Načini delovanja, značilnosti in dodelitev pinov čipa NE555

Pri načrtovanju elektronskih naprav je pogosto potrebno oblikovati impulze dane dolžine ali generirati pravokotni signal z dano frekvenco in določenim razmerjem med dolžino in premorom. Izkušeni oblikovalec lahko enostavno oblikuje takšno napravo na ločenih digitalnih elementih, vendar je za ta namen bolj priročno uporabiti specializiran čip.

Kaj je NE555 in kje se lahko uporablja

NE555 je bil zasnovan v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja in je še vedno zelo priljubljen med profesionalci in amaterji. To je časovnik z 8 zatiči. Na voljo je v DIP različici ali v različnih SMD različicah.

Mikrovezje vsebuje dva primerjalnika - zgornji in spodnji. Na njihovih vhodih se oblikuje referenčna napetost, enaka 2/3 in 1/3 napajalne napetosti. Delilnik tvorijo upori 5 kΩ upori. Primerjalniki krmilijo sprožilec RS. Na njegov izhod sta priključena vmesni ojačevalnik in tranzistorsko stikalo. Vsak primerjalnik ima en prost vhod in se uporablja za dovajanje zunanjih krmilnih signalov.Zgornji primerjalnik se sproži, ko se pojavi visoka raven in obrne izhod čipa na nizko raven. Spodnji "spremlja" znižanje napetosti pod 1/3 VCC in nastavi izhod časovnika na logično 1.

Glavne značilnosti čipa NE555

Značilnosti časovnika različnih proizvajalcev se lahko razlikujejo v majhnem obsegu, vendar načeloma ni odstopanj (razen za čipe neznanega izvora, od njih lahko pričakujete karkoli):

• Napajalna napetost je standardno določena med +5 V do +15 V, čeprav imajo podatkovni listi razpon od 4,5 do 18 V.
• Izhodni tok je 200 mA.
• Izhodna napetost je največja VCC minus 1,6 V, vendar ne manj kot 2 V pri napajalni napetosti 5 V.
• Poraba toka pri 5 V ni večja od 5 mA, pri 15 V - do 13 mA.
• Natančnost tvorbe trajanja impulza - ne več kot 2,25%.
• Največja delovna frekvenca je 500 kHz.

Vsi parametri so podani za temperaturo okolja +25 °С.

Dodelitev in ureditev žebljičkov

Zatiči časovnika so nameščeni na standarden način ne glede na zasnovo ohišja - v naraščajočem vrstnem redu od ključa v nasprotni smeri urinega kazalca (gledano od zgoraj), od 1 do 8. Vsak zatič ima drugačno funkcijo:

1. GND - je skupna žica napajanja naprave.
2. TRIG - Ko je uporabljena nizka raven, sproži drugi (spodnji v diagramu) primerjalnik, njegov izhod je logična 1, ki nastavi notranji RS-trigger na 0. Povezan je z zunanjim časovnim vezjem RC-verige. Ima prednost pred THR.
3. VEN - izhod. Visok nivo signala tik pod napajalno napetostjo, nizek nivo signala - 0,25 V.
4. PONASTAVITI - ponastaviti. Neodvisno od signalov na drugih vhodih, če je nizek, ponastavi izhod na 0 in onemogoči delovanje časovnika.
5. CTRL - nadzor. Na napajalnem vodilu ima vedno 2/3 napetostnega nivoja. Tukaj je mogoče uporabiti zunanji signal in z njim modulirati izhod.
6. THR - Ko je dosežena visoka raven (več kot 2/3 dovoda), se prvi sprožilec (zgornji tokokrog) nastavi na 1 in notranji RS sprožilec Notranji RS-prožilec bo šel na 1.
7. DIS - Praznjenje časovnega kondenzatorja. Ko je sprožilni izhod visok, se notranji tranzistor odpre in pride do hitrega praznjenja. Časovnik je pripravljen za naslednji delovni cikel.
8. VCC - Izhod napajanja. Napaja se lahko z napetostmi od 5 do 15 V.

Opis načinov delovanja NE555

Čeprav arhitektura časovnika omogoča uporabo v različnih načinih, obstajajo trije tipični načini delovanja NE555.

Enojni vibrator (multivibrator v pripravljenosti)

Začetni položaj:

• Na vhodu 2 je logični nivo visok;
• Na vhodih R in S sprožilca - ničle;
• Izhod sprožilca - 1;
• tranzistor praznjenja je odprt, kondenzator C je obdan;
• na izhodu 3 - nivo 0.

Ko se na vhodu 2 pojavi ničelna raven, se spodnji primerjalnik preklopi na 1 in ponastavi sprožilec na 0. Na izhodu čipa se pojavi visoka raven. Istočasno se tranzistor zapre in preneha ranžirati kondenzator. Začne se polniti prek upora R. Takoj, ko napetost na njem doseže 2/3 VCC, se zgornji primerjalnik izklopi, nastavi sprožilec nazaj na 1 in izhod časovnika na 0. Tranzistor se odpre in izprazni kondenzator. To ustvari pozitivni impulz na izhodu, katerega začetek je določen z zunanjim signalom na vhodu 2, njegov konec pa je odvisen od časa napolnjenosti kondenzatorja, ki se izračuna po formuli t=1,1⋅R⋅C .

Multivibrator

Ko se priključi napajanje, se kondenzator izprazni, vhod 2 (in 6) je logična 0, izhod časovnika je 1 (ta postopek je opisan v prejšnjem razdelku). Po polnjenju kondenzatorja skozi R1 in R2 na 2/3 VCC bo visoka raven na vhodu 6 ponastavila izhod 3 na nič in razelektritveni tranzistor se bo odprl. Toda kondenzator se ne bo izpraznil neposredno, ampak skozi R2. Sčasoma se bo tokokrog vrnil v prvotni položaj in cikel se bo ponavljal znova in znova.Iz opisa postopka lahko vidite, da je čas polnjenja določen z vsoto uporov R1, R2 in kapaciteto kondenzatorja, čas praznjenja pa nastavita R1 in C. Namesto R1 in R2 lahko postavite spremenljive upore ter operativno nadzirati frekvenco in utrip. Formule za izračun:

• trajanje impulza t1=0,693⋅(R1+R2)⋅C;
• trajanje premora t2=0,693⋅R2⋅C;
• frekvenca ponavljanja impulza f=1/(0,693(R1+2⋅R2)⋅C.

Čas premora ne sme preseči časa impulza. Da bi se izognili tej omejitvi, sta vezja za razelektritev in polnjenje ločena z vključitvijo diode (katoda na nožico 6, anoda na nožico 7).

Schmittov sprožilec

Schmittov sprožilec lahko zgradite na čipu 555. Ta naprava pretvori počasi spreminjajoči se signal (sinusni, žagasti zob itd.) v kvadratni val. Tu se ne uporabljajo nobena časovna vezja, signal se nanaša na vhoda 2 in 6, ki sta med seboj povezana. Ko je dosežen prag 2/3 VCC, izhodna napetost skoči na 1, ko pade na 1/3, prav tako skoči na nič. Območje dvoumnosti je 1/3 napajalne napetosti.

Prednosti in slabosti

Glavna prednost čipa NE555 je njegova enostavnost uporabe - za izdelavo vezja je dovolj majhen, dobro izračunan paket. Hkrati so stroški naprave nizki.

Glavna pomanjkljivost časovnika je izrazita odvisnost trajanja impulza od napajalne napetosti. To je posledica dejstva, da se kondenzator v vezju utripanja ali utripanja napolni preko upora (ali dveh), zgornji vod upora pa je priključen na napajalno vodilo. Tok skozi upor tvori napetost VCC - višja kot je, večji je tok, hitreje se bo kondenzator polnil, prej se bo sprožil primerjalnik, krajši bo generirani časovni interval. Iz neznanega razloga ta točka manjka v tehnični dokumentaciji, vendar je razvijalcem dobro znana.

Druga pomanjkljivost časovnika je, da so mejne napetosti komparatorjev oblikovane z notranjimi delilniki in jih ni mogoče prilagoditi. To zožuje možnosti uporabe NE555.

In še ena neprijetna lastnost. Zaradi push-pull zasnove izhodne stopnje se v trenutku preklopa (ko je zgornji tranzistor odprt in spodnji še ni zaprt ali obratno)) obstaja prehodni tokovni impulz. Njegovo trajanje ni dolgo, vendar vodi do dodatnega segrevanja mikrovezja in ustvarja hrup v napajalnem tokokrogu.

Kakšni so analogi

Od obstoja časovnika je bilo razvitih in izdanih veliko število klonov. Proizvajajo jih različna podjetja, vendar vse vsebujejo v imenu številk 555. Med tovarnami, ki proizvajajo analoge, so tako priljubljeni proizvajalci elektronskih komponent kot neznani proizvajalci iz jugovzhodne Azije. Če prvi zagotavljajo deklarirane parametre, potem od drugih ne smete pričakovati nobenih jamstev. Odstopanja od deklariranih lastnosti so lahko velika.

V ZSSR so razvili podoben časovnik KR1006VI1. Njegova funkcionalnost je enaka izvirniku z eno izjemo: nožica 2 ima prednost pred nožico 6 (in ne obratno kot pri NE555). To je treba upoštevati pri načrtovanju vezij. Še nekaj: indeks KR pomeni, da je čip na voljo samo v ohišju DIP8.

Primeri praktične uporabe

Področje praktične uporabe časovnika je široko, v okviru tega pregleda teme ne moremo v celoti razkriti. Toda najpogostejše primere je vredno razčleniti.

V načinu z enim oscilatorjem lahko na nekaj čipih sestavite kodno ključavnico s časovno omejeno klicno kodo. Drugi način je uporaba kot indikator praga (svetloba, nivo napolnjenosti kapacitete itd.) skupaj z različnimi senzorji.

V načinu multivibratorja (astabilni način) najde časovnik najširšo uporabo. Na več časovnikih lahko sestavite verižno stikalo z ločenim nadzorom frekvence utripanja, časa vklopa in časa premora. NE555 lahko uporabite kot osnovo za časovni rele in oblikujete čas vklopa porabnikov od 1 do 25 sekund. Za glasbenika lahko sestavite metronom. To je najbolj uporabljen način čipa in nemogoče je opisati vse uporabe.

Kot Schmittov sprožilec se časovnik ne uporablja pogosto. Toda v bistabilnem načinu brez frekvenčnih gonilnikov se NE555 uporablja kot dušilec odboja kontaktov ali stikalo z dvema gumboma v načinu start-stop. Pravzaprav se uporablja samo vgrajeni RS sprožilec. Znano je tudi o gradnji na osnovi časovnika PWM regulatorja.

Obstajajo zbirke vezij, ki opisujejo različne uporabe časovnika NE555. Opisujejo na tisoče načinov uporabe čipa. Toda radovedni um oblikovalca morda ne bo dovolj in bo našel dodatno, še nikjer drugje opisano uporabo časovnika. Možnosti, ki so jih postavili oblikovalci čipa, to omogočajo.

Povezani članki: