Projektējot elektroniskās ierīces, bieži ir nepieciešams ģenerēt noteikta garuma impulsus vai taisnstūra signālu ar noteiktu frekvenci un noteiktu garuma un pauzes attiecību. Pieredzējušam projektētājam nevajadzētu rasties grūtībām šādu ierīci projektēt no atsevišķiem ciparu elementiem, taču ērtāk ir izmantot šim nolūkam specializētu mikroshēmu.
Saturs
Kas ir NE555 un kur to var izmantot
NE555 tika izstrādāts 70. gados un joprojām ir ļoti populārs profesionāļu un amatieru vidū. Tā ir taimera ierīce, kas ievietota 8 kontaktu paketē. Tas ir pieejams DIP vai virsmontāžas (SMD) versijās.
Mikroshēmā ir divi komparatori - augšējais un apakšējais komparators. Uz to ieejām tiek veidots atskaites spriegums, kas vienāds ar 2/3 un 1/3 no barošanas sprieguma. Dalītāju veido rezistori 5 kΩ rezistors. Komparatori kontrolē RS trigeri. Tā izvadam ir pieslēgts bufera pastiprinātājs un tranzistora slēdzis. Katram komparatoram ir viena brīva ieeja, un to izmanto ārējiem vadības signāliem. Augšējais komparators ieslēdzas, kad parādās augsts līmenis, un iestata mikroshēmas izejas līmeni uz zemu. Apakšējais komparators "uzrauga" sprieguma samazināšanos zem 1/3 VCC un iestata taimera izeju uz loģisko 1.
Mikroshēmas NE555 galvenās īpašības
Dažādu ražotāju taimeru raksturlielumi var nedaudz atšķirties, taču nevienam ražotājam nav būtisku atšķirību (izņemot nezināmas izcelsmes mikroshēmas, no tām var sagaidīt jebko):
- Standarta barošanas spriegums ir no +5 V līdz +15 V, lai gan datu lapās norādīts 4,5...18 V diapazons.
- Izvades strāva ir 200 mA.
- Izejas spriegums ir maksimālais VCC mīnus 1,6 V, bet ne mazāks par 2 V pie 5 V barošanas sprieguma.
- Strāvas patēriņš pie 5 V max 5 mA, pie 15 V max 13 mA.
- Impulsa platuma veidošanās kļūda - ne vairāk kā 2,25 %.
- Maksimālā darba frekvence ir 500 kHz.
Visi parametri ir norādīti apkārtējās vides temperatūrai +25°C.
Pin piešķiršana un izvietojums
Neatkarīgi no korpusa konstrukcijas taimera izejas ir izvietotas standarta veidā, no 1 līdz 8, augošā secībā pretēji pulksteņrādītāja virzienam (skatoties no augšas). Katram pinam ir piešķirta atšķirīga funkcija:
- GND - ir ierīces kopējais strāvas padeves vads.
- TRIG - Kad tiek pielikts zems līmenis, tiek iedarbināts otrais (diagrammā apakšējais) komparators, tā izeja ir loģiskais vienskaitlis, kas nosaka iekšējo RS trigeri uz 0. Tam ir pieslēgta ārēja RC laika ķēde. Tam ir prioritāte THR.
- OUT - izejas. Augsts signāla līmenis ir tieši zem barošanas sprieguma, zems signāla līmenis ir 0,25 V.
- RESET - atiestatīšana. Neatkarīgi no pārējo ieeju signāliem, ja signāls ir zems, tas noregulē izeju uz 0 un bloķē taimera darbību.
- CTRL - kontrole. Tā līmenis vienmēr ir 2/3 no barošanas kopnes sprieguma. Šeit var pielikt ārēju signālu un ar to modulēt izejas signālu.
- THR - Kad tiek sasniegts augsts līmenis (vairāk nekā 2/3 no barošanas sprieguma), pirmais (shēmas augšējais) trigeris tiek iestatīts uz 1, un iekšējais indikators RS sprūda 1. Iekšējais RS ierosinātājs atgriežas pie loģiskās 1.
- DIS - Laika kondensatora izlāde. Kad sprūda izeja ir augsta, iekšējais tranzistors atveras un notiek ātra izlāde. Taimeris ir gatavs nākamajam darba ciklam.
- VCC - Barošanas avota izeja. Tam var pielikt spriegumu no 5 līdz 15 V.
NE555 darbības režīmu apraksts
Lai gan taimera arhitektūra ļauj to izmantot dažādos režīmos, ir trīs tipiski NE555 darbības režīmi.
Viens vibrators (gaidīšanas režīma multivibrators)
Sākotnējā pozīcija:
- 2. ievadei ir augsts loģiskais līmenis;
- Sprūda ieejas R un S ir nulles;
- Sprūda izeja - 1;
- izlādes ķēdes tranzistors ir atvērts, kondensators C ir pārslēgts;
- izejas 3 - 0 līmenis.
Kad 2. ievadei parādās nulles līmenis, apakšējais komparators pārslēdzas uz 1, noregulējot trigeri uz 0. Mikroshēmas izejā parādās augsts līmenis. Tajā pašā laikā tranzistors aizveras, vairs neinjonējot kondensatoru. Tas sāk uzlādi, izmantojot rezistoru R. Tiklīdz spriegums pāri tam sasniedz 2/3 no VCC, augšējais komparators ieslēdzas, iestatot sprūdu atpakaļ uz 1 un taimera izeju uz 0. Tranzistors atveras un izlādē kondensatoru. Tas ģenerē pozitīvu impulsu izejā, kura sākumu nosaka ārējais signāls 2. ievadei un kura beigas ir atkarīgas no kondensatora uzlādes laika, ko aprēķina pēc formulas t=1,1⋅R⋅C.
Multivibrators
Kad tiek pieslēgts barošanas avots, kondensators tiek izlādēts, ieeja 2 (un 6) ir loģiskā 0, taimera izeja ir 1 (šis process ir aprakstīts iepriekšējā sadaļā). Kad kondensators ir uzlādēts caur R1 un R2 līdz 2/3 VCC, augstais līmenis 6 ievadei noregulēs 3 izeju līdz nullei un izlādes tranzistors atvērsies. Taču kondensators netiks izlādēts tieši, bet gan caur R2. Visbeidzot ķēde atgriezīsies sākotnējā stāvoklī, un cikls atkārtosies no jauna. No procesa apraksta redzams, ka uzlādes laiku nosaka pretestību R1, R2 un kondensatora jaudas summa, bet izlādes laiku nosaka R1 un C. R1 un R2 vietā var pievadīt mainīgus rezistorus, un frekvenci un impulsu ātrumu var kontrolēt operatīvi. Aprēķina formulas ir šādas:
- impulsa ilgums t1=0,693⋅(R1+R2)⋅C;
- pauzes ilgums t2=0,693⋅R2⋅C;
- impulsu atkārtošanās frekvence f=1/(0,693(R1+2⋅R2)⋅C.
Pauzes laiks nedrīkst pārsniegt impulsa laiku. Lai pārvarētu šo ierobežojumu, izlādes un uzlādes ķēdes ir atdalītas, ķēdē iekļaujot diodi (katodu uz 6. kontakta, anodu uz 7. kontakta).
Šmita sprūds
Šmita trigeri var uzbūvēt uz 555 mikroshēmas. Tas pārveido lēni mainīgu signālu (sinusoidālu, viļņu formu utt.) kvadrātveida vilnī. Šeit netiek izmantotas laika noteikšanas shēmas, signāls tiek pieslēgts 2. un 6. ieejai, kas savienotas kopā. Sasniedzot 2/3 VCC slieksni, izejas spriegums lēkā līdz 1, nokrītot līdz 1/3, tas arī lēkā līdz nullei. Neskaidrību zona ir 1/3 no barošanas sprieguma.
Priekšrocības un trūkumi
Galvenā NE555 mikroshēmas priekšrocība ir tās lietošanas ērtums - shēmas izveidei ir nepieciešams tikai neliels, labi aprēķināts iepakojums. Tajā pašā laikā ierīces izmaksas ir zemas.
Galvenais taimera trūkums ir izteikta impulsa ilguma atkarība no barošanas sprieguma. Tas ir tāpēc, ka kondensators flip-flopā vai flip-flop ķēdē tiek uzlādēts, izmantojot rezistoru (vai divus), un augšējais rezistora kontakts ir savienots ar barošanas sliedi. Strāvu caur rezistoru ģenerē VCC spriegums - jo lielāks spriegums, jo lielāka strāva, jo ātrāk kondensators uzlādēsies, jo ātrāk ieslēgsies komparators un jo īsāks būs ģenerētais laika intervāls. Kādu nezināmu iemeslu dēļ šis punkts tehniskajā dokumentācijā nav iekļauts, taču izstrādātājiem tas ir zināms.
Vēl viens taimera trūkums ir tas, ka komparatoru sliekšņa spriegumus veido iekšējie dalītāji, un tos nevar regulēt. Tas sašaurina NE555 lietojuma iespējas.
Ir arī vēl viena nepatīkama iezīme. Tā kā izejas posms ir push-pull konstrukcijas, pārslēgšanas brīdī (kad augšējais tranzistors ir atvērts, bet apakšējais vēl nav aizvērts, vai otrādi.) ir strāvas impulss. Tās ilgums ir neliels, taču tā izraisa mikrokontaktu papildu sasilšanu un rada traucējumus barošanas ķēdē.
Kādi ir analogi
Kopš taimera pastāvēšanas ir izstrādāts un izdots liels skaits klonu. Tos ražo dažādi uzņēmumi, bet visos ir cipari 555. Starp rūpnīcām, kas ražo analogus, ir gan populāri elektronisko komponentu ražotāji, gan nezināmi ražotāji no Dienvidaustrumāzijas. Lai gan pirmās spēj piedāvāt reklamēto veiktspēju, otrās nevar sniegt nekādas garantijas. Novirzes no deklarētajiem raksturlielumiem var būt lielas.
PSRS ir izstrādājusi analogu KR1006VI1. Tā funkcionalitāte ir identiska oriģinālajam, izņemot vienu: pin 2 ir prioritāte pār pin 6 (nevis otrādi kā NE555.). Tas jāņem vērā, projektējot shēmas. Vēl viena lieta: apzīmējums KR nozīmē, ka mikroshēma ir pieejama tikai DIP8 iepakojumā.
Praktisko lietojumu piemēri
Praktiskā pielietojuma joma ir plaša, un šajā pārskatā mēs nevaram aptvert visu tematu. Tomēr ir vērts izanalizēt visbiežāk sastopamos piemērus.
Viena oscilatora režīmā kodu bloķēšanu ar laika ierobežojumu var izveidot uz vairākām mikroshēmām. Cits veids ir izmantot to kā robežlīmeņa signalizāciju (gaisma, jaudas līmenis utt.) kopā ar dažādiem sensoriem.
Multivibratora režīmā (astabilajā režīmā) taimerim ir visplašākais pielietojuma diapazons. Vairākos taimeros var izveidot ķēdes veida slēdzi ar atsevišķu mirgošanas frekvences, ieslēgšanas laika un pauzes laika kontroli. NE555 var izmantot kā laika releja pamatu un veidot patērētāju ieslēgšanas laiku no 1 līdz 25 sekundēm. Ir iespējams izveidot metronomu mūziķim. Šis ir visbiežāk izmantotais mikroshēmas režīms, un nav iespējams aprakstīt visus tā izmantošanas veidus.
Šmita trigeris kā taimeris netiek bieži izmantots. Bet bistabilajā režīmā, bez frekvenču draiveriem, NE555 tiek izmantots kā kontaktu atsitiena slāpētājs vai kā divu pogu slēdzis start/stop režīmā. Faktiski tiek izmantots tikai integrētais RS sprūda mehānisms. Ir arī zināms, ka uz taimera bāzes var izveidot PWM kontrolieri.
Ir shēmas grāmatas, kurās aprakstīti dažādi NE555 taimera izmantošanas veidi. Mikroshēmu var izmantot tūkstošiem reižu. Taču pat ar to nepietiek, un zinātkārais dizainera prāts atradīs papildu, vēl neaprakstītu taimera pielietojumu. To ļauj mikroshēmu izstrādātāju iespējas.
Saistītie raksti:
