Vid konstruktion av elektroniska apparater är det ofta nödvändigt att generera pulser av en viss längd eller att generera en rektangulär signal med en viss frekvens och ett visst förhållande mellan längd och paus. En erfaren konstruktör bör inte ha några svårigheter att konstruera en sådan anordning från enskilda digitala element, men det är lämpligare att använda ett specialiserat chip för detta ändamål.
Innehåll
Vad NE555 är och var den kan användas
NE555 utvecklades på 1970-talet och är fortfarande mycket populär bland proffs och amatörer. Det är en timer i ett 8-pin-paket. Den finns i DIP- eller SMD-versioner (ytmontering).
Mikrokretsen innehåller två komparatorer, en övre och en undre komparator. En referensspänning motsvarande 2/3 och 1/3 av matningsspänningen bildas på deras ingångar. Delaren består av motstånd 5 kΩ motstånd. Komparatorerna styr RS-triggern. En buffertförstärkare och en transistorbrytare är anslutna till dess utgång. Varje komparator har en fri ingång och används för externa styrsignaler. Den övre komparatorn utlöses när en hög nivå uppstår och ställer in chipets utgång till en låg nivå. Den nedre komparatorn "övervakar" minskningen av spänningen under 1/3 VCC och sätter timerutgången till logisk 1.
De viktigaste egenskaperna hos chipet NE555
Timeregenskaperna kan variera något från tillverkare till tillverkare, men ingen tillverkare har några grundläggande skillnader (med undantag för chips av okänt ursprung, du kan förvänta dig vad som helst av dem):
- Matningsspänningen är specificerad som +5V till +15V som standard, även om datablad anger ett intervall på 4,5...18V.
- Utgångsströmmen är 200 mA.
- Utgångsspänningen är högst VCC minus 1,6 V, men inte mindre än 2 V vid 5 V matningsspänning.
- Strömförbrukning vid 5 V max 5 mA, vid 15 V max 13 mA.
- Fel i bildningen av pulsbredden - inte mer än 2,25 %.
- Maximal driftfrekvens är 500 kHz.
Alla parametrar är angivna för en omgivningstemperatur på +25 °C.
Stifttilldelning och arrangemang
Oavsett vilken typ av hölje som används är timerens utgångar ordnade på ett standardmässigt sätt, från 1 till 8, i stigande ordning moturs (sett uppifrån). Varje stift har en annan funktion:
- GND - är enhetens gemensamma strömförsörjningsledning.
- TRIG - När en låg nivå tillämpas triggas den andra (lägre i diagrammet) komparatorn, vars utgång är en logisk ettan, vilket sätter den interna RS-triggern till 0. En extern RC-tidskedja är ansluten till den. Den har företräde framför THR.
- OUT - utdata. Hög signalnivå är strax under matningsspänningen, låg signalnivå är 0,25 V.
- RESET - återställning. Oberoende av signalerna på de andra ingångarna, om den är låg, återställer den utgången till 0 och förhindrar timerns funktion.
- CTRL - kontroll. Den har alltid en nivå på 2/3 av matningsbussens spänning. Här kan en extern signal läggas på och utgången kan moduleras med den.
- THR - När en hög nivå uppnås (mer än 2/3 av matningsspänningen) sätts den första utlösaren (den högsta i kretsen) till 1 och den interna RS-trigger 1. Den interna RS-triggern återgår till logik 1.
- DIS - Urladdning av tidskondensatorn. När triggerutgången är hög öppnas den interna transistorn och en snabb urladdning sker. Timern är redo för nästa arbetscykel.
- VCC - strömförsörjningsutgång. En spänning på 5 till 15 V kan läggas på den.
Beskrivning av NE555:s driftlägen
Även om timerarkitekturen gör det möjligt att använda den i en mängd olika lägen finns det tre typiska driftlägen för NE555.
Enkel vibrator (standby-multivibrator)
Utgångsläge:
- Vid ingång 2 är den logiska nivån hög;
- Triggeringångarna R och S är nollor;
- Triggerutgång - 1;
- urladdningskretsens transistor är öppen, kondensator C är överbryggad;
- vid utgång 3 - nivå 0.
När nollnivån visas på ingång 2 växlar den nedre komparatorn till 1, vilket återställer utlösaren till 0. En hög nivå visas på chipets utgång. Samtidigt stängs transistorn, vilket innebär att kondensatorn inte längre shuntas. Den börjar laddas via motstånd R. Så snart spänningen över den når 2/3 av VCC, kommer den övre komparatorn att utlösas, vilket sätter triggern tillbaka till 1 och timerutgången till 0. Transistorn öppnar och laddar ur kondensatorn. Detta genererar en positiv puls vid utgången, vars start bestäms av den externa signalen vid ingång 2 och vars slut beror på kondensatorns laddningstid, som beräknas enligt formeln t=1,1⋅R⋅C.
Multivibrator
När strömförsörjningen läggs på, laddas kondensatorn ur, ingång 2 (och 6) är logiskt 0, timerutgången är 1 (denna process beskrivs i föregående avsnitt). När kondensatorn är laddad via R1 och R2 till 2/3 av VCC kommer den höga nivån vid ingång 6 att återställa utgång 3 till noll och urladdningstransistorn öppnas. Men kondensatorn kommer inte att laddas ur direkt, utan genom R2. Så småningom kommer kretsen att återgå till sitt ursprungliga läge och cykeln kommer att upprepas om och om igen. Av beskrivningen av processen framgår att laddningstiden bestäms av summan av motstånden R1, R2 och kapaciteten hos kondensatorn, och att urladdningstiden bestäms av R1 och C. I stället för R1 och R2 kan variabla motstånd användas och frekvensen och pulsfrekvensen kan styras operativt. Beräkningsformlerna är följande:
- pulslängd t1=0,693⋅(R1+R2)⋅C;
- paustid t2=0,693⋅R2⋅C;
- pulsrepetitionsfrekvens f=1/(0,693(R1+2⋅R2)⋅C.
Paustiden får inte överstiga pulstiden. För att övervinna denna begränsning separeras urladdnings- och laddningskretsarna genom att inkludera en diod (katod till stift 6, anod till stift 7) i kretsen.
Schmitt-trigger
Du kan bygga en Schmitt-trigger på ett 555-chip. Den omvandlar en långsamt föränderlig signal (sinus, vågform etc.) till en fyrkantsvåg. Inga tidskretsar används här, utan signalen läggs på ingångarna 2 och 6 som är kopplade till varandra. När 2/3 av VCC-tröskeln nås hoppar utgångsspänningen till 1, när den sjunker till 1/3 hoppar den också ner till noll. Tvetydighetszonen är 1/3 av matningsspänningen.
Fördelar och nackdelar
Den största fördelen med NE555-chipet är att det är lätt att använda - ett litet, välberäknat paket är allt som krävs för att bygga kretsen. Samtidigt är kostnaden för enheten låg.
Den största nackdelen med timern är att pulslängden är starkt beroende av matningsspänningen. Detta beror på att kondensatorn i en flip-flop eller flip-flop-krets laddas via ett motstånd (eller två), och det översta motståndsstiftet är anslutet till matningsskenan. Strömmen genom motståndet genereras av VCC-spänningen - ju högre spänning, desto högre ström, desto snabbare laddas kondensatorn, desto tidigare utlöses komparatorn och desto kortare blir det genererade tidsintervallet. Av någon okänd anledning saknas denna punkt i den tekniska dokumentationen, men är välkänd för utvecklarna.
En annan nackdel med timern är att komparatorernas tröskelspänningar bildas av interna delare och inte kan justeras. Detta begränsar användningsmöjligheterna för NE555.
Det finns också en annan obehaglig egenskap. På grund av utgångsstegets push-pull-konstruktion kan man vid omkopplingsögonblicket (när transistorn uppströms är öppen och transistorn nedströms ännu inte är stängd eller vice versa.) finns det en strömpuls. Den är kortvarig, men den leder till ytterligare uppvärmning av mikrokretsen och bildar störningar i matningskretsen.
Vilka är analogerna?
Sedan timerns existens har ett stort antal kloner utvecklats och släppts. De tillverkas av olika företag, men alla innehåller siffrorna 555 i sina namn. Bland de fabriker som tillverkar analoger finns både populära tillverkare av elektroniska komponenter och okända tillverkare från Sydostasien. Medan de förstnämnda kan erbjuda den annonserade prestandan kan de sistnämnda inte hållas ansvariga för några garantier. Avvikelserna från de deklarerade egenskaperna kan vara stora.
Sovjetunionen har utvecklat den analoga KR1006VI1. Dess funktionalitet är identisk med originalet med ett undantag: stift 2 prioriteras framför stift 6 (och inte tvärtom som i NE555.). Detta bör beaktas när man utformar kretsar. En sak till: beteckningen KR betyder att chipet endast finns i ett DIP8-paket.
Exempel på praktiska tillämpningar
Det praktiska tillämpningsområdet är stort och vi kan inte täcka hela ämnet i denna översikt. Men det är värt att analysera de vanligaste exemplen.
Med en enda oscillator kan ett kodlås med tidsbegränsad uppringning byggas på flera mikrochips. Ett annat sätt är att använda den som ett tröskelalarm (ljus, kapacitetsnivå osv.) tillsammans med olika sensorer.
I multivibratorläge (astabilt läge) har timern det bredaste tillämpningsområdet. En växel i kedja med separat styrning av blinkfrekvens, ON-tid och paustid kan byggas på flera timers. Du kan använda NE555 som grund för ett tidsrelä och bestämma påslagstiden för konsumenterna från 1 till 25 sekunder. Det är möjligt att bygga en metronom för en musiker. Detta är det mest använda läget för chipet och det är omöjligt att beskriva alla användningsområden.
Som Schmitt-trigger används timern inte ofta. Men i bistabilt läge, utan frekvensdrivare, används NE555 som en kontaktbudsdämpare eller som en tvåknappsbrytare i start/stopp-läge. I själva verket används endast den integrerade RS-triggern. Det är också känt att bygga en PWM-regulator baserad på timern.
Det finns kretsböcker som beskriver olika användningsområden för NE555-timern. Det finns tusentals sätt att använda chipet. Men även detta är inte tillräckligt för konstruktörens nyfikna sinne, och han kommer att hitta ytterligare en, ännu inte beskriven, användning för timern. Chipkonstruktörerna har möjlighet till detta.
Relaterade artiklar:
