Przy opracowywaniu urządzeń elektronicznych często konieczne staje się generowanie impulsów o określonej długości lub generowanie sygnału prostokątnego o określonej częstotliwości i określonym stosunku długości do pauzy. Doświadczonemu projektantowi nie będzie trudno zaprojektować takie urządzenie na oddzielnych elementach cyfrowych, ale wygodniej jest w tym celu użyć wyspecjalizowanego mikroukładu.
Zawartość
Co to jest układ NE555 i gdzie można go używać?
Układ NE555 został opracowany w latach 70. ubiegłego wieku i nadal jest bardzo popularny wśród profesjonalistów i amatorów. Jest to timer zamknięty w obudowie z 8 pinami.Dostępne w wersji DIP lub w różnych wersjach do montażu powierzchniowego (SMD).
Mikroukład zawiera dwa komparatory - górny i dolny. Na ich wejściach powstaje napięcie odniesienia równe 2/3 i 1/3 napięcia zasilania. Dzielnik tworzą rezystory rezystancja 5 kOhm. Komparatory sterują przerzutnikiem RS. Do jego wyjścia podłączony jest wzmacniacz buforowy i przełącznik tranzystorowy. Każdy komparator ma jedno wolne wejście, służy do dostarczania zewnętrznych sygnałów sterujących. Górny komparator jest wyzwalany, gdy pojawia się wysoki poziom i przełącza wyjście mikroukładu na niski poziom. Dolny „strażnik” obniża napięcie poniżej 1/3 VCC i ustawia wyjście timera na jednostkę logiczną.
Główne cechy układu NE555
Charakterystyki timera różnych producentów mogą się różnić w niewielkich granicach, ale nikt nie ma fundamentalnych odchyleń (z wyjątkiem mikroukładów niewiadomego pochodzenia, można od nich oczekiwać wszystkiego):
- Napięcie zasilania jest standardowo wskazywane od +5 do +15 V, chociaż karty katalogowe zawierają limity 4,5 ... 18 V.
- Prąd wyjściowy wynosi 200 mA.
- Napięcie wyjściowe wynosi maksymalnie VCC minus 1,6 V, ale nie mniej niż 2 V przy napięciu zasilania 5 V.
- Pobór prądu przy 5 V nie przekracza 5 mA, przy 15 V - do 13 mA.
- Błąd w tworzeniu czasu trwania impulsu nie przekracza 2,25%.
- Maksymalna częstotliwość robocza to 500 kHz.
Wszystkie parametry podane są dla temperatury otoczenia +25°C.
Lokalizacja i przeznaczenie szpilek
Wyjścia timera rozmieszczone są standardowo, niezależnie od konstrukcji obudowy - w kolejności rosnącej od klucza przeciwnie do ruchu wskazówek zegara (patrząc z góry), od 1 do 8. Każde wyjście ma swoje przeznaczenie:
- GND – wspólny przewód zasilający urządzenia.
- WYMUSKANY - po podaniu niskiego poziomu uruchamia drugi (niższy według schematu) komparator, na jego wyjściu pojawia się jednostka logiczna, ustawiająca wewnętrzny przerzutnik RS na 0. Podłączony jest do niego zewnętrzny obwód czasowy RC. Ma pierwszeństwo przed THR.
- NA ZEWNĄTRZ - Wyjście. Wysoki poziom sygnału jest nieco niższy niż napięcie zasilania, niski poziom to 0,25 V.
- RESETOWANIE - Resetowanie. Niezależnie od sygnałów na innych wejściach, jeśli jest niski poziom, resetuje wyjście do 0 i wyłącza timer.
- KLAWISZ KONTROLNY - kierownictwo. Zawsze ma poziom 2/3 napięcia szyny zasilającej. Tutaj możesz zastosować sygnał zewnętrzny i modulować nim wyjście.
- THR - gdy pojawi się wysoki poziom (powyżej 2/3 zasilania) pierwszy (górny wg schematu) wyzwalacz jest ustawiony na 1 a wewnętrzny Klapki RS przechodzi w stan logicznej jednostki.
- DIS - rozładowanie kondensatora ustawiającego czas. Gdy na wyjściu pojawi się wyzwalacz wysokiego poziomu, wewnętrzny tranzystor otwiera się, następuje szybkie rozładowanie. Zegar jest gotowy do następnego cyklu pracy.
- VCC – moc wyjściowa. Może być zasilany napięciem od 5 do 15 V.
Opis trybów pracy układu NE555
Chociaż architektura timera pozwala na użycie go w różnych trybach, istnieją trzy typowe tryby pracy dla NE555.
Pojedynczy wibrator (multiwibrator w trybie gotowości)
Pozycja startowa:
- wejście 2 wysoki poziom logiczny;
- na wejściach R i S wyzwalacza - zera;
- wyjście wyzwalające - 1;
- tranzystor obwodu rozładowania jest otwarty, kondensator C jest zbocznikowany;
- wyjście 3 ma poziom 0.
Gdy na wejściu 2 pojawi się poziom zerowy, dolny komparator przełącza się na 1, przestawiając wyzwalacz na 0. Na wyjściu mikroukładu pojawia się wysoki poziom.W tym samym czasie tranzystor zamyka się, przestając bocznikować kondensator. Rozpoczyna ładowanie przez rezystor R. Gdy tylko napięcie na nim osiągnie 2/3 VCC, górny komparator zadziała, ustaw wyzwalacz z powrotem na 1, a wyjście timera na 0. Tranzystor włączy się i rozładuje pojemność . W ten sposób na wyjściu powstanie impuls dodatni, którego początek określa sygnał zewnętrzny na wejściu 2, a zakończenie zależy od czasu ładowania kondensatora, który jest obliczany ze wzoru t=1,1⋅R⋅ C.
multiwibrator
Po włączeniu zasilania kondensator jest rozładowywany, na wejściu 2 (i 6) logicznym 0, na wyjściu timera 1 (proces ten został opisany w poprzedniej sekcji). Po naładowaniu pojemności przez R1 i R2 do poziomu 2/3 VCC, wysoki poziom na wejściu 6 spowoduje wyzerowanie wyjścia 3 i włączenie tranzystora rozładowującego. Ale kondensator nie zostanie rozładowany bezpośrednio, ale przez R2. W rezultacie obwód powróci do swojej pierwotnej pozycji, a cykl będzie się powtarzał. Z opisu procesu widać, że czas ładowania jest określony sumą rezystancji R1, R2 i pojemności kondensatora, a czas rozładowania jest ustawiany przez R1 i C. Zamiast R1 i R2, można umieścić rezystory zmienne i szybko kontrolować częstotliwość i cykl pracy impulsów. Wzory do obliczeń:
- czas trwania impulsu t1=0,693⋅(R1+R2)⋅C;
- czas trwania przerwy t2=0,693⋅R2⋅C;
- częstotliwość powtarzania impulsów f=1/(0,693(R1+2⋅R2)⋅C.
Czas przerwy nie może przekroczyć czasu impulsu. Aby obejść to ograniczenie, obwody rozładowania i ładowania są oddzielone przez włączenie diody do obwodu (katoda do styku 6, anoda do styku 7).
Spust Schmitta
Na chipie 555 możesz zbudować spust Schmitta.To urządzenie zamienia wolno zmieniający się sygnał (sinusoida, piłokształtna itp.) na falę prostokątną. Tutaj obwody czasowe nie są używane, sygnał jest podawany na wejścia 2 i 6, połączone ze sobą. Po osiągnięciu progu 2/3 VCC napięcie wyjściowe gwałtownie przełącza się na 1, gdy spada do poziomu 1/3, również gwałtownie spada do zera. Strefa niejednoznaczności to 1/3 napięcia zasilania.
Zalety i wady
Główną zaletą układu NE555 jest łatwość obsługi - do zbudowania obwodu wystarczy małe wiązanie, które dobrze nadaje się do obliczeń. Jednocześnie koszt urządzenia jest niski.
Główną wadą timera jest wyraźna zależność czasu trwania impulsu od napięcia zasilania. Wynika to z faktu, że kondensator w obwodzie pojedynczego wibratora lub multiwibratora jest ładowany przez rezystor (lub przez dwa), a górny zacisk rezystora jest podłączony do szyny zasilającej. Prąd płynący przez rezystancję jest tworzony przez napięcie VCC - im wyższe, tym większy prąd, tym szybciej kondensator będzie się ładował, im wcześniej zadziała komparator, tym krótszy będzie generowany przedział czasu. Z jakiegoś nieznanego powodu ten moment nie znajduje się w dokumentacji technicznej, ale jest dobrze znany programistom.
Inną wadą timera jest to, że napięcia progowe komparatorów są tworzone przez wewnętrzne dzielniki i nie można ich regulować. Ogranicza to możliwości zastosowania NE555.
I jeszcze jedna nieprzyjemna funkcja. W związku ze schematem push-pull do budowy stopnia wyjściowego w momencie przełączania (gdy górny tranzystor jest już otwarty, a dolny nie jest jeszcze zamknięty lub odwrotnie) występuje impuls prądu przelotowego. Jego czas trwania jest krótki, ale prowadzi do dodatkowego nagrzewania się mikroukładu i generuje zakłócenia w obwodach mocy.
Jakie są analogi
Podczas istnienia timera opracowano i wydano dużą liczbę klonów. Produkowane są przez różne firmy, ale wszystkie zawierają w nazwie liczbę 555. Wśród fabryk produkujących analogi znajdują się zarówno popularni producenci komponentów elektronicznych, jak i nieznani producenci z Azji Południowo-Wschodniej. Jeśli te pierwsze zapewniają deklarowane parametry, to od drugiej nie należy oczekiwać żadnych gwarancji. Odchylenia od deklarowanych cech mogą być duże.
W ZSRR opracowano podobny zegar KR1006VI1. Jego funkcjonalność jest dokładnie taka sama jak oryginał, z jednym wyjątkiem: wyjście 2 ma pierwszeństwo przed wyjściem 6 (a nie odwrotnie, jak NE555). Należy to wziąć pod uwagę przy projektowaniu schematów. I jeszcze jedno: indeks КР oznacza, że mikroukład produkowany jest tylko w pakiecie DIP8.
Przykłady praktycznego zastosowania
Zakres praktycznego zastosowania timera jest szeroki, w ramach tego przeglądu nie będzie możliwe pełne omówienie tematu. Ale najczęstsze przykłady są warte rozważenia.
W trybie pojedynczego wibratora na kilku mikroukładach można zbudować zamek szyfrowy z limitem czasu na wybranie kodu. Innym sposobem jest użycie go jako urządzenia sygnalizacyjnego do osiągnięcia poziomu progowego (oświetlenia, poziomu napełnienia zbiornika itp.) w połączeniu z różnymi czujnikami.
W trybie multiwibratora (tryb stabilny) timer znajduje najszersze zastosowanie. Na kilku wyłącznikach czasowych można zbudować wyłącznik girlandowy z osobną regulacją częstotliwości migania, czasu włączenia i czasu pauzy.Istnieje możliwość wykorzystania NE555 jako podstawy przekaźnika czasowego i utworzenia czasu załączenia odbiornika od 1 do 25 sekund. Możesz zbudować metronom dla muzyka. Jest to najczęściej używany tryb chipowy i nie sposób opisać wszystkich zastosowań.
Jako wyzwalacz Schmitta zegar jest używany rzadko. Ale w trybie bistabilnym bez elementów ustawiających częstotliwość, NE555 jest używany jako debouncer lub dwuprzyciskowy przełącznik w trybie start-stop. W rzeczywistości używany jest tylko wbudowany przerzutnik RS. Znane jest również zbudowanie kontrolera PWM opartego na zegarze.
Istnieją zbiory obwodów opisujących różne zastosowania timera NE555. Opisują tysiące sposobów wykorzystania chipa. Ale nawet to może nie wystarczyć dociekliwemu umysłowi projektanta, a on znajdzie dodatkowe zastosowanie timera, które nie zostało jeszcze nigdzie opisane. Pozwalają na to możliwości określone przez twórców mikroukładu.
Podobne artykuły:
