Микросхема 555
- DIY или Сделай сам
Всем привет. Сегодня я хочу рассказать вам о микросхеме 555. Её история началась ещё в далеком 1971 году, когда компания Signetics Corporation выпустила микросхему SE555/NE555 под названием «Интегральный таймер» (The IC Time Machine). В те времена это была единственная «таймерная» микросхема, которая была доступна массовому потребителю. Сразу после выхода 555 завоевала бешеную популярность и её начали выпускать почти все производители полупроводников. Отечественные производители тоже выпускали данную микросхему под названием КР1006ВИ1 .
Что это за чудо?
Микросхема выпускается в двух вариантах корпуса - пластиковом DIP и круглом металлическом. Правда встретить 555 в круглом металлическом корпусе в наши времена очень сложно, чего не скажешь о версии в пластиковом DIP корпусе. Внутри корпуса с восемью выводами скрываются транзисторы, диоды и резисторы. Не будем вдаваться в доскональное изучение 555, но про ножки этой микросхемы я расскажу более подробно. Всего ножек 8.1. Земля
. Вывод, который во всех схемах нужно подключать к минусу питания.
2. Триггер
, он же запуск. Если напряжение на пуске падает ниже 1/3 Vпит, то таймер запускается. Ток, потребляемый входом, не превышает 500нА.
3. Выход
. Напряжение выхода примерно на 1,7 В ниже напряжения питания, когда он включен. Максимальная нагрузка, которую может выдержать выход - 200 мА.
4. Сброс
. Если подать на него низкий уровень напряжения (меньше 0,7 В), то схема переходит в исходное состояние не зависимо от того, в каком режиме находится таймер на данный момент. Если в схеме не нужен сброс, то рекомендуется подключить этот вывод к плюсу питания.
5. Контроль
. Этот вывод позволит нам получить доступ к опорному напряжению компаратора №1. Используется этот вывод очень редко, а вися в воздухе может сбивать работу, поэтому в схеме его лучше всего присоединить к земле.
6. Порог
, он же стоп. Если напряжение на этом выходе выше 2/3 Vcc, то таймер останавливается и выход переводится в состояние покоя. Стоит заметить, что работает выход только тогда, когда вход выключен.
7. Разряд
. Этот выход соединяется с землей внутри самой микросхемы, когда на выходе микросхемы низкий уровень и закрыт, когда на выходе высокий уровень. Может пропускать до 200 мА и иногда используется как дополнительный выход.
8. Питание
. Данный выход нужно подключать к плюсу питания. Микросхема поддерживает напряжение в пределах 4,5-16 В. Может работать от обычной 9В-батарейки или от проводка USB.
Режимы
Ну что же пришло время поведать вам о режимах микросхемы 555. Их всего 3 и о каждом я расскажу более подробно.Моностабильный
При подаче сигнала на вход нашей микросхемы, она включается, генерирует выходной импульс заданной длины и выключается, ожидая входного импульса. Важно, что после включения микросхема не будет реагировать на новые сигналы. Длину импульса можно рассчитать по формуле t=1.1*R*C. Пределов по длительности импульсов нет - как по минимальной, так и по максимальной длительности. Есть некоторые практические ограничения, которые можно обойти, но стоит задуматься над тем, нужно ли это и не проще ли выбрать другое решение. Итак, минимальные значения, установленные практическим образом для R составляет 10кОм, а для С - 95пФ. Можно и меньше, но при этом схема начнет поглощать много электричества.
Нестабильный мультивибратор
В этом режиме все довольно таки просто. Управлять таймером не нужно. Он все сделает сам - сперва включится, подождет время t1, потом выключится, подождет время t2 и начнет все заново. На выходе у нас получится забор из высоких и низких состояний. Частота с которой будет колебаться зависит от параметров величин R1,R2 и C и определяется она по формуле F= 1,44/((R1+R2)C). В течение времени t1 = 0.693(R1+R2)C на выходе будет высокий уровень, а в течение времени 2 = 0.693R2C - низкий.
Бистабильный
В данном режиме наша микросхема 555 используется как выключатель. Нажал одну кнопку - выход включился, нажал другую - выключился.Конец
Думаю Вам уже надоел теоретический материал и Вы хотите приступить к практике. Саму микросхему и детали к ней Вы можете купить в любой радиолавке. Ну, а если Вам вдруг лень идти в магазин Вы можете заказать все детали на этомТеория и практика применения таймера 555. Часть первая.
Часть первая. Теоретическая.Наверное нет такого радиолюбителя (Мяу, и его кота! - Здесь и далее прим. Кота), который не использовал бы в своей практике эту замечательную микросхему. Ну а уж слышали о ней так точно все.
Её история началась в 1971 году, когда компания Signetics Corporation выпустила микросхему SE555/NE555 под названием "Интегральный таймер" (The IC Time Machine
).
На тот момент это была единственная "таймерная" микросхема доступная массовому потребителю. Сразу после поступления в продажу микросхема завоевала бешеную популярность и среди любителей и среди профессионалов. Появилась куча статей, описаний, схем, использующих сей девайс.
За прошедшие 35 лет практически каждый уважающий себя производитель полупроводников считал свои долгом выпустить свою версию этой микросхемы, в том числе и по более современным техпроцессам. Например, компания Motorola выпускает CMOS версию MC1455. Но при всем при этом в функциональности и расположении выводов никаких различий у всех этих версий нет. Все они полные аналоги друг друга.
Наши отечественные производители тоже не остались в стороне и выпускают эту микросхему под названием КР1006ВИ1.
А вот список заморских производителей, которые выпускают таймер 555 и их коммерческие обозначения:
Производитель |
Название микросхемы |
Texas Instruments |
В некоторых случаях указано два названия. Это означает, что выпускается две версии микросхемы - гражданская, для коммерческого применения и военная. Военная версия отличается большей точностью, широким диапазоном рабочих температур и выпускается в металлическом или керамическом корпусе. Ну и дороже, разумеется.
Начнем с корпуса и выводов.
|
Микросхема выпускается в двух типах корпусов - пластиковом DIP и круглом металлическом. Правда, в металлическом корпусе она все же выпускалась - сейчас остались только DIP-корпуса. Но на случай, если вам вдруг достанется такое счастье, привожу оба рисунка корпуса. Назначения выводов одинаковые в обоих корпусах. Помимо стандартных, выпускается еще две разновидности микросхем - 556 и 558. 556 - это сдвоенная версия таймера, 558 - счетверенная.
Функциональная схема таймера показана на рисунке прямо над этим предложением.
Микросхема содержит около 20 транзисторов, 15 резисторов, 2 диода. Состав и количество компонентов могут несущественно меняться в зависимости от производителя.
Выходной ток может достигать 200 мА, потребляемый - на 3- 6 мА больше. Напряжение питания может изменяться от 4,5 до 18 вольт. При этом точность таймера практически не зависит от изменения напряжения питания и составляет 1% от расчетного. Дрейф составляет 0,1%/вольт, а температурный дрейф - 0,005%/С.
Теперь мы посмотрим на принципиальную схему таймера и перемоем ему кости, вернее ноги - какой вывод для чего нужен и что все это значит.
Итак, выводы (Мяу! Это он про ноги... ):
1. Земля. Особо комментировать тут нечего - вывод, который подключается к минусу питания и к общему проводу схемы.
2. Запуск. Вход компаратора №2. При подаче на этот вход импульса низкого уровня (не более 1/3 Vпит) таймер запускается и на выходе устанавливается напряжение высокого уровня на время, которое определяется внешним сопротивлением R (Ra+Rb, см. функциональную схему) и конденсатором С - это так называемый режим моностабильного мультивибратора. Входной импульс может быть как прямоугольным, так и синусоидальным. Главное, чтобы по длительности он был короче, чем время заряда конденсатора С. Если же входной импульс по длительности все-таки превысит это время, то выход микросхемы будет оставаться в состоянии высокого уровня до тех пор, пока на входе не установится опять высокий уровень. Ток, потребляемый входом, не превышает 500нА.
3. Выход. Выходное напряжение меняется вместе с напряжением питания и равно Vпит-1,7В (высокий уровень на выходе). При низком уровне выходное напряжение равно примерно 0,25в (при напряжении питания +5в). Переключение между состояниями низкий - высокий уровень происходит приблизительно за 100 нс.
4. Сброс. При подаче на этот вывод напряжения низкого уровня (не более 0,7в) происходит сброс выхода в состояние низкого уровня не зависимо от того, в каком режиме находится таймер на данный момент и чем он занимается. Reset, знаете ли, он и в Африке reset. Входное напряжение не зависит от величины напряжения питания - это TTL-совместимый вход. Для предотвращения случайных сбросов этот вывод настоятельно рекомендуется подключить к плюсу питания, пока в нем нет необходимости.
5. Контроль. Этот вывод позволяет получить доступ к опорному напряжению компаратора №1, которое равно 2/3Vпит. Обычно, этот вывод не используется. Однако его использование может весьма существенно расширить возможности управления таймером. Все дело в том, что подачей напряжения на этот вывод можно управлять длительностью выходных импульсов таймера и таким образом, забить на RC времязадающую цепочку. Подаваемое напряжение на этот вход в режиме моностабильного мультивибратора может составлять от 45% до 90% напряжения питания. А в режиме мультивибратора от 1,7в до напряжения питания. При этом мы получаем ЧМ (FM) модулированный сигнал на выходе. Если же этот вывод таки не используется, то его рекомендуется подключить к общему проводу через конденсатор 0,01мкФ (10нФ) для уменьшения уровня помех и всяких других неприятностей.
6. Останов. Этот вывод является одним из входов компаратора №1. Он используется как эдакий антипод вывода 2. То есть используется для остановки таймера и приведения выхода в состояние (Мяу! Тихой паники?! ) низкого уровня. При подаче импульса высокого уровня (не менее 2/3 напряжения питания), таймер останавливается, и выход сбрасывается в состояние низкого уровня. Так же как и на вывод 2, на этот вывод можно подавать как прямоугольные импульсы, так и синусоидальные.
7. Разряд. Этот вывод подсоединен к коллектору транзистора Т6, эмиттер которого соединен с землей. Таким образом, при открытом транзисторе конденсатор С разряжается через переход коллектор-эмиттер и остается в разряженном состоянии пока не закроется транзистор. Транзистор открыт, когда на выходе микросхемы низкий уровень и закрыт, когда выход активен, то есть на нем высокий уровень. Этот вывод может также применяться как вспомогательный выход. Нагрузочная способность его примерно такая же, как и у обычного выхода таймера.
8. Плюс питания. Как и в случае с выводом 1 особо ничего не скажешь. Напряжение питания таймера может находиться в пределах 4,5-16 вольт. У военных версий микросхемы верхний диапазон находится на уровне 18 вольт.
Итак, предположим, что мы подали питание на микросхему. Вход находится в состоянии высокого уровня, на выходе - низкий уровень, конденсатор С разряжен. Все спокойно, все спят. И тут БАХ - мы подаем серию прямоугольных импульсов на вход таймера. Что происходит?
Первый же импульс низкого уровня переключает выход таймера в состояние высокого уровня. Транзистор Т6 закрывается и конденсатор начинает заряжаться через резистор R. Все то время пока конденсатор заряжается, выход таймера остается во включенном состоянии - на нем сохраняется высокий уровень напряжения. Как только конденсатор зарядится до 2/3 напряжения питания, выход микросхемы выключается и на нем появляется низкий уровень. Транзистор T6 открывается и конденсатор С разряжается.
Однако есть два нюанса, которые показаны на графике пунктирными линиями.
Первый - если после окончания заряда конденсатора на входе сохраняется низкий уровень напряжения - в таком случае выход остается активным - на нем сохраняется высокий уровень до тех пор, пока на входе не появится высокий уровень. Второй - если мы активируем вход Сброс напряжением низкого уровня. В этом случае выход сразу же выключится, не смотря на то, что конденсатор все еще заряжается.
Так, лирическую часть закончили - перейдем к суровым цифрам и расчетам. Как же нам определить время, на которое будет включаться таймер и номиналы RC цепочки, необходимые для задания этого времени?
Время, за которое конденсатор заряжается до 63,2% (2/3) напряжения питания называется временной константой, обозначим её буковкой t. Вычисляется это время потрясающей по своей сложности формулой.
Вот она:
t = R*C
, где R - сопротивление резистора в МегаОм-ах, С - емкость конденсатора в микроФарад-ах. Время получается в секундах.
К формуле мы еще вернемся, когда будем подробно рассматривать режимы работы таймера. А сейчас пока посмотрим на простенький тестер для этой микросхемы, который запросто скажет вам - работает ваш экземпляр таймера или нет.
Если после включения питания мигают оба светодиода - значит все хорошо и микросхема во вполне рабочем состоянии. Если же хотя бы один из диодов не горит или наоборот - горит постоянно, значит такую микросхемы можно спустить в унитаз с чистой совестью или вернуть назад продавцу, если вы её только что купили. Напряжение питания - 9 вольт. Например, от батареи "Крона".
Теперь рассмотрим режимы работы этой микросхемы.
Собственно говоря, режимов у нее две штуки. Первый - моностабильный мультивибратор
. Моностабильный - потому что стабильное состояние у такого мультивибратора одно - выключен. А во включенное состояние мы его переводим временно, подав на вход таймера какой-либо сигнал. Как уже отмечалось выше, время, на которое мультивибратор переходит в активное состояние, определяется RC цепочкой. Эти свойства могут быть использованы в самых разнообразных схемах. Для запуска чего-либо на определенное время или наоборот - для формирования паузы на заданное время.
Второй режим - это генератор импульсов. Микросхема может выдавать последовательность прямоугольных импульсов, параметры которых определяются все той же RC цепочкой. (Мяу! Хочу цепочку. На хвост. Ну или браслетик. Антистатический.
)
Все-таки Кот у нас - зануда.
Начнем сначала, то есть с первого режима.
Схема включения микросхемы показана на рисунке. RC цепочка включена между плюсом и минусом питания. К соединению резистора и конденсатора подключен вывод 6 - Останов. Это вход компаратора №1. Сюда же подключен вывод 7 - Разряд. Входной импульс подается на вывод 2 - Запуск. Это вход компаратора №2. Совершенно простецкая схема - один резистор и один конденсатор - куда уж проще? Для повышения помехоустойчивости можно подключить вывод 5 на общий провод через конденсатор емкостью 10нФ.
Итак, в исходном состоянии, на выходе таймера низкий уровень - около нуля вольт, конденсатор разряжен и заряжаться не хочет, поскольку открыт транзистор Т6. Это состояние стабильное, оно может продолжаться неопределенно долгое время.
При поступлении на вход импульса низкого уровня, срабатывает компаратор №2 и переключает внутренний триггер таймера. В результате на выходе устанавливается высокий уровень напряжения. Транзистор Т6 закрывается и начинает заряжаться конденсатор С через резистор R. Все то время, пока он заряжается, на выходе таймера сохраняется высокий уровень. Таймер не реагирует ни на какие внешние раздражители, буде они поступают на вывод 2. То есть, после срабатывания таймера от первого импульса дальнейшие импульсы не оказывают никакого действия
на состояние таймера - это очень важно.
Так, что там у нас происходит то? А, да - заряжается конденсатор. Когда он зарядится до напряжения 2/3Vпит, сработает компаратор №1 и в свою очередь переключит внутренний триггер. В результате на выходе установится низкий уровень напряжения, и схема вернется в свое исходное, стабильное состояние. Транзистор Т6 откроется и разрядит конденсатор С.
Перейдем ко второму режиму.
В эту схему добавлен еще один резистор. Входы обоих компараторов соединены и подключены к соединению резистора R2 и конденсатора. Вывод 7 включен между резисторами. Конденсатор заряжается через резисторы R1 и R2.
Теперь посмотрим, что же произойдет, когда мы подадим питание на схему. В исходном состоянии конденсатор разряжен и на входах обоих компараторов низкий уровень напряжения, близкий к нулю. Компаратор №2 переключает внутренний триггер и устанавливает на выходе таймера высокий уровень. Транзистор Т6 закрывается и конденсатор начинает заряжаться через резисторы R1 и R2.
Когда напряжение на конденсаторе достигает 2/3 напряжения питания, компаратор №1 в свою очередь переключает триггер и выключает выход таймер - напряжение на выходе становится близким к нулю. Транзистор Т6 открывается и конденсатор начинает разряжаться через резистор R2. Как только напряжение на конденсаторе опустится до 1/3 напряжения питания, компаратор №2 опять переключит триггер и на выходе микросхемы снова появится высокий уровень. Транзистор Т6 закроется и конденсатор снова начнет заряжаться... фууу, чет у меня голова закружилась уже.
Короче говоря, в результате всего этого шаманства, на выходе мы получаем последовательность прямоугольных импульсов.
Частота импульсов, как вы вероятно уже догадались, зависит от величин C, R1 и R2.
Определяется она по формуле:
Значения R1 и R2 подставляются в Омах, C - в фарадах, частота получается в Герцах.
Время между началом каждого следующего импульса называется периодом и обозначается буковкой t. Оно складывается из длительности самого импульса - t1 и промежутком между импульсами - t2. t = t1+t2
.
Частота и период - понятия обратные друг другу и зависимость между ними следующая:
f = 1/t
.
t1 и t2 разумеется тоже можно и нужно посчитать. Вот так:
t1 = 0.693(R1+R2)C
;
t2 = 0.693R2C
;
Ну, с теоретической частью вроде бы покончили. В следующей части рассмотрим конкретные примеры включения таймера 555 в различных схемах и для самого разнообразного использования.
Если у вас еще остались вопросы - их можно задать .
|
Как вам эта статья? |
Электронные интегральные схемы - такая отрасль нашей науки и техники, возможности которой еще далеко не исчерпаны. Видимо, это и есть ростки того самого искусственного интеллекта, о котором так много уже сказано. Причем, если наш природный интеллект строится на элементах - нейронах - которые можно назвать электронно-химическими, то созданные руками человека интегральные схемы в природе не встречаются. Это чистое изобретение человеческого разума. Оно получено в результате долгой работы по совершенствованию самых обыкновенных электроприборов, которые понадобились людям сразу после открытия электричества - выключателей, резисторов, конденсаторов, полупроводниковых приборов. Совершенствование шло как в направлении усложнения схем, так и в стремлении уместить большое количество элементов на ограниченной площади или в ограниченном объеме. А также создать из все тех же схемных примитивов нечто универсальное, долгоиграющее и омниполезное.
Таймер NE555
История изобретения этого таймера показывает, что настоящие шедевры делаются не всегда в самые лучшие для изобретателей времена, и часто даже в совершенно не высокотехнологичных условиях. Ганс Камензинд в свои 33 года кроме служебных обязанностей имел мечту. Это не всегда бывает по вкусу начальству, и ему пришлось уволиться. Свой шедевр он придумал, сидя в гараже в 1971 году, а через год микросхема на восьми ножках бойко пошла в производство и продажу. Схема простая и, как оказалась, полезная. Быть может, не последнюю роль в удаче сыграло и название, которое толком и объяснить не могут: почему NE - от названия фирмы Signetics? Почему 555 - потому что им полюбилась пятерка? Таймер? - да, но не такой, как обычные. Те, что всегда только безостановочно тикают импульсами, а этот может выдать очень точный интервал времени, и не в каких-то привычных в импульсной технике микросекундах, а в достаточно ощутимом интервале: взять и включить лампочку на несколько секунд.
Схема, как часто и все гениальное, оказалась на стыке двух техник: импульсной и аналоговой.
Аналоговые - операционные усилители - усиливают сигнал до нужного стандарта (2 на входах (двухпороговый компаратор) и 1 на выходе). А в середине работает импульсный RS-триггер, который может как генерировать импульсы (мультивибратор), так и выдавать одиночный импульс заданной протяженности (одновибратор).
И все очень легко регулируется - практически, соотношением параметров двух резисторов и одной емкости, подключенных к микросхеме на входах, а также подачей других сигналов на входы.
Видимо, схема имеет какое-то неуловимо удачное соотношение простоты управления и простоты конструкции, что в сочетании с неожиданным многообразием работы элементов и придало ей популярности на протяжении стольких лет. Потому что перечисленные свойства, как следствие, выразились в совсем даже невысокой стоимости и в применимости в разных схемах - и ширпотребовских, и профессиональных. Они хороши для использования в детских игрушках, реле времени, кодовых замках, космических аппаратах. А ежегодные продажи исчисляются до сих пор миллиардами штук по всему миру. Причем за все время схема не претерпела практически никаких изменений. По какой причине слово «эволюция» под рисунком выше и взято в кавычки. Таймер 555 выпускают многие фирмы по всему миру. Известны и отечественные аналоги NE555 - микросхема КР1006ВИ1 и ее КМОП вариант КР1441ВИ1.
Функциональная схема и описание прибора
Функционально таймер состоит из 5 компонентов. Выводов у схемы больше, чем внутренних блоков, что и говорит о возможной гибкости включения в различные схемные решения с участием данной микросхемы.
Входной внутренний делитель напряжения задает опорные напряжения для двух компараторов - верхнего и нижнего. RS-триггер принимает их сигналы и формирует выходной сигнал, который отправляет на усилитель мощности. Еще имеется дополнительный транзистор с выведенным наружу коллектором, который используется для подключения внешней времязадающей цепочки.
Выводы схемы расположены одинаково, независимо от исполнения микросхемы
Описание выводов схемы
Приведенный ниже даташит содержит выводы и подаваемые на них сигналы, откуда становится немного понятной работа микросхемы. Хотя очень многое зависит от ее подключения.
| Минусовой общий вывод питания | Плюсовой вывод питания – 8 |
|
| Вход компаратора №2 (нижнего). Сигнал низкого уровня – аналоговый или импульсный. | Таймер срабатывает на сигнал (аналоговый или импульсный) низкого уровня (порог – 1/3 Vпит) | На 3 выводе появляется выходной сигнал высокого уровня |
| Выходной сигнал (высокий уровень) зависит от питания: Vпит – 1,7 В Низкий уровень (нет сигнала) – примерно 0,25 В | Временная характеристика выходного сигнала определяется внешней времязадающей цепочкой, состоящей из резистора (или резисторов) и емкости. | |
| Срабатывает по сигналу низкого уровня (≤ 0,7 В) | Немедленный сброс выходного сигнала | Входной сигнал не зависит от напряжения питания |
| Управление опорным напряжением компаратора №1 | Величина напряжения управляет длительностью выходных импульсов (одновибратор) или их частотой (мультивибратор). | |
| Сбрасывающий сигнал высокого уровня – аналоговый или импульсный | ||
| Цепь разряда времязадающего конденсатора С | ||
| Плюсовой провод питания | Vпит = от 4,5 В до 18 В | Минусовой – 1 |
Применение: варианты подключения NE555 (или NE555 аналогов)
Одновибратор
Емкость С и резистор R задают длительность импульса t, выдаваемого схемой в ответ на сигнал по входу Input (вывод 2). Напряжение питания влияет не на длительность, а на амплитуду выходного сигнала. При выдаче импульса изменение входного сигнала схемой не воспринимается. Через время t схема выдает задний фронт выходного сигнала и возвращается в исходное состояние, после чего готова снова реагировать на входной сигнал. Таким образом, она может выделять информативные всплески (низкого уровня) на фоне помех, так как сигнал на входе в общем случае аналоговый. Может работать как антидребезговая схема.
Генератор импульсов (мультивибратор)
Мультивибратору не нужно подавать на вход никаких сигналов, он начинает работать сразу после включения питания.
Разряженный в начале конденсатор С задает на вход низкий уровень, отчего таймер срабатывает, выдавая на выход высокий потенциал. Его длительность определяется зарядкой конденсатора C через резисторы R1 и R2. Далее происходит разрядка C через R2 и вход 7, что и определяет длительность паузы на таймере. После этого все повторяется, и на выходе получаются импульсы заданной напряжением питания амплитуды и длительностями t 1 и t 2 , то есть частотой f
и скважностью S = T/t 1 . Скважность в данном простейшем подключении более 2 быть не может, так как время импульса t 1 всегда > времени паузы t 2 .
NE555 это легендарная микросхема таймер, которая стала одной из первых интегральных микросборок. Она несет в себе около 20 транзисторов и используется для работы в двух режимах. В режиме непосредственно таймера и генератора прямоугольных импульсов.
Справочная документация по 555 таймеру
Заполните одно из значений ниже, и нажмите кнопку Рассчитать и калькулятор определит вам целый ряд возможных вариантов для сопротивлений резисторов R1, R2 & значение емкости конденсатора.
Справочник - распиновка с подробным описанием всех выводов микросхемы таймера серии 555
Схема сирены генерирующая кричащий звук на таймере NE555 |
Причем уровень громкости зависит от количества света попадающего на светочувствительный резистор
Двухтональная сирена на NE555
Работа схемы совсем не сложная, таймеры NE555 представляют собой два генератора, низкочастотный генератор (первый слева на схеме) управляет работой второго высокочастотного генератора (уменьшая и увеличивая частоту генерации), далее импульсы следуют на транзисторный усилитель VT1, к эмиттеру которого подключен восьми омный динамик.
В тот момент, когда пьезоэлектрический датчик улавливает механическое воздействие, он формирует электрический импульс, который является сигналом для запуска моностабильного мультивибратора, выход которого подключен к сдвоенной оптопаре.
Эта схема световой сигнализации срабатывает при резком падении уровня освещения датчика, запуская при этом звуковой сигнал тревоги. Устройство не срабатывает при плавном изменении яркости. Чтобы увеличить ресурс батареи питания, звуковой сигнал звуковой сигнал тревоги звучит от одной до десяти секунд, время звучания можно регулировать с помощью построечного сопротивления R5.
Основа схемы стробоскопа таймерные устройства, собранные на микросхемах КР1006ВИ1 (отечественный аналог серии 555) которые обладают более стабильными временными характеристиками, так как длительности импульса и паузы между импульсами не зависят от напряжения источника питания.
Очень хороший способ при регулирование яркости свечения светодиодов это использование широтно-импульсной модуляции, т.к светодиоды запитаны рекомендуемым током и есть возможность производить регулирование яркости свечения за счет подачи питания с более высокой частотой. Изменение периода прямо пропорционально связано с яркостью.
Для акустической сигнализации часто применяют звуки, напоминающие сирену. Их получают электромеханическим или электронным способом. Предлагаемое электронное устройство сигнализации обладает тем преимуществом, что тембр звука сирены можно изменять. Оно состоит из задающего генератора, модулятора и усилителя. Задающий генератор выполнен на интегральной микросхеме B555D (см. принципиальную схему). Желаемый тембр звучания подбирают с помощью резистора R4. Частоту генератора, равную 1 кГц, устанавливают резистором R6 и конденсатором С4. Завывающий звук сирены получают путем подачи с генератора на транзисторе VT1 синусоидального сигнала частотой примерно 1 Гц. на вывод 5 микросхемы. Благодаря диоду VD1 и входному сопротивлению микросхемы, равному 5 кОм, происходит модуляция электрических колебаний, вырабатываемых задающим генератором, с частотой 1 Гц.
Таймеры — NA555 , NE555 , SA555 , SE555
1 Особенности
- Диапазон времени от микросекунд до часов
- Астабильный или моностабильный режимы
- Регулируемый коэффициент заполнения
- ТТЛ —совместимый выход может быть использован как сток или исток (до 200 мА)
- Изделие соответствует стандарту MIL-PRF-38535
2 Применение
- Биометрия отпечатков пальцев
- Биометрия сетчатки глаза
- RFID — считыватели
3 Описание
Эти устройства предназначены для работы в прецизионных времязадающих цепях и могут производить точные временные задержки или колебания. В режиме временной задержки или в моностабильном режиме временной интервал задается одним внешним резистором или конденсатором.
Пороговый уровень и уровень переключения располагаются в двух третях и одной трети от напряжения питания соответственно. Эти уровни могут быть изменены, путем изменения напряжения на выводе управления. Когда на вход trigger подается сигнал низкого уровня, таймер срабатывает и подает на вывод output высокий уровень напряжения. Если уровни сигналов на выводах trigger и threshold выше порогового уровня то триггер срабатывает и устанавливает низкий уровень напряжения на выводе output . Вывод reset (сброс) может переопределить значения напряжения на всех других выводах, чтобы запустить новый цикл синхронизации. Когда на вывод reset подается низкий уровень напряжения, триггер сбрасывается и устанавливает на выводе output тоже низкий уровень напряжения. Когда на выходе устанавливается низкий уровень, вывод discharge (разряд) замыкается через низкоомный канал на землю.
Выходная цепь способна поддерживать ток до 200 мА. Может работать с напряжением питания от 5 В до 15 В. При напряжении питания 5 В уровни напряжения на выходах совместимы с ТТЛ-входами.
| Серийный номер | Корпус | Размеры |
|---|---|---|
| xx555 | PDIP (8) | 9.81 мм × 6.35 мм |
| SOP (8) | 6.20 мм× 5.30 мм | |
| TSSOP (8) | 3.00 мм× 4.40 мм | |
| SOIC (8) | 4.90 мм× 3.91 мм |
6 Расположение и назначение выводов
NA555…D или P корпусNE555…D, P, PS, или PW корпус
SA555…D или P корпус
SE555…D, JG, или P корпус (Вид сверху)
SE555…FK корпус (NC — не задействованные выводы)
| ВЫВОД | I/O | Описание | ||
|---|---|---|---|---|
| Название | D, P, PS, PW, JG | FK | ||
| NO. | ||||
| CONT | 5 | 12 | I/O | Управляет пороговым напряжением компаратора, позволяет отказаться от подключения конденсатора. |
| DISCH | 7 | 17 | O | При открытом транзисторе через него происходит разряд времязадающего конденсатора. |
| GND | 1 | 2 | – | Земля |
| NC | 1, 3, 4, 6, 8, 9, 11, 13, 14, 16, 18, 19 | – | Внутренне не подключенные выводы | |
| OUT | 3 | 7 | O | Выход таймера для подключения нагрузки |
| RESET | 4 | 10 | I | При подаче напряжения низкого уровня на этот вывод таймер сбрасывается и на выводах OUT и DISCH |
| THRES | 6 | 15 | I | Остановка работы таймера. Когда напряжение на THRES > CONT на выводах OUT и DISCH устанавливается низкий уровень напряжения |
| TRIG | 2 | 5 | I | Запуск таймера. При подаче напряжения на TRIG < ½ CONT на выводах OUT и DISCH устанавливается высокий уровень напряжения |
| V CC | 8 | 20 | – | Напряжение питания, от 4.5 В до 16 В. (SE555 максимум 18 В) |
7 Характеристики
7.1 Абсолютные максимальные значения
| Мин. | Макс. | Ед. изм. | |||
|---|---|---|---|---|---|
| V CC | Напряжение питания | 18 | В | ||
| V I | Входное напряжение | CONT, RESET, THRES, TRIG | V CC | В | |
| I O | Выходной ток | ±225 | мA | ||
| θ JA | D корпус | 97 | °C/Вт | ||
| P корпус | 85 | ||||
| PS корпус | 95 | ||||
| PW корпус | 149 | ||||
| θ JC | Тепловое сопротивление для корпусов | FK корпус | 5.61 | °C/Вт | |
| JG корпус | 14.5 | ||||
| T J | Рабочая температура | 150 | °C | ||
| Температура корпуса в течении 60 с. | FK корпус | 260 | °C | ||
| Температура пайки для корпуса в течении 60 с. | JG корпус | 300 | °C | ||
(1) Абсолютные максимальные значения указывают пределы, превышение которых, может привести к повреждению устройства. Электрические характеристики не применяются при работе с устройством за пределами своих заявленных условий эксплуатации. Воздействие абсолютных максимальных значений на устройство в течении длительного времени, может повлиять на его надежность.
(2) Все напряжения указаны по отношению к земле.
(3) Максимальная рассеиваемая мощность является функцией от T J (max), θ JA , и T A . при любой допустимой равна P D = (T J (max) — T A) / θ JA
(4) Тепловое сопротивление для корпуса рассчитывается по стандарту JESD 51-7.
(5) Максимальная рассеиваемая мощность является функцией от T J (max), θ JC , и T C . Максимально допустимая рассеиваемая мощность при любой допустимой температуре окружающего воздуха равна P D = (T J (max) — T С) / θ JС . Работа на абсолютном максимуме T J от 150°C может повлиять на надежность.
(6) Тепловое сопротивление для корпуса рассчитывается по стандарту MIL-STD-883.
7.2 Температура хранения
В рабочем диапазоне температур на открытом воздухе (если не указано иное)
| MIN | MAX | Ед. изм. | |||
|---|---|---|---|---|---|
| V CC | Напряжение питания | NA555, NE555, SA555 | 4.5 | 16 | В |
| SE555 | 4.5 | 18 | |||
| V I | Входное напряжение | CONT, RESET, THRES, and TRIG | V CC | В | |
| I O | Выходной ток | ±200 | мA | ||
| T A | Рабочая температура на открытом воздухе | NA555 | –40 | 105 | °C |
| NE555 | 0 | 70 | |||
| SA555 | –40 | 85 | |||
| SE555 | –55 | 125 | |||
7.4 Электрические характеристики
| Параметр | Условия испытаний | SE555 | NA555 NE555 SA555 |
Ед. изм. | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MIN | TYP | MAX | MIN | TYP | MAX | ||||
| Уровень напряжения на выводе THRES | V CC = 15 В | 9.4 | 10 | 10.6 | 8.8 | 10 | 11.2 | В | |
| V CC = 5 В | 2.7 | 3.3 | 4 | 2.4 | 3.3 | 4.2 | |||
| Ток через вывод THRES | 30 | 250 | 30 | 250 | нA | ||||
| Уровень напряжения на выводеTRIG | V CC = 15 В | 4.8 | 5 | 5.2 | 4.5 | 5 | 5.6 | В | |
| T A = от –55°C до 125°C | 3 | 6 | |||||||
| V CC = 5 В | 1.45 | 1.67 | 1.9 | 1.1 | 1.67 | 2.2 | |||
| T A = от –55°C до 125°C | 1.9 | ||||||||
| Ток через вывод TRIG | при 0 В на TRIG | 0.5 | 0.9 | 0.5 | 2 | мкA | |||
| Уровень напряжения на выводе RESET | 0.3 | 0.7 | 1 | 0.3 | 0.7 | 1 | В | ||
| T A = от –55°C до 125°C | 1.1 | ||||||||
| Ток через вывод RESET | при V CC на RESET | 0.1 | 0.4 | 0.1 | 0.4 | мA | |||
| при 0 В на RESET | –0.4 | –1 | –0.4 | –1.5 | |||||
| Переключающий ток на DISCH в закрытом состоянии | 20 | 100 | 20 | 100 | нA | ||||
| Переключающее напряжение на DISCH в открытом состоянии | V CC = 5 В, I O = 8 мA | 0.15 | 0.4 | В | |||||
| Напряжение на CONT | V CC = 15 В | 9.6 | 10 | 10.4 | 9 | 10 | 11 | В | |
| T A = от –55°C до 125°C | 9.6 | 10.4 | |||||||
| V CC = 5 В | 2.9 | 3.3 | 3.8 | 2.6 | 3.3 | 4 | |||
| T A = от –55°C до 125°C | 2.9 | 3.8 | |||||||
| Низкий уровень напряжения на выходе | V CC = 15 В, I OL = 10 мA | 0.1 | 0.15 | 0.1 | 0.25 | В | |||
| T A = от –55°C до 125°C | 0.2 | ||||||||
| V CC = 15 В, I OL = 50 мА | 0.4 | 0.5 | 0.4 | 0.75 | |||||
| T A = от –55°C до 125°C | 1 | ||||||||
| V CC = 15 В, I OL = 100 мА | 2 | 2.2 | 2 | 2.5 | |||||
| T A = от –55°C до 125°C | 2.7 | ||||||||
| V CC = 15 В, I OL = 200 мA | 2.5 | 2.5 | |||||||
| V CC = 5 В, I OL = 3.5 мA | T A = от –55°C до 125°C | 0.35 | |||||||
| V CC = 5 В, I OL = 5 мA | 0.1 | 0.2 | 0.1 | 0.35 | |||||
| T A = от –55°C до 125°C | 0.8 | ||||||||
| V CC = 5 В, I OL = 8 мA | 0.15 | 0.25 | 0.15 | 0.4 | |||||
| Высокий уровень напряжения на выходе | V CC = 15 В, I OH = –100 мA | 13 | 13.3 | 12.75 | 13.3 | В | |||
| T A = от –55°C до 125°C | 12 | ||||||||
| V CC = 15 В, I OH = –200 мA | 12.5 | 12.5 | |||||||
| V CC = 5 В, I OH = –100 мA | 3 | 3.3 | 2.75 | 3.3 | |||||
| T A = от –55°C до 125°C | 2 | ||||||||
| Потребляемый ток | V CC = 15 В | 10 | 12 | 10 | 15 | мA | |||
| V CC = 5 В | 3 | 5 | 3 | 6 | |||||
| Низкий уровень на выходе, без нагрузки | V CC = 15 В | 9 | 10 | 9 | 13 | ||||
| V CC = 5 В | 2 | 4 | 2 | 5 | |||||
(1) Этот параметр влияет на максимальные значения времязадающих резисторов R A и R B в цепи Рис. 12. Для примера, когда V CC = 5 V R = R A + R B ≉ 3.4 МОм, и для V CC = 15 В максимальное значение равно 10 мОм.
7.5 Эксплуатационные характеристики
V CC = от 5 В до 15 В, T A = 25°C (если не указано иное)
| Параметр | Условия испытаний | SE555 | NA555 NE555 SA555 |
Ед. изм. | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Мин. | Тип. | Макс. | Мин. | Тип. | Макс. | ||||
| Начальная погрешность интервалов времени | T A = 25°C | 0.5 | 1.5 | 1 | 3 | % | |||
| Каждый таймер, астабильный | 1.5 | 2.25 | |||||||
| Температурный коэффициент временного интервала | Каждый таймер, моностабильный | T A = MIN to MAX | 30 | 100 | 50 | ppm/ °C |
|||
| Каждый таймер, астабильный | 90 | 150 | |||||||
| Изменение временного интервала от напряжения питания | Каждый таймер, моностабильный | T A = 25°C | 0.05 | 0.2 | 0.1 | 0.5 | %/V | ||
| Каждый таймер, астабильный | 0.15 | 0.3 | |||||||
| Время нарастания выходного импульса | C L = 15 пФ, T A = 25°C |
100 | 200 | 100 | 300 | нс | |||
| Время спада выходного импульса | C L = 15 пФ, T A = 25°C |
100 | 200 | 100 | 300 | нс | |||
(1) Соответствуют стандарту MIL-PRF-38535, эти параметры не проходили производственные испытания.
(2) Для условий указанных как Мин. и Макс. , используют соответствующее значение, указанное в рекомендуемых условиях эксплуатации.
(3) Погрешность интервала времени определяется как разность между измеренным значением и средним значением случайной выборки из каждого процесса .
(4) Значения указаны для моностабильной схемы, показанной на рис. 9, со следующими значениями компонентов R A = 2 от кОм до 100 кОм, C = 0.1 мкФ.
(5) Значения указаны для астабильной схемы, показанной на рис. 9, со следующими значениями компонентов R A = 1 от кОм до 100 кОм, C = 0.1 мкФ.
7.6 Типовые характеристики
Данные для температур ниже -40 ° C и выше 105 ° C применимы только для SE555
|
|
|
Рис.1 Выходное напряжение низкого уровня от выходного тока низкого уровня для напряжения питания 5 В.
Рис.2 Выходное напряжение низкого уровня от выходного тока низкого уровня для напряжения питания 10 В.
Рис. 8 Время задержки распространения сигнала от запускающего импульса низкого уровня.8 Подробное описание
8.1 Обзор
Таймеры серии xx555 популярны и просты в использовании и зачастую применяются для синхронизации временных интервалов от 1 мкс до часов или частот от <1 мГц до 100 кГц. В режиме временной задержки или моностабильном режиме заданный интервал регулируется одним внешним компонентом (резистором и конденсатором). В астабильном режиме работы частоту и коэффициент заполнения можно изменять независимо друг от друга двумя внешними резисторами и конденсатором.
8.2 Функциональная блок-схема
- RESET может быть заменен TRIG, который можно заменить THRES.
8.3 Описание характеристик
8.3.1 Моностабильный режим работы
Для работы в моностабильном режиме любой из таймеров этой серии может быть подключен как показано на Рис. 9.
Рис. 9 Схема включения для моностабильного режима работа.
|
|
|
Рис. 10 Осциллограмма напряжений для моностабильного режима работы.
Рис 11 Длительность выходного импульса от емкости конденсатара8.3.2 Астабильный режим работы
Рис. 12 Схема включения для астабильного режима работы.
Рис. 13 Осциллограмма напряжений для астабильного режима работы.
9. Применение
9.1 Информация для применения
В таймерах серии xx555 используются резистор и конденсатор для формирования времени задержки или рабочей частоты. В данном разделе представлена упрощенная информация для разработки схем.
9.2 Типичные схемы применения
9.2.1 Индикатор пропуска импульсов
Рис. 16 Схема индикатора пропуска импульсов
9.2.2 Требования к проектированию
Входная ошибка (отсутствие импульса) должна быть большой. Небольшой входной сигнал не будет обнаружен, так как времязадающий конденсатор «C» будет разряжен.
9.2.1.1 Подробное описание проектирования
Следует подобрать величину R A и C таким образом, чтобы R A × C>[максимальной длительности входного импульса]. R L улучшает V OH , но не является обязательным для совместимости с ТТЛ-логикой.
9.2.1.2 Диаграмма напряжений
Рис. 17 Осциллограмма выполнения синхронизации для индикатора пропуска импульсов
9.2.2 ШИМ регулятор на 555
Работа таймера может регулироваться, с помощью изменения внутреннего порога срабатывания и переключения, которое осуществляется подачей внешнего напряжения или тока на вывод CONT. На показана схема для широтно-импульсной модуляции. Непрерывная последовательность входных импульсов запускает моностабильный мультивибратор, а управляющий сигнал модулирует пороговое напряжение. На показана, полученная на выходе широтно-импульсная модуляция. В то врем как синусоидальный модулирующий сигнал может быть любой формы.
Рис. 18 Схема ШИМ-регулятора на 555
Номера выводов показаны для корпусов D, JG, P, PS, и PW.
- Модулирующий сигнал может быть подключен напрямую или через емкость к выводу CONT. Для подключения напрямую воздействие напряжения и сопротивления источника модуляции на отклонение таймера, должно учитываться.
9.2.2.1 Требования к проектированию
На вход синхронизации должны подаваться V OL и V OH больше и меньше 1/3 напряжения питания. Напряжение на входе модулирующего сигнала должно изменяться относительно земли. Подключаемая нагрузка должна быть терпима к нелинейности передаточной функции; связь между модуляцией и шириной импульса не является линейной, поскольку заряд конденсатора в RC-цепочке идет по отрицательной экспоненциальной кривой.
9.2.2.2 Подробное описание проектирования
Следует подобрать R A и C таким образом, чтобы R A × C = 1/4 [периода синхронизации]. R L улучшает V OH , но не является обязательным для совместимости с ТТЛ-логикой.
9.2.2.3 Диаграмма напряжений
Рис. 19 Осциллограмма ШИМ-модуляции.
9.2.3 Фазово-импульсная модуляция
На показана схема включения 555 для работы в качестве фазово-импульсного регулятора. В этой схеме регулируется пороговое напряжение и, тем самым, время задержки, связанное с несинхронизируемым генератором.На показан сигнал треугольной формы для этой цепи; однако сигнал может быть любой формы.
Рис. 20 Схема включения для фазово-импульсной модуляции
9.2.3.1 Требования к проектированию
Постоянный и переменный ток на входе модулирующего сигнала, будут изменять верхние и нижние пороговые значения напряжения времязадающего конденсатора. Частота и коэффициент заполнения будут измениться в зависимости от модулирующего сигнала.
9.2.3.2 Подробное описание проектирования
Номинальная выходная частота и коэффициент заполнения можно вычислить по формуле для астабильного мультивибратора. R L улучшает V OH , но не является обязательным для совместимости с ТТЛ-логикой.
9.2.3.3 Диаграмма напряжений
Рис. 21 Осциллограмма напряжений для фазово-импульсной модуляции
9.2.4 Последовательный таймер
Многие устройства, например такие как компьютеры требуют сигналы для инициализации условий во время запуска. Другие, такие как испытательное оборудование требуют активирующих тестовых сигналов в последовательности импульсов. Данная схема может быть подключена, чтобы обеспечить такое последовательное управление. Таймеры могут использоваться в различных комбинациях, как с астабильной так и моностабильной схемой подключения, с модуляцией и без для исключительно гибкого управления формой сигнала. На показана последовательная схема с возможность применения во многих системах, а на показана диаграмма напряжений на выходе.
Рис. 22 Последовательный таймер на 555
9.2.4.1 Требования к проектированию
Последовательный таймер представляет собой цепочку из нескольких, соединенных между собой, таймеров, подключенных по моностабильной схеме. Подключенные компоненты — резисторы 33 кОм и конденсаторы 0.001 мкФ.
9.2.4.2 Подробное описание проектирования
Величину времязадающих конденсаторов и резисторов можно рассчитать по формуле: t w = 1.1 × R × C.
9.2.4.3 Диаграмма напряжений
Рис. 23 Осциллограммы напряжений на выходах