряжение и, следовательно, квазистабильное состояние.
Контакт 3: Выходной терминал: Выход таймера доступен на этом контакте. Существует два способа подключения нагрузки к выходной клемме. Один из способов заключается в подключении между выходным контактом (контакт 3) и контактом заземления (контакт 1) или между контактом 3 и контактом питания (контакт 8). Нагрузка, подключенная между выходом и контактом заземления, называется , нормально под нагрузкой , а нагрузка, подключенная между выходом и контактом заземления, называется , нормально без нагрузки .
Контакт 4: Клемма сброса: Всякий раз, когда микросхема таймера должна быть сброшена или отключена, на контакт 4 подается отрицательный импульс, который называется клеммой сброса. Выход сбрасывается независимо от состояния входа. Если этот контакт не используется для сброса, его следует подключить к + V CC , чтобы избежать любой возможности ложного срабатывания.
Контакт 5: Клемма управляющего напряжения: С помощью этого контакта контролируются уровни порога и срабатывания. Ширина импульса выходного сигнала определяется подключением POT или подачей внешнего напряжения на этот контакт. Внешнее напряжение, подаваемое на этот вывод, также может использоваться для модуляции формы выходного сигнала. Таким образом, величина напряжения, подаваемого на этот вывод, будет определять, когда следует переключать компаратор, и, таким образом, изменяет ширину импульса на выходе. Когда этот вывод не используется, его следует зашунтировать на землю через 0,01 мкФ, чтобы избежать проблем с шумом.
Вывод 6 : Пороговый вывод: Это неинвертирующий входной вывод компаратора 1, который сравнивает подаваемое на вывод напряжение с опорным напряжением 2/3 В CC . Амплитуда напряжения, подаваемого на этот вывод, отвечает за установленное состояние триггера. Когда напряжение, подаваемое на эту клемму, превышает 2/3 В пост. тока, верхний компаратор переключается на +Vsat, и выход сбрасывается.
Контакт 7 : Выпускной терминал: Этот контакт внутренне соединен с коллектором транзистора, и обычно между этим контактом и землей подключается конденсатор. Он называется разрядным выводом, потому что, когда транзистор насыщается, конденсатор разряжается через транзистор. Когда транзистор закрыт, конденсатор заряжается со скоростью, определяемой внешним резистором и конденсатором.
Контакт 8: Клемма питания: На эту клемму подается напряжение питания от + 5 В до + 18 В относительно земли (контакт 1).
3. Основные сведения о таймере 555
Таймер 555 сочетает в себе релаксационный генератор, два компаратора, R-S-триггер и разрядный конденсатор.
S-R-Flip Flop
Как показано на рисунке, два транзистора T1 и T2 имеют перекрестную связь. Коллектор транзистора Т1 через резистор Rb2 управляет базой транзистора Т2. Коллектор транзистора Т2 через резистор Rb1 управляет базой транзистора Т1. Когда один из транзисторов находится в состоянии насыщения, другой транзистор будет в состоянии отсечки. Если считать транзистор Т1 насыщенным, то напряжение на коллекторе будет практически нулевым. Таким образом, транзистор Т2 будет иметь нулевую базу и перейдет в состояние отсечки, а напряжение на его коллекторе приблизится к +Vcc. Это напряжение подается на базу T1 и, таким образом, поддерживает его в состоянии насыщения.
S-R Flip Flop Symbol
Теперь, если мы считаем, что транзистор T1 находится в состоянии отсечки, то напряжение коллектора T1 будет равно +Vcc. Это напряжение приведет к насыщению базы транзистора T2. Таким образом, выход насыщенного коллектора транзистора Т2 будет почти равен нулю. Это значение при подаче обратно на базу транзистора T1 приведет к его отсечке. Таким образом, значение насыщения и отсечки любого из транзисторов определяет высокое и низкое значение Q и его дополнения. Добавляя в схему дополнительные компоненты, можно получить R-S-триггер. Триггер R-S представляет собой схему, которая может установить выход Q в высокий уровень или сбросить его в низкий уровень . Между прочим, дополнительный (противоположный) выход Q доступен от коллектора другого транзистора. Схематическое обозначение триггера SR также показано выше. Схема фиксируется либо в состоянии Q, либо в дополнительном состоянии. Высокое значение входа S устанавливает высокое значение Q. Высокое значение входа R сбрасывает значение Q на низкое. Выход Q остается в заданном состоянии до тех пор, пока не будет переведен в противоположное состояние.
555 Схема синхронизации ИС
Базовая концепция синхронизации
Судя по рисунку выше, если предположить, что выход S-R триггера Q высокий. Это высокое значение передается на базу транзистора, и транзистор насыщается, создавая нулевое напряжение на коллекторе. Напряжение конденсатора ограничено землей, то есть конденсатор С закорочен и не может заряжаться.
