Bij het ontwerpen van elektronische apparatuur is het vaak nodig pulsen van een bepaalde lengte op te wekken of een rechthoekig signaal op te wekken met een bepaalde frequentie en een bepaalde verhouding tussen lengte en pauze. Een ervaren ontwerper zou geen moeilijkheden mogen ondervinden bij het ontwerpen van een dergelijk toestel uit afzonderlijke digitale elementen, maar het is handiger om voor dit doel een gespecialiseerde chip te gebruiken.
Inhoud
Wat de NE555 is en waar hij kan worden gebruikt
De NE555 werd ontwikkeld in de jaren 1970 en is nog steeds zeer populair bij professionals en amateurs. Het is een timer in een 8-pins behuizing. Hij is verkrijgbaar in DIP- of SMD-versie (surface mount).
De microschakeling bevat twee comparatoren, een bovenste en een onderste comparator. Een referentiespanning gelijk aan 2/3 en 1/3 van de voedingsspanning wordt op hun ingangen gevormd. De deler wordt gevormd door weerstanden weerstand van 5 kΩ. De comparatoren controleren de RS-trigger. Een bufferversterker en een transistorschakelaar zijn op de uitgang aangesloten. Elke comparator heeft één vrije ingang en wordt gebruikt voor externe stuursignalen. De bovenste comparator triggert wanneer een hoog niveau verschijnt en zet de uitgang van de chip op een laag niveau. De onderste comparator "controleert" de daling van de spanning onder 1/3 VCC en zet de timeruitgang op logisch 1.
De voornaamste kenmerken van de chip NE555
De kenmerken van de timer kunnen van fabrikant tot fabrikant enigszins verschillen, maar geen enkele fabrikant vertoont fundamentele verschillen (behalve chips van onbekende oorsprong, daarvan kunt u alles verwachten):
- De voedingsspanning wordt standaard gespecificeerd als +5V tot +15V, hoewel de datasheets een bereik van 4,5...18V specificeren.
- De uitgangsstroom bedraagt 200 mA.
- De uitgangsspanning is maximaal VCC min 1,6 V, maar niet minder dan 2 V bij een voedingsspanning van 5 V.
- Stroomverbruik bij 5 V max 5 mA, bij 15 V max 13 mA.
- Fout in de vorming van de pulsbreedte - niet meer dan 2,25%.
- Maximale werkfrequentie is 500 kHz.
Alle parameters zijn gespecificeerd voor een omgevingstemperatuur van +25°C.
Pinbezetting en schikking
Ongeacht het ontwerp van de behuizing zijn de uitgangen van de timer op een standaard manier gerangschikt, van 1 tot 8, in stijgende volgorde tegen de klok in (van bovenaf gezien). Elke pin heeft een andere functie:
- GND - is de gemeenschappelijke voedingskabel van het apparaat.
- TRIG - Wanneer een laag niveau wordt toegepast, wordt de tweede comparator (lager in het diagram) getriggerd, zijn output is een logische één, die de interne RS trigger op 0 zet. Er wordt een externe RC-tijdketen op aangesloten. Het heeft voorrang op THR.
- OUT - output. Het hoge signaalniveau ligt net onder de voedingsspanning, het lage signaalniveau is 0,25 V.
- RESET - reset. Onafhankelijk van de signalen op de andere ingangen, wordt de uitgang bij laag toerental op 0 gezet en de timerwerking geblokkeerd.
- CTRL - controle. Er is altijd een niveau van 2/3 van de voedingsbusspanning aanwezig. Hier kan een extern signaal worden toegepast en de uitgang kan ermee worden gemoduleerd.
- THR - Wanneer een hoog niveau wordt bereikt (meer dan 2/3 van de voedingsspanning) wordt de eerste (circuit top) trigger op 1 gezet en de interne RS trekker 1. De interne RS-trigger schakelt terug naar logica 1.
- DIS - Ontlading van de tijdcondensator. Wanneer de triggeruitgang hoog is, opent de interne transistor en treedt een snelle ontlading op. De timer is klaar voor de volgende duty cycle.
- VCC - uitgang stroomvoorziening. Er kan een spanning van 5 tot 15 V op worden gezet.
Beschrijving van de werkingsmodi van de NE555
Hoewel de timerarchitectuur het mogelijk maakt dat hij in verschillende modi kan worden gebruikt, zijn er drie typische werkingsmodi van de NE555.
Enkele triller (Standby Multivibrator)
Oorspronkelijke positie:
- Op ingang 2 is het logicaniveau hoog;
- De triggeringangen R en S zijn nullen;
- Trigger uitgang - 1;
- ontlaadcircuit transistor is open, condensator C is overbrugd;
- op uitgang 3 - niveau 0.
Wanneer nul niveau verschijnt op ingang 2, schakelt de onderste comparator naar 1, waardoor de trigger op 0 wordt gezet. Een hoog niveau verschijnt op de uitgang van de chip. Op hetzelfde moment sluit de transistor, waardoor de condensator niet langer wordt gerangeerd. Hij begint op te laden via weerstand R. Zodra de spanning erover 2/3 van VCC bereikt, zal de bovenste comparator trippen, waardoor de trigger terug op 1 wordt gezet en de timeruitgang op 0. De transistor opent en ontlaadt de condensator. Dit genereert een positieve puls aan de uitgang, waarvan het begin wordt bepaald door het externe signaal aan ingang 2 en het einde afhangt van de oplaadtijd van de condensator, die wordt berekend volgens de formule t=1,1⋅R⋅C.
Multivibrator
Wanneer de voedingsspanning wordt ingeschakeld, wordt de condensator ontladen, ingang 2 (en 6) is logica 0, de timeruitgang is 1 (dit proces is beschreven in het vorige hoofdstuk). Wanneer de condensator via R1 en R2 wordt opgeladen tot 2/3 VCC zal het hoge niveau op ingang 6 uitgang 3 op nul zetten en zal de ontladingstransistor openen. Maar de condensator zal niet rechtstreeks worden ontladen, maar via R2. Uiteindelijk zal het circuit terugkeren naar zijn oorspronkelijke positie en zal de cyclus zich steeds herhalen. Uit de beschrijving van het proces blijkt dat de oplaadtijd wordt bepaald door de som van de weerstanden R1, R2 en de capaciteit van de condensator, en dat de ontlaadtijd wordt bepaald door R1 en C. In plaats van R1 en R2 kunnen variabele weerstanden worden geleverd en kunnen de frequentie en de pulsfrequentie operationeel worden geregeld. De formules voor de berekening zijn als volgt:
- pulsduur t1=0,693⋅(R1+R2)⋅C;
- pauzeduur t2=0,693⋅R2⋅C;
- pulsherhalingsfrequentie f=1/(0,693(R1+2⋅R2)⋅C.
De pauzetijd mag de pulstijd niet overschrijden. Om deze beperking te ondervangen worden de ontlaad- en oplaadcircuits van elkaar gescheiden door een diode (kathode aan pen 6, anode aan pen 7) in het circuit op te nemen.
Schmitt-trigger
Je kunt een Schmitt trigger bouwen op een 555 chip. Het zal een langzaam veranderend signaal (sinus, golfvorm, enz.) omzetten in een blokgolf. Hier worden geen timing circuits gebruikt, het signaal wordt toegepast op de ingangen 2 en 6 die met elkaar verbonden zijn. Bij het bereiken van de 2/3 VCC drempel springt de uitgangsspanning naar 1, bij het dalen naar 1/3 springt deze ook naar nul. De ambiguïteitszone is 1/3 van de voedingsspanning.
Voor- en nadelen
Het belangrijkste voordeel van de NE555-chip is zijn gebruiksgemak - een kleine, goed berekende verpakking is alles wat nodig is om de schakeling te bouwen. Tegelijkertijd zijn de kosten van het apparaat laag.
Het belangrijkste nadeel van de timer is een uitgesproken afhankelijkheid van de pulsduur van de voedingsspanning. Dit komt omdat de condensator in een flip-flop of flip-flop schakeling wordt opgeladen via een weerstand (of twee), en de bovenste weerstandspin is verbonden met de voedingsrail. De stroom door de weerstand wordt gegenereerd door de VCC spanning - hoe hoger de spanning, hoe hoger de stroom, hoe sneller de condensator zal laden, hoe eerder de comparator zal uitschakelen, en hoe korter het gegenereerde tijdsinterval zal zijn. Om de een of andere onbekende reden ontbreekt dit punt in de technische documentatie, maar is het wel bekend bij de ontwikkelaars.
Een ander nadeel van de timer is dat de drempelspanningen van de comparatoren worden gevormd door interne delers en niet kunnen worden aangepast. Dit verkleint de toepassingsmogelijkheden voor de NE555.
Er is nog een andere onaangename eigenschap. Als gevolg van het push-pull ontwerp van de eindtrap, zal op het moment van schakelen (wanneer de stroomopwaartse transistor open is en de stroomafwaartse nog niet gesloten, of omgekeerd.) is er een stroompuls. De duur ervan is klein, maar het leidt tot extra verwarming van de microschakeling en vormt storing in het voedingscircuit.
Wat zijn de analogen
Sinds het bestaan van de timer, een groot aantal klonen ontwikkeld en vrijgegeven. Ze worden door verschillende firma's gemaakt, maar ze bevatten allemaal het nummer 555. Onder de fabrieken die analogen produceren, bevinden zich zowel populaire fabrikanten van elektronische componenten als onbekende fabrikanten uit Zuid-Oost-Azië. Hoewel eerstgenoemden in staat zijn de geadverteerde prestaties te leveren, kunnen laatstgenoemden niet aansprakelijk worden gesteld voor eventuele garanties. Afwijkingen van de opgegeven kenmerken kunnen groot zijn.
De USSR heeft de analoge KR1006VI1 ontwikkeld. De functionaliteit is identiek aan die van het origineel, met één uitzondering: pen 2 heeft voorrang op pen 6 (en niet andersom zoals in de NE555). Hiermee moet rekening worden gehouden bij het ontwerpen van schakelingen. Nog één ding: de aanduiding KR betekent dat de chip alleen verkrijgbaar is in een DIP8-pakket.
Voorbeelden van praktische toepassingen
Het gebied van praktische toepassing is breed en wij kunnen in dit overzicht niet op het hele onderwerp ingaan. Maar het is de moeite waard de meest voorkomende voorbeelden te ontleden.
In de single-oscillatormodus kan een codeslot met tijdsbegrensde kiesfunctie worden opgebouwd op verschillende microchips. Een andere manier is het te gebruiken in combinatie met verschillende sensoren als een drempelniveau-alarm (licht, capaciteitsniveau, enz.).
In multivibrator-modus (astabiele modus) heeft de timer het breedste scala van toepassingen. Een in serie geschakelde schakelaar met afzonderlijke regeling van de knipperfrequentie, de inschakeltijd en de pauzetijd kan op verschillende timers worden gebouwd. U kunt de NE555 gebruiken als basis voor een tijdrelais en de inschakeltijd van verbruikers vormen van 1 tot 25 seconden. Het is mogelijk om een metronoom voor een muzikant te bouwen. Dit is de meest gebruikte modus van de chip en het is onmogelijk om alle toepassingen te beschrijven.
Als Schmitt trigger wordt de timer niet vaak gebruikt. Maar in bistabiele modus, zonder frequentieregelaars, wordt de NE555 gebruikt als een contactstuit-onderdrukker of als een tweeknops schakelaar in start/stop modus. In feite wordt alleen de geïntegreerde RS trigger gebruikt. Het is ook bekend om een PWM-controller te bouwen op basis van de timer.
Er zijn circuitboeken die verschillende toepassingen van de NE555 timer beschrijven. Er zijn duizenden manieren om de chip te gebruiken. Maar zelfs dit is niet genoeg voor de nieuwsgierige geest van de ontwerper, en hij zal een extra, nog onbeschreven, gebruik voor de timer vinden. De mogelijkheden van de chipontwerpers laten dit toe.
Verwante artikelen:
