Микросхема и генератор импульсов ne555

Микросхема и генератор импульсов ne555

По своим техническим характеристикам микросхему NE555 относят к универсальным таймерам с широким диапазоном устанавливаемых временных интервалов. Почти во всех схемах ne555 используют и включают – как генератор прямоугольных импульсов напряжения различной частоты и длительности. С минимальным дополнительным набором радиоэлементов (резисторов и конденсатор), на её основе реализуют множество вариаций электронных приборов: реле времени, генераторов, модуляторов, ШИМ-регуляторов, разнообразных мигалок, звуковых имитаторов низких/высоких частот и ещё много чего другого.

  1. Цоколевка
  2. Типовые характеристики
  3. Предельные допустимые
  4. Аналоги
  5. Схемы включения ne555
  6. Моностабильный режим
  7. Режим мультивибратора
  8. Проверка работоспособности
  9. Применение
  10. Производители

Описание

Созданию микросхемы NE555, реализованному в 1970 году специалистами компании Signetics (США), предшествовали теоретические разработки Ганса Камензинда, который сумел доказать важность, не имевшего на тот момент времени аналогов, изобретения. Таймер NE555 явился первой и единственной «таймерной» микросхемой, доступной рядовым потребителям, которая позволяла собирать миниатюрные и недорогие устройства за счет плотной компановки элементов в кристалле микросхемы.

Основные параметры ИМС серии 555

Микросхема NE 555 состоит из пяти функциональных узлов:

  • делителя напряжения;
  • двух прецизионных компараторов;
  • триггера;
  • транзистора с открытым коллектором на выходе

РИСУНОК 1

Устройство микросхемы NE 555

Параметры работы микросхемы во многом определяются качеством сборки аналогов. Для таймера NE 555 диапазон рабочих температур составляет: 0° — 70° С, а для SE 555 он шире: от -55°С до +125°С.

Существенное влияние на точность работы схемы NE555оказывает вариант исполнения: гражданский или «военный». У последнего выше точность и продолжительнее ресурс работы. Корпус выполнен из керамики или металла.

Питание микросхем

Рекомендуемый интервал питания микросхем 555 и их аналогов лежит в интервале 4,5 V — 16V. Для микросхемы с индексом SE может достигать 18V.

Потребляемый ток в норме составляет 2-5 мА, при пиковых значениях: 10-15 мА.

Выходной ток у китайских аналогов и отечественной микросхемы КР1006ВИ1 составляет не более 100 мА. У оригинальных импортных микросхем NE/SE 555 он около 200 мА.

Преимущества и недостатки микросхемы

У микросхемы 555 «таймерного» типа существует множество преимуществ. Именно поэтому она популярна столь долгое время.

Внутренний делитель задает верхний и нижний порог срабатывания для двух встроенных компараторов. Это одновременно является достоинством, та как не требуется вводить дополнительные элементы, одновременно это и недостаток: пороговым напряжением микросхемы нельзя управлять.

Кроме этого в процессе эксплуатации выявился и еще один недостаток: при каждом переключении возникает паразитный сквозной ток, достигающий в пиковых значениях силы в 400 мА. За счет этого увеличиваются тепловые потери. Микросхема нагревается.

Как избавиться от недостатков

Решение проблемы давно найдено. Оно заключается в установке между проводом вывода управления и общим проводом полярного конденсатора небольшой емкости (до 0,1 мкФ). Этот конденсатор стабилизирует работу микросхемы при запуске.

Помехоустойчивость работы микросхемы достигается установкой в цепь питания неполярного конденсатора емкостью 1 мкФ. Вариации микросхемы NE 555, собранные на КМОП-транзисторах, не несут в себе указанных недостатков. Для их стабильной работы нет необходимости устанавливать внешние конденсаторы.

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

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 t1 и t2, то есть частотой f

и скважностью S = T/t1. Скважность в данном простейшем подключении более 2 быть не может, так как время импульса t1 всегда > времени паузы t2.

Расположение выводов и обозначение на схемах [ править | править код ]

чаще всего выпускается в корпусе PDIP8 и SO8, но встречаются и другие варианты корпуса. На схемах обычно обозначается в виде прямоугольника с надписью «G1/GN», которая расшифровывается как специализированный генератор, используемый для формирования одиночных импульсов или серий импульсов. Расположение выводов является стандартным для всех однотипных микросхем:

№ вывода NE555 № вывода NE556 Обозначение Альтер- нативное обозначение Назначение Описание
1 7 GND -U Общий Общий провод, минус питания
2 6 / 8 TRIG S Запуск Когда напряжение на этом выходе становится ниже 1/3 от VCC, на выходе появляется напряжение высокого уровня, начинается отсчёт времени.
3 5 / 9 OUT Q или без обозначения Выход На этом выводе формируется одно из двух напряжений, примерно соответствующих GND и V
CC — 1,5 В, в зависимости от состояния таймера.
4 4 / 10 RESET E Сброс (разрешение запуска) При подаче на этот вход напряжения менее 0,7 В выход микросхемы принудительно переходит в состояние низкого уровня (переключается на GND). Это происходит независимо от состояния других входов, то есть данный вход имеет наивысший приоритет. Другими словами, высокий уровень напряжения на данном входе (более 0,7 В) разрешает запуск таймера, в противном случае запуск запрещён.
5 3 / 11 CTRL UR Управление (контроль делителя) Подключен напрямую к внутреннему делителю напряжения. При отсутствии внешнего сигнала имеет напряжение 2/3 от V
CC. Определяет пороги останова и запуска.
6 2 / 12 THR R Останов Когда напряжение на этом выводе превышает напряжение на выводе CTRL, на выходе устанавливается напряжение низкого уровня, интервал заканчивается. Останов возможен, если на вход TRIG не поступает сигнал запуска, так как вход TRIG имеет приоритет над THR (исключение — микросхема КР1006ВИ1).
7 1 / 13 DIS ◊ или ¤ Режимы работы NE555 [ править | править код ]
Читайте также  Энергомаш тс-6010с

Назначение выводов таймера NE555

№2 — Запуск (триггер)

Триггер переключается, если на этом выводе напряжение упадет ниже 1/3 напряжения питания. Данный вывод имеет высокое входное сопротивление, более 2 мОм. В нестабильном режиме используется для контроля напряжения на времязадающем конденсаторе, в бистабильном режиме к нему подключается элемент коммутации, например, кнопка.

№4 – Сброс

Если напряжение на этом выводе ниже 0,7 вольт, то происходит сброс внутреннего компаратора. В случае неиспользования, на данный вывод таймера NE555 необходимо подать напряжение питания. Сопротивление вывода составляет около 10 кОм.

№5 — Контроль

Может использоваться для регулировки длительности импульсов на выходе путем подачи напряжения 2/3 от напряжения питания. Если это вывод не используется, то его желательно подключить к минусу источника питания через конденсатор 0,01 мкф.

№6 — Стоп (компаратор)

Останавливает функционирование таймера, если напряжение на этом выводе будет выше 2/3 напряжения питания. Вывод имеет высокое входное сопротивление, более 10 мОм. Он обычно используется для измерения напряжения на времязадающем конденсаторе.

№7 — Разряд

Вывод через внутренний транзистор подключается к «земле», когда внутренний триггер находится в активном состоянии. Вывод (открытый коллектор) используется в основном для разряда времязадающего конденсатора.

№3 – Выход

Микросхема NE555 имеет всего один выход с током до 200 мА. Это значительно больше, чем у обычных интегральных микросхем. Вывод способен управлять, например, светодиодами (с токоограничивающим резистором), небольшими лампочками, пьезоэлектрическим преобразователем, динамиком (с конденсатором), электромагнитным реле (с защитным диодом) или даже маломощными двигателями постоянного тока. Если требуется более высокий выходной ток, то можно подключить подходящий транзистор в качестве усилителя.

Описание и основные параметры схемы

Микросхема состоит из делителя напряжения с двумя опорными напряжениями для сравнения, двух прецизионных компараторов (низкого и высокого уровней), RS-триггера с дополнительным входом сброса, транзисторного ключа с открытым коллектором и выходного усилителя мощности для увеличения нагрузочной способности.

Номинальное напряжение питания базовой версии микросхемы может находиться в пределах 4,5…16,5 В. Некоторые модификации работоспособны до 18 В. КМОП-версии отличаются возможностью работы при пониженном напряжении питания (от 2 В).

Потребляемый микросхемой ток может достигать величины 6…15 мА в зависимости от напряжения питания (6 мА при VCC = 5 В и 15 мА при VCC = 15 В). Типовое потребление бывает меньше и обычно составляет 3…10 мА в состоянии низкого уровня и 2…9 мА — в состоянии высокого. Ток потребления КМОП-версий таймера не превышает сотен микроампер.

Максимальный выходной ток для отечественной КР1006ВИ1 и КМОП-версий таймера составляет 100 мА. Большинство ныне выпускаемых зарубежных аналогов, выполненных по биполярной технологии, допускает выходной ток до 200 мА и более.

Особенности и недостатки

Применённая схема неотключаемого внутреннего делителя напряжения на входе троичного компаратора делает невозможным независимую установку напряжений сравнения верхнего и нижнего компараторов, что уменьшает область возможного применения микросхемы. В этих случаях можно применить микросхему двойного компаратора с двумя встроенными логическими элементами 3И-НЕ для построения RS-триггера NE521 [6] .

К недостаткам биполярного таймера также можно отнести значительный импульсный ток потребления (до 300—400 мА) в моменты переключения таймера. Этот ток вызван сквозными токами выходного каскада микросхемы. С данной особенностью связана рекомендация подключать между выводом 5 («контроль делителя») и минусом питания блокирующий конденсатор на 0,01…0,1 мкФ. Он защищает внутренний делитель микросхемы от помех, наводимых по цепи питания в моменты переключения таймера, что устраняет нестабильность его запуска и повышает общую надёжность схемы. Для аналогичных целей микросхему рекомендуется шунтировать по цепи питания керамическим конденсатором ёмкостью 1 мкФ, который располагается в непосредственной близости к микросхеме. Следует заметить, что указанный недостаток практически устранён в КМОП-версиях таймера, поэтому применение с ними дополнительных конденсаторов обычно не требуется.

Как работает микросхема 555

Перед тем, как перейти к примеру устройства реле, рассмотрим структуру микросхемы. Все дальнейшие описания будут делаться для микросхемы серии NE555 производства Texas Instruments.

Как видно из рисунка, основа — это RS-триггер с инверсным выходом, управляемый выходами с компараторов. Положительный вход верхнего компаратора называется THRESHOLD, отрицательный вход нижнего — TRIGGER. Другие входы компараторов подключены к делителю напряжения питания из трех резисторов по 5 кОм.

Как вы скорее всего знаете, RS-триггер может находиться в устойчивом состоянии (обладает эффектом памяти, объемом 1 бит) либо в логическом «0», либо в логической «1». Как он функционирует:

  • Приход положительного импульса на вход R (RESET) устанавливает выход в логическую «1» (именно «1», а не «0», так как триггер инверсный — об это говорит кружок на выходе триггера);
  • Приход положительного импульса на вход S (SET) устанавливает выход в логический «0».

Резисторы по 5 кОм в количестве 3-х штук делят напряжение питания на 3, что приводит к тому, что опорное напряжение верхнего компаратора (вход «–» компаратора, он же, вход CONTROL VOLTAGE микросхемы) составляет 2/3 Vcc. Опорное напряжение нижнего — 1/3 Vcc.

С учетом сказанного, можно составить таблицы состояний микросхемы относительно входов TRIGGER, THRESHOLD и выхода OUT. Обратите внимание, что выход OUT — это инвертированный сигнал с RS-триггера.

THRESHOLD 2/3 Vcc
TRIGGER 1/3 Vcc OUT остается без изменений OUT = лог «0»

С помощью такой функциональности микросхемы можно легко делать различные генераторы сигнала с частотой генерации, независимой от питающего напряжения.

В нашем случае, для создания реле времени применяется такая хитрость: входы TRIGGER и THRESHOLD объединяются вместе и к ним подается сигнал с RC-цепочки. Таблица состояний в таком случае будет выглядеть так:

OUT
THRESHOLD, TRIGGER 2/3 Vcc OUT = лог «0»

Схема включения NE555 для такого случая следующая:

После подачи питания конденсатор начинает заряжаться, что приводит к постепенному увеличению напряжения на конденсаторе с 0В и далее. В свою очередь, напряжение на входах TRIGGER и THRESHOLD будет наоборот, убывать, начиная с Vcc+. Как видно из таблицы состояний, на выходе OUT присутствует логический «0» после подачи питания Vcc+, а переключение выхода OUT в логическую «1» произойдет, когда на указанных входах TRIGGER и THRESHOLD напряжение опустится ниже 1/3 Vcc.

Важен тот факт, что время задержки реле, то есть промежуток времени между подачей питания и зарядкой конденсатора до момента переключения выхода OUT в логическую «1», можно рассчитать по очень простой формуле:

T = 1.1 * R * C
И как видите, это время не зависит от напряжения питания. Следовательно, при проектировании схемы реле времени можно не заботиться о стабильности питания, что значительно позволяет упростить схемотехнику.

Далее приведем рисунок варианта исполнения микросхемы в DIP-корпусе и покажем расположения выводов чипа:

Также стоит упомянуть, что кроме 555 серии производится серия 556 в корпусе с 14-ю выводами. Серия 556 содержит два таймера 555.

Описание и основные параметры схемы [ править ]

Микросхема состоит из делителя напряжения с двумя опорными напряжениями для сравнения, двух прецизионных компараторов (низкого и высокого уровней), RS-триггера с дополнительным входом сброса, транзисторного ключа с открытым коллектором и выходного усилителя мощности для увеличения нагрузочной способности.

Читайте также  Антенна для цифрового тв своими руками из проволоки

Номинальное напряжение питания базовой версии микросхемы может находиться в пределах 4,5…16,5 В. Некоторые модификации работоспособны до 18 В. КМОП-версии отличаются возможностью работы при пониженном напряжении питания (от 2 В).

Потребляемый микросхемой ток может достигать величины 6…15 мА в зависимости от напряжения питания (6 мА при VCC = 5 В и 15 мА при VCC = 15 В). Типовое потребление бывает меньше и обычно составляет 3…10 мА в состоянии низкого уровня и 2…9 мА — в состоянии высокого. Ток потребления КМОП-версий таймера не превышает сотен микроампер.

Максимальный выходной ток для отечественной КР1006ВИ1 и КМОП-версий таймера составляет 100 мА. Большинство ныне выпускаемых зарубежных аналогов, выполненных по биполярной технологии, допускает выходной ток до 200 мА и более.

Особенности и недостатки [ править ]

Применённая схема неотключаемого внутреннего делителя напряжения на входе троичного компаратора делает невозможным независимую установку напряжений сравнения верхнего и нижнего компараторов, что уменьшает область возможного применения микросхемы.

К недостаткам биполярного таймера также можно отнести значительный импульсный ток потребления (до 300—400 мА) в моменты переключения таймера. Этот ток вызван сквозными токами выходного каскада микросхемы. С данной особенностью связана рекомендация подключать между выводом 5 («контроль делителя») и минусом питания блокирующий конденсатор на 0,01…0,1 мкФ. Он защищает внутренний делитель микросхемы от помех, наводимых по цепи питания в моменты переключения таймера, что устраняет нестабильность его запуска и повышает общую надёжность схемы. Для аналогичных целей микросхему рекомендуется шунтировать по цепи питания керамическим конденсатором ёмкостью 1 мкФ, который располагается в непосредственной близости к микросхеме. Следует заметить, что указанный недостаток практически устранён в КМОП-версиях таймера, поэтому применение с ними дополнительных конденсаторов обычно не требуется.

Расположение выводов и обозначение на схемах [ | ]

NE555 чаще всего выпускается в корпусе PDIP8 и SO8, но встречаются и другие варианты корпуса. На схемах обычно обозначается в виде прямоугольника с надписью «G1/GN», которая расшифровывается как специализированный генератор, используемый для формирования одиночных импульсов или серий импульсов. Расположение выводов является стандартным для всех однотипных микросхем:

Прецизионный триггер Шмитта [ | ]

Если на соединенные входы THRES и TRIG подать входной сигнал, то NE555 будет работать в режиме инвертирующего прецизионного триггера Шмитта. Величина гистерезиса определяется встроенным делителем и равна трети напряжения питания.