При разработването на електронни устройства често се налага да се генерират импулси с определена дължина или да се генерира правоъгълен сигнал с определена честота и определено съотношение на дължина към пауза. Няма да е трудно за опитен дизайнер да проектира такова устройство на отделни цифрови елементи, но е по-удобно да се използва специализирана микросхема за тази цел.
Съдържание
Какво представлява чипът NE555 и къде може да се използва
Чипът NE555 е разработен през 70-те години на миналия век и все още е много популярен сред професионалисти и аматьори. Това е таймер, затворен в корпус с 8 извода.Предлага се в DIP или различни версии за повърхностен монтаж (SMD).
Микросхемата съдържа два компаратора - горен и долен. На техните входове се образува еталонно напрежение, равно на 2/3 и 1/3 от захранващото напрежение. Делителят се образува от резистори съпротивление 5 kOhm. Компараторите управляват RS тригера. Към неговия изход са свързани буферен усилвател и транзисторен ключ. Всеки компаратор има един свободен вход, той служи за подаване на външни управляващи сигнали. Горният компаратор се задейства, когато се появи високо ниво и превключва изхода на микросхемата на ниско ниво. Долният „гард“ понижава напрежението под 1/3 VCC и настройва изхода на таймера на логическа единица.
Основните характеристики на чипа NE555
Характеристиките на таймера от различни производители може да се различават в малки граници, но никой няма фундаментални отклонения (с изключение на микросхеми с неизвестен произход, можете да очаквате всичко от тях):
- Захранващото напрежение е стандартно посочено от +5 до +15 V, въпреки че листовете с данни съдържат граници от 4,5 ... 18 V.
- Изходният ток е 200 mA.
- Изходното напрежение е максимум VCC минус 1,6 V, но не по-малко от 2 V при захранващо напрежение 5 V.
- Консумацията на ток при 5 V е не повече от 5 mA, при 15 V - до 13 mA.
- Грешката при формирането на продължителността на импулса е не повече от 2,25%.
- Максималната работна честота е 500 kHz.
Всички параметри са посочени за температура на околната среда от +25 °C.
Местоположение и предназначение на щифтовете
Изходите на таймера са подредени стандартно, независимо от дизайна на корпуса - във възходящ ред от ключа обратно на часовниковата стрелка (когато се гледа отгоре), от 1 до 8. Всеки изход има собствено предназначение:
- GND – общ захранващ проводник на устройството.
- TRIG - когато се приложи ниско ниво, той стартира втория (по-нисък според схемата) компаратор, на изхода му се появява логическа единица, настройваща вътрешния RS тригер на 0. Към него е свързана външна синхронизираща RC верига. Има предимство пред THR.
- ВЪН - изход. Високото ниво на сигнала е малко по-ниско от захранващото напрежение, ниското ниво е 0,25 V.
- НУЛИРАНЕ - нулиране. Независимо от сигналите на други входове, ако има ниско ниво, той нулира изхода на 0 и деактивира таймера.
- CTRL - управление. Винаги има ниво 2/3 от напрежението на захранващата шина. Тук можете да приложите външен сигнал и да модулирате изхода с него.
- THR - когато се появи високо ниво (повече от 2/3 от захранването), първият (отгоре според схемата) тригер се настройва на 1 и вътрешният RS джапанка преминава в състояние на логическа единица.
- DIS - разреждането на кондензатора за настройка на времето. Когато на изхода се появи тригер от високо ниво, вътрешният транзистор се отваря, настъпва бързо разреждане. Таймерът е готов за следващия цикъл на работа.
- VCC - изходна мощност. Може да се захранва с напрежение от 5 до 15 V.
Описание на режимите на работа на чипа NE555
Въпреки че архитектурата на таймера позволява да се използва в различни режими, има три типични режима на работа за NE555.
Единичен вибратор (мултивибратор в режим на готовност)
Начална позиция:
- вход 2 високо логическо ниво;
- на входовете R и S на тригера - нули;
- тригерен изход - 1;
- транзисторът на разрядната верига е отворен, кондензаторът C е шунтиран;
- изход 3 е ниво 0.
Когато на вход 2 се появи нулево ниво, долният компаратор превключва на 1, обръщайки спусъка на 0. На изхода на микросхемата се появява високо ниво.В същото време транзисторът се затваря, спирайки да шунтира кондензатора. Започва да се зарежда през резистор R. Веднага щом напрежението върху него достигне 2/3 от VCC, горният компаратор ще работи, ще върне спусъка на 1 и изхода на таймера на 0. Транзисторът ще се включи и ще разреди капацитета . Така на изхода ще се образува положителен импулс, чието начало се определя от външен сигнал на вход 2, а завършването зависи от времето на зареждане на кондензатора, което се изчислява по формулата t=1.1⋅R⋅ ° С.
мултивибратор
Когато се приложи захранване, кондензаторът се разрежда, на вход 2 (и 6) логическа 0, на изхода на таймер 1 (този процес е описан в предишния раздел). След зареждане на капацитета през R1 и R2 до ниво от 2/3 VCC, високо ниво на вход 6 ще обърне изход 3 на нула и разрядният транзистор ще се включи. Но кондензаторът няма да бъде разреден директно, а чрез R2. В резултат на това веригата ще дойде в първоначалното си положение и цикълът ще се повтаря отново и отново. От описанието на процеса може да се види, че времето за зареждане се определя от сумата на съпротивленията R1, R2 и капацитета на кондензатора, а времето за разреждане се задава от R1 и C. Вместо R1 и R2, можете да поставите променливи резистори и бързо да контролирате честотата и работния цикъл на импулсите. Формули за изчисление:
- продължителност на импулса t1=0,693⋅(R1+R2)⋅C;
- продължителност на паузата t2=0,693⋅R2⋅C;
- честота на повторение на импулса f=1/(0,693(R1+2⋅R2)⋅C.
Времето за пауза не може да надвишава времето на импулса. За да се заобиколи това ограничение, веригите за разреждане и зареждане са разделени чрез включване на диод във веригата (катод към щифт 6, анод към щифт 7).
Спусък на Шмит
На чипа 555 можете да изградите спусък на Schmitt.Това устройство преобразува бавно променящ се сигнал (синусоид, трион и др.) в квадратна вълна. Тук не се използват схеми за синхронизация, сигналът се подава към входове 2 и 6, свързани помежду си. Когато се достигне прагът от 2/3 VCC, изходното напрежение рязко се превключва на 1, когато спадне до нивото от 1/3, то също рязко намалява до нула. Зоната на неяснота е 1/3 от захранващото напрежение.
Предимства и недостатъци
Основното предимство на чипа NE555 е неговата лекота на използване - за изграждане на верига е достатъчна малка връзка, която се поддава добре на изчисление. В същото време цената на устройството е ниска.
Основният недостатък на таймера е изразената зависимост на продължителността на импулса от захранващото напрежение. Това се дължи на факта, че кондензаторът в веригата на единичен вибратор или мултивибратор се зарежда чрез резистор (или през два), а горният извод на резистора е свързан към захранващата шина. Токът през съпротивлението се формира от напрежението VCC - колкото по-високо е то, толкова по-голям е токът, толкова по-бързо ще се зареди кондензаторът, колкото по-рано ще работи компараторът, толкова по-кратък ще бъде генерираният интервал от време. По неизвестна причина този момент не е в техническата документация, но е добре познат на разработчиците.
Друг недостатък на таймера е, че праговите напрежения на компараторите се формират от вътрешни делители и не могат да се регулират. Това ограничава възможностите за приложение на NE555.
И още една неприятна особеност. Във връзка с push-pull схемата за изграждане на изходния етап, в момента на превключване (когато горният транзистор вече е отворен, а долният все още не е затворен или обратно) има импулс на ток. Продължителността му е кратка, но води до допълнително нагряване на микросхемата и генерира смущения в захранващите вериги.
Какви са аналозите
По време на съществуването на таймера са разработени и пуснати голям брой клонинги. Произвеждат се от различни компании, но всички съдържат в името числото 555. Сред фабриките, произвеждащи аналози, има както популярни производители на електронни компоненти, така и неизвестни производители от Югоизточна Азия. Ако първите предоставят декларираните параметри, тогава не трябва да се очакват гаранции от вторите. Отклоненията от декларираните характеристики могат да бъдат големи.
В СССР е разработен подобен таймер KR1006VI1. Функционалността му е абсолютно същата като оригинала, с едно изключение: неговият изход 2 има предимство пред изход 6 (а не обратното, като NE555). Това трябва да се има предвид при проектирането на схеми. И още нещо: индексът KR означава, че микросхемата се произвежда само в пакета DIP8.
Примери за практическа употреба
Обхватът на практическо приложение на таймера е широк; в рамките на този преглед няма да е възможно да се покрие напълно темата. Но най-често срещаните примери си струва да бъдат разгледани.
В режим на единичен вибратор на няколко микросхеми е възможно да се изгради кодова ключалка с ограничение във времето за набиране на кода. Друг начин е да се използва като сигнално устройство за достигане на прагово ниво (осветеност, ниво на пълнене на резервоара и т.н.) във връзка с различни сензори.
В режим на мултивибратор (стабилен режим) таймерът намира най-широко приложение. На няколко таймера можете да изградите превключвател за гирлянди с отделно регулиране на честотата на мигане, на времето и времето за пауза.Възможно е NE555 да се използва като основа за реле за време и да се формира време за включване на потребителя от 1 до 25 секунди. Можете да построите метроном за музикант. Това е най-използваният режим на чип и е невъзможно да се опишат всички приложения.
Като спусък на Шмит таймерът се използва рядко. Но в бистабилен режим без елементи за настройка на честотата, NE555 се използва като дебоунър или превключвател с два бутона в режим старт-стоп. Всъщност се използва само вграденият RS джапан. Също така е известно, че се изгражда PWM контролер на базата на таймера.
Има колекции от схеми, които описват различни приложения на таймера NE555. Те описват хиляди начини за използване на чипа. Но дори това може да не е достатъчно за любознателния ум на дизайнера и той ще намери допълнително използване на таймера, което все още не е описано никъде. Възможностите, заложени от разработчиците на микросхемата, позволяват това.
Подобни статии:
