Az NE555 chip működési módjai, jellemzői és a csatlakozótüskék kiosztása

Elektronikus eszközök tervezésekor gyakran van szükség adott hosszúságú impulzusok vagy adott frekvenciájú, bizonyos hosszúság-szünet arányú téglalap alakú jel előállítására. Egy tapasztalt tervezőnek nem okozhat nehézséget egy ilyen eszköz megtervezése egyetlen digitális elemből, de kényelmesebb egy erre a célra specializált chipet használni.

Mi az NE555 és hol alkalmazható

Az NE555-öt az 1970-es években fejlesztették ki, és még mindig nagyon népszerű a profik és az amatőrök körében. Ez egy időzítő eszköz, amely egy 8 tűs házban van elhelyezve. DIP vagy felületre szerelhető (SMD) változatban kapható.

A mikroáramkör két komparátort tartalmaz, egy felső és egy alsó komparátort. A bemeneteiken a tápfeszültség 2/3-ának és 1/3-ának megfelelő referenciafeszültséget képeznek. Az osztót ellenállások alkotják 5 kΩ ellenállás. A komparátorok vezérlik az RS-triggert. Kimenetéhez egy puffererősítő és egy tranzisztoros kapcsoló csatlakozik. Mindegyik komparátornak van egy szabad bemenete, és külső vezérlőjelek fogadására szolgál. A felső komparátor akkor lép működésbe, amikor magas szint jelenik meg, és a chip kimenetét alacsony szintre állítja. Az alsó komparátor "figyeli" a feszültség 1/3 VCC alá csökkenését, és az időzítő kimenetét logikai 1-re állítja.

Az NE555 chip főbb jellemzői

Az időzítő jellemzői gyártónként némileg eltérhetnek, de egyik gyártó sem rendelkezik alapvető különbségekkel (kivéve az ismeretlen eredetű chipeket, tőlük bármit elvárhatsz):

• A tápfeszültség alapesetben +5V és +15V között van megadva, bár az adatlapok 4,5...18V-os tartományt adnak meg.
• A kimeneti áram 200 mA.
• A kimeneti feszültség maximum VCC mínusz 1,6V, de nem kevesebb, mint 2V 5V tápfeszültség mellett.
• Áramfelvétel 5 V-on max. 5 mA, 15 V-on max. 13 mA.
• Impulzusszélesség-képzési hiba - legfeljebb 2,25%.
• A maximális működési frekvencia 500 kHz.

Minden paraméter +25°C környezeti hőmérsékleten van megadva.

Tűkiosztás és elrendezés

A tok kialakításától függetlenül az időzítő kimenetei szabványos módon, 1-től 8-ig, az óramutató járásával ellentétes irányban növekvő sorrendben vannak elrendezve (felülről nézve). Minden egyes tűhöz más-más funkció tartozik:

1. GND - a készülék közös tápellátási vezetéke.
2. TRIG - Alacsony szint alkalmazása esetén a második (az ábrán lejjebb lévő) komparátort triggereli, annak kimenete logikai egy, ami a belső RS trigger-t 0-ra állítja. Egy külső RC időlánc van hozzá csatlakoztatva. Elsőbbséget élvez a THR-rel szemben.
3. OUT - kimenet. A magas jelszint éppen a tápfeszültség alatt van, az alacsony jelszint 0,25 V.
4. RESET - visszaállítani. A többi bemeneten lévő jelektől függetlenül, ha alacsony, 0-ra állítja vissza a kimenetet és gátolja az időzítő működését.
5. CTRL - ellenőrzés. Mindig a tápfeszültség 2/3-ának megfelelő szint van jelen. Itt egy külső jelet lehet alkalmazni, és a kimenetet lehet vele modulálni.
6. THR - A magas szint elérésekor (a tápfeszültség több mint 2/3-a) az első (áramköri felső) trigger 1-re áll, és a belső RS trigger 1. A belső RS trigger visszaváltozik logikai 1-esre.
7. DIS - Az időkondenzátor lemerülése. Amikor a trigger kimenet magas, a belső tranzisztor kinyílik, és gyors kisülés következik be. Az időzítő készen áll a következő munkamenetre.
8. VCC - Tápegység kimenet. 5 és 15 V közötti feszültséget lehet rá kapcsolni.

Az NE555 működési módjainak leírása

Bár az időzítő architektúrája lehetővé teszi, hogy többféle üzemmódban is használható legyen, az NE555-nek három tipikus működési módja van.

Egyetlen vibrátor (készenléti multivibrátor)

Kezdő pozíció:

• A 2. bemeneten a logikai szint magas;
• Az R és S trigger bemenetek nulla értékűek;
• Trigger kimenet - 1;
• a kisülési áramkör tranzisztora nyitott, a C kondenzátor áthidalva;
• a 3. kimenetnél - 0. szint.

Amikor a 2. bemeneten nulla szint jelenik meg, az alsó komparátor 1-re kapcsol, és a trigger 0-ra áll vissza. A chip kimenetén magas szint jelenik meg. Ezzel egyidejűleg a tranzisztor bezáródik, és már nem söntögeti a kondenzátort. A töltés az R ellenálláson keresztül kezdődik. Amint a rajta lévő feszültség eléri a VCC 2/3-át, a felső komparátor kiold, a trigger visszavált 1-re, az időzítő kimenete pedig 0-ra. A tranzisztor kinyílik és lemeríti a kondenzátort. Ez pozitív impulzust generál a kimeneten, amelynek kezdetét a 2. bemeneten lévő külső jel határozza meg, és amelynek vége a kondenzátor töltési idejétől függ, amelyet a t=1,1⋅R⋅C képlet szerint számítunk ki.

Multivibrátor

Amikor a tápellátás bekapcsol, a kondenzátor lemerül, a 2. (és a 6.) bemenet logikai 0, az időzítő kimenete 1 (ezt a folyamatot az előző részben ismertettük). Amint a kondenzátor az R1 és R2 segítségével 2/3 VCC-re feltöltődik, a 6-os bemenet magas szintje nullára állítja a 3. kimenetet, és a kisütő tranzisztor kinyílik. A kondenzátor azonban nem közvetlenül, hanem R2-n keresztül fog lemerülni. Végül az áramkör visszatér az eredeti helyzetébe, és a ciklus ismétlődik elölről. A folyamat leírásából látható, hogy a töltési időt az R1, R2 ellenállások összege és a kondenzátor kapacitása határozza meg, a kisütési időt pedig az R1 és a C határozza meg. R1 és R2 helyett változó ellenállások is megadhatók, és a frekvencia és az impulzusszám operatív módon szabályozható. A számítási képletek a következők:

• impulzus időtartama t1=0,693⋅(R1+R2)⋅C;
• szünet időtartama t2=0,693⋅R2⋅C;
• impulzusismétlési frekvencia f=1/(0,693(R1+2⋅R2)⋅C.

A szünetidő nem haladhatja meg az impulzusidőt. E korlátozás leküzdése érdekében a kisülési és töltési áramköröket egy dióda (katód a 6. tűhöz, anód a 7. tűhöz) beépítésével választják szét az áramkörbe.

Schmitt-trigger

Schmitt-triggert építhet egy 555-ös chipre. Egy lassan változó jelet (szinusz, hullámforma stb.) négyszöghullámmá alakít. Itt nem használunk időzítő áramköröket, a jelet a 2. és 6. bemenetre adjuk, amelyek együtt vannak csatlakoztatva. A 2/3 VCC küszöbérték elérésekor a kimeneti feszültség 1-re ugrik, 1/3-ra csökkenve szintén nullára ugrik. A kétértelműségi zóna a tápfeszültség 1/3-a.

Előnyök és hátrányok

Az NE555 chip legfőbb előnye az egyszerű használat - az áramkör felépítéséhez mindössze egy kis, jól kiszámított csomagra van szükség. Ugyanakkor a készülék ára alacsony.

Az időzítő fő hátránya, hogy az impulzus időtartama erősen függ a tápfeszültségtől. Ennek oka, hogy a flip-flop vagy flip-flop áramkörben a kondenzátor egy (vagy két) ellenálláson keresztül töltődik, és a felső ellenállás csapja a tápsínhez van csatlakoztatva. Az ellenálláson átfolyó áramot a VCC feszültség generálja - minél nagyobb a feszültség, annál nagyobb az áram, annál gyorsabban töltődik a kondenzátor, annál hamarabb lép működésbe a komparátor, és annál rövidebb lesz a generált időintervallum. Valamilyen ismeretlen okból ez a pont hiányzik a műszaki dokumentációból, de a fejlesztők számára ismerős.

Az időzítő másik hátránya, hogy a komparátorok küszöbfeszültségei belső osztókkal vannak kialakítva, és nem állíthatók. Ez szűkíti az NE555 alkalmazási lehetőségeit.

Van egy másik kellemetlen tulajdonsága is. A végfokozat push-pull kialakítása miatt a kapcsolás pillanatában (amikor a feljebb lévő tranzisztor nyitott, a lejjebb lévő pedig még nem zárt, vagy fordítva.) van egy áramimpulzus. Időtartama kicsi, de a mikroáramkör további melegedéséhez vezet, és interferenciát képez a tápáramkörben.

Mik az analógok

Mivel a létezése az időzítő, kifejlesztett és kiadott számos klónok. Ezeket különböző cégek gyártják, de mindegyikben szerepel az 555-ös szám. Az analógokat gyártó gyárak között egyaránt vannak népszerű elektronikai alkatrészgyártók és ismeretlen délkelet-ázsiai gyártók. Míg az előbbiek képesek a meghirdetett teljesítményt nyújtani, az utóbbiak nem vállalnak garanciát. A bejelentett jellemzőktől való eltérések nagyok lehetnek.

A Szovjetunió kifejlesztette az analóg KR1006VI1-et. Funkciója megegyezik az eredetivel, egy kivétellel: a 2. pin elsőbbséget élvez a 6. pin-nel szemben (és nem fordítva, mint az NE555 esetében.). Ezt figyelembe kell venni az áramkörök tervezésekor. Még egy dolog: a KR jelölés azt jelenti, hogy a chip csak DIP8-as csomagolásban kapható.

Gyakorlati alkalmazási példák

A gyakorlati alkalmazási terület széles, és jelen áttekintésben nem tudjuk a teljes témát lefedni. De érdemes elemezni a leggyakoribb példákat.

Egy oszcillátoros üzemmódban több mikrochipre építhető kódzár időhatárolt tárcsázással. Egy másik lehetőség, hogy különböző érzékelőkkel együtt, küszöbérték-riasztásként (fény, kapacitásszint stb.) használja.

A multivibrátor üzemmódban (asztabil üzemmód) az időzítő a legszélesebb alkalmazási körrel rendelkezik. A villogási frekvenciát, a bekapcsolási időt és a szüneteltetési időt külön-külön vezérlő kapcsoló több időzítőre építhető. Az NE555-öt időrelé alapjául használhatja, és a fogyasztók bekapcsolási idejét 1 és 25 másodperc között alakíthatja ki. Lehetőség van arra, hogy egy zenész számára metronómot építsünk. Ez a chip leggyakrabban használt üzemmódja, és lehetetlen leírni az összes felhasználási módot.

Schmitt-triggerként az időzítőt nem gyakran használják. De bistabil üzemmódban, frekvenciavezérlők nélkül az NE555 érintkezési pattogásgátlóként vagy kétgombos kapcsolóként használható start/stop üzemmódban. Valójában csak a beépített RS trigger van használatban. Az is ismert, hogy az időzítőn alapuló PWM-vezérlőt építsünk.

Vannak olyan áramköri könyvek, amelyek az NE555 időzítő különböző felhasználási módjait írják le. A chipet ezerféleképpen lehet használni. De még ez sem elég a tervező kíváncsi elméjének, és talál egy további, még le nem írt felhasználási módot az időzítőnek. A chiptervezők képességei ezt lehetővé teszik.

Kapcsolódó cikkek: