電子デバイスを設計する場合、多くの場合、特定の長さのパルスを形成するか、特定の周波数と特定の長さ対休止比を持つ矩形信号を生成する必要があります。経験豊富な設計者は、このようなデバイスを個別のデジタル要素で簡単に設計できますが、この目的には専用のチップを使用する方が便利です。
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NE555 とは何か、どこで使用できるか
NE555 は 1970 年代に設計され、今でもプロやアマチュアの間で非常に人気があります。 8ピンでカプセル化されたタイマーです。 DIP バージョンまたは異なる SMD バージョンで利用できます。
マイクロ回路には、上部と下部の 2 つのコンパレータが含まれています。それらの入力では、供給電圧の2/3および1/3に等しい基準電圧が形成されます。 分圧器は抵抗によって形成されます 5kΩの抵抗。コンパレータは RS トリガを制御します。その出力にはバッファアンプとトランジスタスイッチが接続されています。各コンパレータには 1 つの空き入力があり、外部制御信号の供給に使用されます。上位コンパレータは、ハイレベルが現れるとトリガし、チップの出力をローレベルにします。下のものは、1/3 VCC を下回る電圧の低下を「監視」し、タイマー出力を論理 1 に設定します。
チップNE555の主な特徴
異なるメーカーのタイマー特性はわずかな範囲内で異なる場合がありますが、原則として逸脱はありません (出所不明のチップを除いて、それらからは何でも期待できます)。
- データシートの範囲は 4.5 ～ 18V ですが、供給電圧は標準で +5V ～ +15V と指定されています。
- 出力電流は200mAです。
- 出力電圧は最大 VCC マイナス 1.6 V ですが、5 V 電源電圧で 2 V 以上です。
- 5 V での消費電流は 5 mA 以下、15 V では最大 13 mA です。
- パルス幅形成の精度 - 2.25% 以下。
- 最大動作周波数は 500 kHz です。
すべてのパラメータは、周囲温度 +25 °С で指定されています。
ピンの割り当てと配置
タイマーピンは、ケースのデザインに関係なく標準的な方法で配置されています - キーから昇順 (上から見て反時計回り)、1 から 8 までです。各ピンには異なる機能があります。
- アース - デバイス電源の共通線です。
- トリガー - 低レベルが適用されると、2 番目 (図の下側) のコンパレータがトリガーされ、その出力は論理 1 になり、内部 RS トリガーが 0 に設定されます。外部 RC チェーン タイミング回路に接続されます。 THR よりも優先されます。
- アウト - 出力。供給電圧のすぐ下の高信号レベル、低信号レベル - 0,25 V。
- リセット - リセット。他の入力の信号とは無関係に、ローの場合、出力を 0 にリセットし、タイマー動作を禁止します。
- CTRL - コントロール。電源バスには常に 2/3 の電圧レベルがあります。ここに外部信号を適用して、出力を変調することができます。
- THR - 高レベルに達すると (電源の 2/3 以上)、最初の (回路上部) トリガーが 1 に設定され、内部 RSトリガー 内部 RS トリガーは 1 になります。
- DIS - タイム コンデンサの放電。トリガー出力が高い場合、内部トランジスタが開き、高速放電が発生します。タイマーは次のデューティ サイクルの準備ができています。
- VCC - 電源出力。 5 ～ 15 V の電圧を供給できます。
NE555 の動作モードの説明
タイマーのアーキテクチャにより、さまざまなモードで使用できますが、NE555 には 3 つの典型的な動作モードがあります。
シングルバイブレータ（スタンバイマルチバイブレータ）
初期位置:
- 入力 2 では、論理レベルはハイです。
- トリガーの入力 R および S - ゼロ;
- トリガー出力 - 1;
- 放電回路のトランジスタは開いており、コンデンサ C はバイパスされています。
- 出力 3 で - レベル 0。
入力 2 にゼロ レベルが現れると、下側のコンパレータが 1 に切り替わり、トリガーが 0 にリセットされます。チップ出力にハイ レベルが現れます。同時に、トランジスタが閉じて、コンデンサのシャントを停止します。抵抗Rを介して充電を開始します。電圧がVCCの2/3に達するとすぐに、上部コンパレータがオフになり、トリガーを1に戻し、タイマー出力を0に設定します。トランジスタが開き、コンデンサを放電します.これにより出力に正のパルスが生成され、その開始は入力 2 の外部信号によって決定され、その終了は式 t=1,1⋅R⋅C によって計算されるコンデンサの充電時間に依存します。 .
マルチバイブレータ
電源が供給されると、コンデンサが放電され、入力 2 (および 6) は論理 0 になり、タイマー出力は 1 になります (このプロセスは前のセクションで説明されています)。 R1 と R2 を介してコンデンサを 2/3 VCC まで充電した後、入力 6 の高レベルによって出力 3 がゼロにリセットされ、放電トランジスタが開きます。ただし、コンデンサは直接放電されませんが、R2 を介して放電されます。最終的に回路は元の位置に戻り、サイクルが何度も繰り返されます。プロセスの説明から、充電時間は抵抗 R1、R2 とコンデンサの容量の合計によって決定され、放電時間は R1 と C によって設定されることがわかります。R1 と R2 の代わりに、可変抵抗器を配置できます。周波数と脈拍数を操作可能に制御します。計算式:
- パルス持続時間 t1=0.693⋅(R1+R2)⋅C;
- 一時停止期間 t2=0.693・R2・C;
- パルス繰り返し率 f=1/(0.693(R1+2・R2)・C.
休止時間はパルス時間を超えることはできません。この制限を回避するために、放電回路と充電回路は、ダイオード (ピン 6 にカソード、ピン 7 にアノード) を含めることによって分離されます。
シュミットトリガー
555 チップでシュミット トリガーを作成できます。このデバイスは、ゆっくりと変化する信号 (正弦波、ノコギリ波など) を方形波に変換します。ここではタイミング回路は使用されておらず、信号は相互に接続された入力 2 と 6 に適用されます。 2/3 VCC しきい値に達すると、出力電圧は 1 にジャンプし、1/3 に低下するとゼロにジャンプします。あいまいな領域は、供給電圧の 1/3 です。
長所と短所
NE555チップの主な利点は、その使いやすさです。回路を構築するには、小さくてよく計算されたパッケージがあれば十分です。同時に、デバイスのコストは低くなります。
タイマーの主な欠点は、パルス持続時間が供給電圧に大きく依存することです。これは、フリッカーまたはフリッカー回路のコンデンサが抵抗器（または2つ）を介して充電され、抵抗器の上部リードが電源バスに接続されているためです。抵抗を流れる電流は VCC 電圧によって形成されます。電圧が高いほど、電流が高くなり、コンデンサの充電が速くなり、コンパレータのトリガが早くなり、生成される時間間隔が短くなります。なんらかの理由で、この点は技術文書に記載されていませんが、開発者にはよく知られています。
タイマーのもう 1 つの欠点は、コンパレータのしきい値電圧が内部分割器によって形成され、調整できないことです。これにより、NE555 のアプリケーションの可能性が狭まります。
そして、もう1つの不快な機能。出力段のプッシュプル設計により、切り替えの瞬間（上流のトランジスタが開いていて、下流のトランジスタがまだ閉じていない場合、またはその逆の場合)) 貫通電流パルスがあります。その持続時間は長くはありませんが、マイクロ回路がさらに加熱され、電源回路にノイズが発生します。
アナログは何ですか
タイマーの存在以来、多数のクローンを開発・リリース。それらは異なる会社によって生産されていますが、すべて555という数字の名前に含まれています。最初のパラメータが宣言されたパラメータを提供する場合、2 番目のパラメータに保証を期待するべきではありません。宣言された特性からの逸脱は大きくなる可能性があります。
ソ連は同様のタイマー KR1006VI1 を開発しました。その機能は、1 つの例外を除いてオリジナルと同じです: ピン 2 はピン 6 よりも優先されます (NE555のように逆ではありません）。これは、回路を設計する際に考慮する必要があります。もう1つ、インデックスKRは、チップがDIP8パッケージでのみ入手可能であることを意味します。
実用化例
タイマーの実用化の分野は広く、このレビューの範囲内でトピックを完全に開示することはできません.しかし、最も一般的な例は解析する価値があります。
いくつかのチップでの単一発振器モードでは、時間制限のあるダイヤル コードでコード ロックを構築できます。また、各種センサーと組み合わせて閾値表示（光、容量充填レベルなど）として使用する方法もあります。
マルチバイブレータ モード (安定モード) では、タイマーは最も広いアプリケーションを見つけます。複数のタイマーで、点滅頻度、オン時間、一時停止時間を個別に制御するデイジー チェーン スイッチを構築できます。 NE555 をタイム リレーのベースとして使用し、1 ～ 25 秒でコンシューマをオンにする時間を形成できます。ミュージシャン用のメトロノームを作成できます。これはチップの最も使用されるモードであり、すべての用途を説明することは不可能です。
シュミット トリガーとして、タイマーはあまり使用されません。ただし、周波数ドライバーを使用しない双安定モードでは、NE555 はコンタクト バウンス サプレッサーとして、またはスタート/ストップ モードの 2 ボタン スイッチとして使用されます。実際には、組み込みの RS トリガーのみが使用されます。また、タイマー PWM レギュレータに基づいて構築することも知られています。
NE555 タイマーのさまざまな用途を説明する回路のコレクションがあります。彼らは、チップを使用する何千もの方法を説明しています。しかし、設計者の探究心だけでは十分ではないかもしれません。彼は、まだどこにも説明されていないタイマーの追加の使用方法を見つけるでしょう。チップの設計者によって設定された可能性により、これが可能になります。
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