Теорія та практика застосування таймера 555. Частина перша. Теоретична. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Початківцю радіоаматору

 Коментарі до статті

[an error occurred while processing this directive]

Напевно немає такого радіоаматора (Мяу, і його кота! – Тут і далі прим. Кота), який не використав би у своїй практиці цю чудову мікросхему. Ну а вже чули про неї так точно все.

Її історія почалася 1971 року, коли компанія Signetics Corporation випустила мікросхему SE555/NE555 під назвою "Інтегральний таймер" (The IC Time Machine).

На той момент це була єдина "таймерна" мікросхема, доступна масовому споживачеві. Відразу після надходження у продаж мікросхема завоювала шалену популярність і серед любителів, і серед професіоналів. З'явилася купа статей, описів, схем, що використовують цей аксесуар.

За минулі 35 років практично кожен виробник напівпровідників, що поважає себе, вважав свої обов'язком випустити свою версію цієї мікросхеми, в тому числі і за більш сучасними техпроцесами. Наприклад, компанія Motorola випускає CMOS версію MC1455. Але при цьому в функціональності та розташуванні висновків ніяких відмінностей у всіх цих версій немає. Усі вони повні аналоги один одного.

Наші вітчизняні виробники також не залишилися осторонь і випускають цю мікросхему під назвою КР1006ВІ1.

А ось список заморських виробників, які випускають таймер 555 та їх комерційні позначення:

У деяких випадках зазначено дві назви. Це означає, що випускається дві версії мікросхеми – цивільна, для комерційного застосування та військова. Військова версія відрізняється більшою точністю, широким діапазоном робочих температур та випускається у металевому або керамічному корпусі. Та й дорожче, зрозуміло.

Почнемо з корпусу та висновків.

Мікросхема випускається у двох типах корпусів – пластиковому DIP та круглому металевому. Щоправда, в металевому корпусі вона все ж таки випускалася - зараз залишилися тільки DIP-корпуси. Але на випадок, якщо вам раптом дістанеться таке щастя, наводжу обидва малюнки корпусу. Призначення висновків однакові в обох корпусах. Крім стандартних, випускається ще два різновиди мікросхем - 556 і 558. 556 - це здвоєна версія таймера, 558 - чотиривіркова.

Функціональна схема таймера показана малюнку прямо над цією пропозицією.

Мікросхема містить близько 20 транзисторів, 15 резисторів, 2 діоди. Склад і кількість компонентів можуть змінюватись в залежності від виробника. Вихідний струм може досягати 200 мА, споживаний - на 3-6 мА більше. Напруга живлення може змінюватися від 4,5 до 18 вольт. При цьому точність таймера практично не залежить від зміни напруги живлення та становить 1% від розрахункового. Дрейф становить 0,1%/вольт, а температурний дрейф – 0,005%/С.

Тепер ми подивимося на принципову схему таймера і перемиємо йому кістки, вірніше ноги - який висновок для чого потрібний і що це все означає.

(Натисніть для збільшення)

Отже, висновки (Мяу! Це він про ноги...):

1. Земля. Особливо коментувати тут нічого - висновок, який підключається до мінусу живлення та загального дроту схеми.

2. Запуск. Вхід компаратора №2. При подачі на цей вхід імпульсу низького рівня (не більше 1/3 Vпит) таймер запускається і на виході встановлюється напруга високого рівня на час, що визначається зовнішнім опором R (Ra+Rb, див. функціональну схему) та конденсатором С - це так званий режим моностабільного мультивібратора Вхідний імпульс може бути як прямокутним, і синусоїдальним. Головне, щоб за тривалістю він був коротшим, ніж час заряду конденсатора С. Якщо ж вхідний імпульс по тривалості все-таки перевищить цей час, то вихід мікросхеми залишатиметься в стані високого рівня, доки на вході не встановиться знову високий рівень. Струм, що споживається входом, не перевищує 500нА.

3. Вихід. Вихідна напруга змінюється разом із напругою живлення і дорівнює Vпіт-1,7В (високий рівень на виході). При низькому рівні вихідна напруга дорівнює приблизно 0,25 (при напрузі живлення +5). Перемикання між станами низький – високий рівень відбувається приблизно за 100 нс.

4. Скидання. При подачі цей висновок напруги низького рівня (трохи більше 0,7в) відбувається скидання виходу стан низького рівня незалежно від цього, у якому режимі перебуває таймер нині і що він займається. Reset, знаєте, він і в Африці reset. Вхідна напруга не залежить від величини напруги живлення – це TTL-сумісний вхід. Для запобігання випадковим скиданням цей висновок настійно рекомендується підключити до плюсу живлення, поки в ньому немає необхідності.

5. Контроль. Цей висновок дозволяє отримати доступ до опорної напруги компаратора №1, яка дорівнює 2/3Vпит. Зазвичай цей висновок не використовується. Однак його використання може суттєво розширити можливості управління таймером. Вся справа в тому, що подачею напруги на цей висновок можна керувати тривалістю вихідних імпульсів таймера і таким чином, забити на RC ланцюжок, що час задає. Напруга, що подається на цей вхід в режимі моностабільного мультивібратора може становити від 45% до 90% напруги живлення. А в режимі мультивібратора від 1,7 до напруги живлення. У цьому ми отримуємо ЧС (FM) модульований сигнал на виході. Якщо ж цей висновок таки не використовується, то його рекомендується підключити до загального дроту через конденсатор 0,01мкФ (10нФ) для зменшення рівня перешкод та інших неприємностей.

6. Зупин. Цей висновок є одним із входів компаратора №1. Він використовується як такий собі антипод виведення 2. Тобто використовується для зупинки таймера і приведення в стан (Мяу! Тихий паніки?!) Низького рівня. При подачі імпульсу високого рівня (не менше 2/3 напруги живлення) таймер зупиняється, і вихід скидається в стан низького рівня. Так само як і на висновок 2, цей висновок можна подавати як прямокутні імпульси, так і синусоїдальні.

7. Розряд. Цей висновок приєднаний до колектора транзистора Т6, емітер якого з'єднаний із землею. Таким чином, при відкритому транзисторі конденсатор розряджається через перехід колектор-емітер і залишається в розрядженому стані поки не закриється транзистор. Транзистор відкритий, коли виході мікросхеми низький рівень і закритий, коли вихід активний, тобто у ньому високий рівень. Цей висновок також може застосовуватися як допоміжний вихід. Навантажувальна здатність його приблизно така сама, як і у звичайного виходу таймера.

8. Плюс харчування. Як і у випадку висновку 1 особливо нічого не скажеш. Напруга живлення таймера може бути в межах 4,5-16 вольт. У військових версій мікросхеми верхній діапазон становить 18 вольт.

Увібрали? Їдемо далі.

Більшість таймерів потребують ланцюжка, що задає, зазвичай складається з резистора і конденсатора. Таймер 555 не є винятком. Погляньмо на діаграму роботи мікросхеми.

Отже, припустимо, що ми подали харчування на мікросхему. Вхід знаходиться в стані високого рівня, на виході - низький рівень, конденсатор розряджений. Усі спокійно, всі сплять. І тут БАХ – ми подаємо серію прямокутних імпульсів на вхід таймера. Що відбувається?

Перший імпульс низького рівня перемикає вихід таймера в стан високого рівня. Транзистор Т6 закривається і конденсатор починає заряджатися через резистор R. Весь той час, поки конденсатор заряджається, вихід таймера залишається у включеному стані - на ньому зберігається високий рівень напруги. Як тільки конденсатор зарядиться до 2/3 напруги живлення, вихід мікросхеми вимикається і з'являється низький рівень. Транзистор T6 відкривається і конденсатор розряджається.

Однак є два нюанси, які показані на графіку пунктирними лініями.

Перший - якщо після закінчення заряду конденсатора на вході зберігається низький рівень напруги - у такому разі вихід залишається активним - на ньому зберігається високий рівень, поки на вході не з'явиться високий рівень. Другий – якщо ми активуємо вхід Скидання напругою низького рівня. У цьому випадку вихід відразу ж вимкнеться, незважаючи на те, що конденсатор все ще заряджається.

Так, ліричну частину закінчили – перейдемо до суворих цифр та розрахунків. Як же нам визначити час, на який включатиметься таймер та номінали RC ланцюжка, необхідні для завдання цього часу? Час, за який конденсатор заряджається до 63,2% (2/3) напруги живлення називається тимчасовою константою, позначимо її літерою t. Обчислюється цей час приголомшливою за своєю складністю формулою. Ось вона: t = R*C, де R - опір резистора в МегаОм-ах, С - ємність конденсатора в мікрофарад-ах. Час виходить за секунди.

До формули ми ще повернемося, коли детально розглядатимемо режими роботи таймера. А зараз поки подивимося на просте тестер для цієї мікросхеми, який запросто скаже вам - працює ваш екземпляр таймера чи ні.

Якщо після включення живлення блимають обидва світлодіоди – значить все добре і мікросхема у цілком робочому стані. Якщо ж хоча б один з діодів не горить або навпаки - горить постійно, значить таку мікросхему можна спустити в унітаз із чистою совістю або повернути назад продавцю, якщо ви її щойно купили. Напруга живлення – 9 вольт. Наприклад, від батареї "Крона".

Тепер розглянемо режими роботи цієї мікросхеми.

Власне, режимів у неї дві штуки. Перший – моностабільний мультивібратор. Моностабільний – тому що стабільний стан у такого мультивібратора один – вимкнений. А у включений стан ми його переводимо тимчасово, подавши на вхід таймера сигнал. Як зазначалося вище, час, який мультивібратор перетворюється на активний стан, визначається RC ланцюжком. Ці властивості можуть бути використані у найрізноманітніших схемах. Для запуску чогось на певний час чи навпаки – для формування паузи на заданий час.

Другий режим – це генератор імпульсів. Мікросхема може видавати послідовність прямокутних імпульсів, параметри яких визначаються тим самим RC ланцюжком. (Мяу! Хочу ланцюжок. На хвіст. Ну чи браслетик. Антистатичний.)

Все-таки Кіт у нас – зануда.

Почнемо спочатку, тобто з першого режиму.

Схема включення мікросхеми показано малюнку. RC ланцюжок включений між плюсом і мінусом живлення. До з'єднання резистора та конденсатора підключено висновок 6 - Зупин. Це вхід компаратора №1. Сюди підключено висновок 7 - Розряд. Вхідний імпульс подається на висновок 2 – Запуск. Це вхід компаратора №2. Цілком простецька схема - один резистор і один конденсатор - куди вже простіше? Для підвищення стійкості до перешкод можна підключити виведення 5 на загальний провід через конденсатор ємністю 10нФ.

Отже, у вихідному стані на виході таймера низький рівень - близько нуля вольт, конденсатор розряджений і заряджатися не хоче, оскільки відкритий транзистор Т6. Цей стан стабільний, може тривати невизначено довгий час. При вступі на вхід імпульсу низького рівня спрацьовує компаратор №2 і перемикає внутрішній тригер таймера. У результаті виході встановлюється високий рівень напруги. Транзистор Т6 закривається і починає заряджатися конденсатор через резистор R. Весь той час, поки він заряджається, на виході таймера зберігається високий рівень. Таймер не реагує на жодні зовнішні подразники, буде вони надходять на висновок 2. Тобто, після спрацьовування таймера від першого імпульсу подальші імпульси не роблять жодної дії на стан таймера – це дуже важливо. То що там у нас відбувається те? А, так – заряджається конденсатор. Коли він зарядиться до напруги 2/3Vпит, спрацює компаратор №1 і у свою чергу перемкне внутрішній тригер. В результаті на виході встановиться низький рівень напруги, і схема повернеться до свого початкового, стабільного стану. Транзистор Т6 відкриється та розрядить конденсатор С.

Час, на який таймер, так би мовити "виходить із себе", може бути від однієї мілісекунди до сотень секунд.

Вважається воно так: T=1.1*R*C

Теоретично, меж за тривалістю імпульсів немає - як з мінімальної тривалості, і максимальної. Однак, є деякі практичні обмеження, які обійти можна, але спочатку варто задуматися - чи потрібно це робити і чи не найпростіше вибрати інше схемне рішення.

Так, мінімальні значення, встановлені практичним чином R становить 10кОм, а С - 95пФ. Чи можна менше? В принципі так. Але при цьому, якщо ще зменшити опір резистора – схема почне тріскати надто багато електрики. Якщо зменшити ємність З, то всякі паразитні ємності та перешкоди можуть суттєво вплинути на роботу схеми.

З іншого боку, максимальне значення резистора приблизно дорівнює 15Мом. Тут обмеження накладає струм, споживаний входом Зупин (близько 120нА) і струм витоку конденсатора С. Таким чином, при занадто великому значенні резистора таймер просто ніколи не вимкнеться, якщо сума струмів витоку конденсатора та струму входу перевищить 120 нА.

Ну а щодо максимальної ємності конденсатора, то справа не стільки в самій ємності, скільки в струмі витоку. Зрозуміло, що чим більша ємність, тим більше струм витоку і тим гіршою буде точність таймера. Тому, якщо таймер використовуватиметься для великих часових інтервалів, то краще користуватися конденсаторами з малими струмами витоку - наприклад, танталовими.

Перейдемо до другого режиму.

До цієї схеми доданий ще один резистор. Входи обох компараторів з'єднані та підключені до з'єднання резистора R2 та конденсатора. Висновок 7 увімкнений між резисторами. Конденсатор заряджається через резистори R1 та R2.

Тепер подивимося, що станеться, коли ми подамо харчування на схему. У вихідному стані конденсатор розряджено і на входах обох компараторів низький рівень напруги, близький до нуля. Компаратор №2 перемикає внутрішній тригер та встановлює на виході таймера високий рівень. Транзистор Т6 закривається і конденсатор починає заряджатися через резистори R1 та R2.

Коли напруга на конденсаторі досягає 2/3 напруги живлення, компаратор №1 у свою чергу перемикає тригер і вимикає вихід таймер - напруга на виході стає близькою до нуля. Транзистор Т6 відкривається і починає розряджатися конденсатор через резистор R2. Як тільки напруга на конденсаторі опуститься до 1/3 напруги живлення, компаратор №2 знову перемкне тригер і на виході мікросхеми знову з'явиться високий рівень. Транзистор Т6 закриється і конденсатор знову почне заряджатися... фууу, чоло у мене голова вже закружляла.

Коротше кажучи, в результаті цього шаманства, на виході ми отримуємо послідовність прямокутних імпульсів. Частота імпульсів, як ви вже здогадалися, залежить від величин C, R1 і R2. Визначається вона за такою формулою:

Значення R1 і R2 підставляються в Омах, C - у фарадах, частота виходить у Герцах.

Час між початком кожного наступного імпульсу називається періодом і позначається літерою t. Воно складається з тривалості самого імпульсу – t1 та проміжком між імпульсами – t2. t = t1+t2.

Частота і період - поняття обернені один до одного і залежність між ними така:

f = 1/t.

t1 і t2, зрозуміло, теж можна і потрібно порахувати. Ось так:

t1 = 0.693(R1+R2)C;

t2 = 0.693R2C

Ну, з теоретичною частиною начебто покінчили. У наступній частині розглянемо конкретні приклади включення таймера 555 у різних схемах і для різноманітного використання.

Публікація: radiokot.ru

Дивіться інші статті розділу Початківцю радіоаматору.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Шум транспорту затримує зростання пташенят 06.05.2024

Звуки, що оточують нас у сучасних містах, стають дедалі пронизливішими. Однак мало хто замислюється про те, як цей шум впливає на тваринний світ, особливо на таких ніжних створінь, як пташенята, які ще не вилупилися з яєць. Недавні дослідження проливають світло на цю проблему, вказуючи на серйозні наслідки для їхнього розвитку та виживання. Вчені виявили, що вплив транспортного шуму на пташенят зебрового діамантника може призвести до серйозних порушень у розвитку. Експерименти показали, що шумова забрудненість може суттєво затримувати їх вилуплення, а ті пташенята, які все ж таки з'являються на світ, стикаються з низкою здоровотворних проблем. Дослідники також виявили, що негативні наслідки шумового забруднення сягають і дорослого віку птахів. Зменшення шансів на розмноження та зниження плодючості говорять про довгострокові наслідки, які транспортний шум чинить на тваринний світ. Результати дослідження наголошують на необхідності ...>>

Бездротова колонка Samsung Music Frame HW-LS60D 06.05.2024

У світі сучасної технології звуку виробники прагнуть не тільки бездоганної якості звучання, але й поєднання функціональності з естетикою. Одним із останніх інноваційних кроків у цьому напрямку є нова бездротова акустична система Samsung Music Frame HW-LS60D, представлена ​​на заході 2024 World of Samsung. Samsung HW-LS60D – це не просто акустична система, це мистецтво звуку у стилі рамки. Поєднання 6-динамічної системи з підтримкою Dolby Atmos та стильного дизайну у формі фоторамки робить цей продукт ідеальним доповненням до будь-якого інтер'єру. Нова колонка Samsung Music Frame оснащена сучасними технологіями, включаючи функцію адаптивного звуку, яка забезпечує чіткий діалог на будь-якому рівні гучності, а також автоматичну оптимізацію приміщення для насиченого звукового відтворення. За допомогою з'єднань Spotify, Tidal Hi-Fi і Bluetooth 5.2, а також інтеграцією з розумними помічниками, ця колонка готова задовольнити ...>>

Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами 05.05.2024

Сучасний світ науки та технологій стрімко розвивається, і з кожним днем ​​з'являються нові методи та технології, які відкривають перед нами нові перспективи у різних галузях. Однією з таких інновацій є розробка німецькими вченими нового способу керування оптичними сигналами, що може призвести до значного прогресу фотоніки. Нещодавні дослідження дозволили німецьким ученим створити регульовану хвильову пластину всередині хвилеводу із плавленого кремнезему. Цей метод, заснований на використанні рідкокристалічного шару, дозволяє ефективно змінювати поляризацію світла через хвилевід. Цей технологічний прорив відкриває нові перспективи розробки компактних і ефективних фотонних пристроїв, здатних обробляти великі обсяги даних. Електрооптичний контроль поляризації, що надається новим методом, може стати основою створення нового класу інтегрованих фотонних пристроїв. Це відкриває широкі можливості для застосування. ...>>

Випадкова новина з Архіву Система визначення сонливості водіїв від Fujitsu 28.01.2015 Робота більшості існуючих або проектованих систем розпізнавання втоми водія ґрунтується на використанні відеокамер та (або) спеціальних інфрачервоних датчиків. Такі комплекси слідкують за обличчям автомобіліста, аналізуючи положення очей, носа, рота та інших частин обличчя, а також відстежуючи особливості моргання. При виявленні низького рівня концентрації чи ознак засипання подається сигнал. Наразі компанія Fujitsu представила власну розробку, завданням якої є визначення сонливості автомобілістів. Система, названа FEELythm, проектувалась приблизно 10 років. Головний компонент FEELythm - блок, що носиться на шиї. Від нього відходить спеціальний датчик, що кріпиться до мочки вуха. Система вимірює пульсову хвилю і передає отримані показники на мобільний пристрій, наприклад смартфон (ймовірно, цю функцію може виконувати і бортовий комп'ютер) за допомогою бездротового зв'язку Bluetooth. Супутнє програмне забезпечення аналізує інформацію за спеціальними алгоритмами, виявляючи ознаки засинання. Якщо буде виявлена ​​висока ймовірність дрімоти, FEELythm подасть попереджувальний сигнал - скажімо, у вигляді вібрації нашого модуля. Fujitsu зазначає, що в системі передбачені засоби корекції показників із фізіологічними особливостями конкретних водіїв. Постачання FEELythm планується розпочати у лютому.

Інші цікаві новини:

▪ Екшен-камера Garmin VIRB Ultra 30

▪ Багатофункціональна платформа Intrinsyc Open-Q 660

▪ Смарт-окуляри переводять текст у звук

▪ Робот у мурашнику

▪ Надтонкі гнучкі захисні стекла

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Зорові ілюзії. Добірка статей

▪ стаття Крильчатий рушій. Поради моделісту

▪ стаття Що за насіння послали один одному Дарій та Олександр перед битвою і що це означало? Детальна відповідь

▪ стаття Спальник для вудки. Поради туристу

▪ стаття Гліцериновий цемент. Прості рецепти та поради

▪ стаття Системи дистанційного керування замиканням/відмиканням замків дверей. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024