На инвертирующий вход компаратора подается управляющее напряжение, а на неинвертирующий вход — пороговое напряжение. При установленном триггере R-S насыщенный транзистор удерживает пороговое напряжение равным нулю. Однако управляющее напряжение фиксируется на уровне 2/3 В CC, то есть на 10 вольт из-за делителя напряжения.
Предположим, что на вход R подается высокое напряжение. Это сбрасывает триггер R-Output Q становится низким, и транзистор отключается. Конденсатор C теперь свободен для зарядки. Когда этот конденсатор C заряжается, пороговое напряжение возрастает. В итоге пороговое напряжение становится чуть больше (+10 В). Затем на выходе компаратора устанавливается высокий уровень , , заставляющий R S-триггер установиться. Высокая выходная добротность насыщает транзистор, что быстро разряжает конденсатор. На конденсаторе C наблюдается экспоненциальный рост, а на выходе Q появляется положительный импульс. Таким образом, напряжение на конденсаторе V C является экспоненциальным, а выход прямоугольным. Это показано на рисунке выше.
4. Блок-схема таймера 555 IC
Блок-схема таймера IC 555
Блок-схема таймера 555 показана на рисунке выше. Таймер 555 имеет два компаратора, которые в основном представляют собой 2 операционных усилителя), R-S-триггер, два транзистора и резистивную цепь.
- Резистивная сеть состоит из трех одинаковых резисторов и действует как делитель напряжения.
- Компаратор 1 сравнивает пороговое напряжение с опорным напряжением +2/3 В СС вольт.
- Компаратор 2 сравнивает напряжение запуска с опорным напряжением +1/3 В CC вольт.
Выход обоих компараторов подается на триггер. Триггер принимает свое состояние в соответствии с выходом двух компараторов. Один из двух транзисторов является разрядным транзистором, коллектор которого подключен к контакту 7. Этот транзистор насыщается или отключается в зависимости от состояния выхода триггера. Насыщенный транзистор обеспечивает путь разряда к внешнему конденсатору. База другого транзистора подключена к клемме сброса. Импульс, подаваемый на эту клемму, сбрасывает весь таймер независимо от любого входа.
5. Принцип работы
См. блок-схему микросхемы таймера 555, приведенную выше:
Внутренние резисторы действуют как сеть делителя напряжения, обеспечивая (2/3) Vcc на неинвертирующем выводе верхнего компаратора и (1/3)Vcc на инвертирующем выводе нижнего компаратора. В большинстве приложений управляющий вход не используется, поэтому управляющее напряжение равно +(2/3) В CC . Верхний компаратор имеет пороговый вход (вывод 6) и управляющий вход (вывод 5). Выход верхнего компаратора подается на вход установки (S) триггера. Всякий раз, когда пороговое напряжение превышает управляющее напряжение, верхний компаратор устанавливает триггер, и на его выходе устанавливается высокий уровень 9. 0139 . Высокий уровень сигнала с триггера при подаче на базу разрядного транзистора насыщает его и, таким образом, разряжает транзистор, подключенный снаружи к разрядному выводу 7. Комплементарный сигнал с триггера поступает на вывод 3, выход. Выход, доступный на контакте 3, имеет низкий уровень . Эти условия будут преобладать до тех пор, пока нижний компаратор не сработает триггером. Даже если напряжение на пороговом входе упадет ниже (2/3) В CC , то есть верхний компаратор не сможет заставить триггер снова измениться. Это означает, что верхний компаратор может только установить высокий уровень на выходе триггера.
Для переключения выхода триггера на низкий уровень , напряжение на входе триггера должно упасть ниже + (1/3) Vcc. Когда это происходит, нижний компаратор запускает триггер, устанавливая на его выходе низкий уровень . Низкий уровень на выходе триггера отключает разрядный транзистор и заставляет усилитель мощности выводить высокий уровень. Эти условия будут продолжаться независимо от напряжения на входе триггера. Нижний компаратор может вызвать только низкий уровень выходного сигнала триггера.
Из вышеизложенного следует вывод, что при низком выходе таймера 555 напряжение на пороговом входе должно превышать управляющее напряжение или +(2/3) В СС . Это также включает разрядный транзистор. Чтобы на выходе таймера был установлен высокий уровень, напряжение на входе триггера должно упасть ниже +(1/3) В CC . Это выключает разрядный транзистор.
На управляющий вход можно подавать напряжение для изменения уровней, при которых происходит переключение. Когда он не используется, конденсатор емкостью 0,01 нанофарад должен быть подключен между контактом 5 и землей, чтобы предотвратить ложное срабатывание помех, связанных с этим контактом.
При подключении сброса (контакт 4) к низкому логическому уровню на выходе триггера появится высокий уровень. Разрядный транзистор включится, и усилитель мощности выдаст низкий уровень.
Добавить комментарий