1. Особливості та недоліки [ правити | правити код ]
2. Розташування висновків і позначення на схемах [ правити | правити код ]
3. Прецизійний тригер Шмітта [ правити | правити код ]
4. одновібратор [ правити | правити код ]
5. мультивибратор [ правити | правити код ]

open wikipedia design.

555 - інтегральна схема , Універсальний таймер - пристрій для формування (генерації) одиночних і повторюваних імпульсів зі стабільними тимчасовими характеристиками. Вперше випущений в 1971 році компанією Signetics під позначенням NE555. Функціональні аналоги оригінального NE555 випускаються у великій кількості біполярних і КМОП-варіантів. Здвоєна версія 555 випускається під позначенням 556, зчетверена - під позначенням 558.

Являє собою асинхронний RS- тригер зі специфічними порогами входів, точно заданими аналоговими компараторами і вбудованим подільником напруги.

Застосовується для побудови різних генераторів, модуляторів, реле часу, порогових пристроїв і інших вузлів електронної апаратури. Як приклади застосування мікросхеми-таймера можна вказати функції відновлення цифрового сигналу, спотвореного в лініях зв'язку, фільтри брязкоту, двохпозиційні регулятори в системах автоматичного регулювання , імпульсні перетворювачі напруги , Пристрої широтно-імпульсного регулювання, таймери і ін.

Влітку 1970 року США знаходилися в економічній кризі. мікроелектронна компанія Signetics скоротила половину персоналу. Серед звільнених виявився і схемотехник Ганс Камензінд , Який розробляв на Signetics мікросхеми ФАПЧ . Камензінд продовжив роботу над аналоговими схемами у себе в гаражі. Спочатку він налагодив схему інтегрального ГУН з частотою, що не залежала від напруги живлення. Схема ФАПЧ, згодом випускалася під ім'ям NE566, містила всі структурні блоки майбутнього таймера 555 - дільник напруги, компаратори, тригер і аналоговий ключ [1] . Вона виробляла коливання трикутної форми, амплітуда яких була задана внутрішнім дільником, а частота - зовнішньої частотозадающей RC-ланцюгом.

Камензінд зумів продати розробку колишньому роботодавцю, а потім запропонував доопрацювати ІС 566, перетворивши її в чекає мультивибратор - генератор одиночних імпульсів. Ідея зустріла опір: опоненти вважали, що дешевий інтегральний таймер підірве сформований ринок операційних підсилювачів і стабилитронов , І тільки завдяки втручанню керівника продажів Арта Ф'юрі проект отримав схвалення. Ф'юрі і придумав йому назву NE555 (NE - префікс Sig ne tics) [2] . Довгий час Камензінду не вдавалося упакувати схему в дешевий восьмівиводной корпус - модифікований 556 виходив девятівиводной. Рішенням стала заміна вбудованого генератора стабільного струму, заряджає времязадающій конденсатор, на звичайний резистор. У мікросхемі ГУН така заміна була неприпустимою, в мікросхемі таймера вона виявилася виправданою. Ще п'ять місяців зайняла підготовка налагодженої на макеті схеми до виробництва. За цей час співробітники Signetics, які пішли до конкурентів разом з розробкою Камензінда, встигли запустити її в серію, але з початком продажів справжнього NE555 відмовилися від цього проекту. За наполяганням Ф'юрі NE555 продавався по безпрецедентно низькій для свого часу стартовою ціною в 75 центів - в 1971 році ніхто з конкурентів не був готовий до суперництва на такій позначці [3] . Мікросхема містила 23 транзистора, 16 резисторів і 2 діода [4] .

У міру здешевлення виробництва випуск 555 освоїли і конкуренти. Російськими аналогами таймерів типу 555 є КР1006ВІ1, КР1008ВІ1 і КР1087ВІ2. КР1087ВІ3 - здвоєний таймер (аналог 556); КР1087ВІ1 - счетверённий таймер (аналог 558). Слід зауважити, що таймер КР1006ВІ1 за своєю логікою роботи має одна відмінність від прототипу NE555, а саме вхід зупинки R вітчизняної мікросхеми має пріоритет над входом запуску S, тоді як у інших мікросхем - навпаки. Ця обставина відображено в офіційній документації до мікросхемі КР1006ВІ1 і тому нерідко ставало причиною проблем у недосвідчених радіоаматорів. На щастя, в більшості конструкцій, де використовується таймер, пріоритети входів R і S не грають ролі. Також випускаються різні економічні модифікації таймера, виконані по КМОП-технології, наприклад це мікросхеми ICM7555IPA, GLC555 і їх вітчизняний аналог КР1441ВІ1. першу КМОП -версію почали випускати ще в 1970-і роки на Intersil [5] .

Мікросхема складається з дільника напруги з двома опорними напруженнями для порівняння, двох прецизійних компараторов (низького і високого рівнів), RS-тригера з додатковим входом скидання, транзисторного ключа з відкритим колектором і вихідного підсилювача потужності для збільшення навантажувальної здатності.

Номінальна напруга живлення базової версії мікросхеми може перебувати в межах 4,5 ... 16,5 В. Деякі модифікації працездатні до 18 В. КМОП-версії відрізняються можливістю роботи при зниженій напрузі живлення (від 2 В).

Споживаний мікросхемою струм може досягати величини 6 ... 15 мА в залежності від напруги живлення (6 мА при VCC = 5 В і 15 мА при VCC = 15 В). Типове споживання буває менше і зазвичай становить 3 ... 10 мА в стані низького рівня і 2 ... 9 мА - в стані високого. Струм споживання КМОП-версій таймера не перевищує сотень мікроампер.

Максимальний вихідний струм для вітчизняної КР1006ВІ1 і КМОП-версій таймера становить 100 мА. Більшість нині випускаються зарубіжних аналогів, виконаних по біполярної технології, допускає вихідний струм до 200 мА і більше.

Особливості та недоліки [ правити | правити код ]

Застосована схема відключається внутрішнього дільника напруги на вході троичного компаратора унеможливлює незалежну установку напруг порівняння верхнього і нижнього компараторов, що зменшує область можливого застосування мікросхеми. У цих випадках можна застосувати мікросхему подвійного компаратора з двома вбудованими логічними елементами 3І-НЕ для побудови RS-тригера NE521 [6] .

До недоліків біполярного таймера також можна віднести значний імпульсний струм споживання (до 300-400 мА) в моменти перемикання таймера. Цей струм викликаний наскрізними струмами вихідного каскаду мікросхеми. З даною особливістю пов'язана рекомендація підключати між висновком 5 ( «контроль дільника») і мінусом харчування блокуючий конденсатор на 0,01 ... 0,1 мкФ. Він захищає внутрішній дільник мікросхеми від перешкод, що наводяться по ланцюгу харчування в моменти перемикання таймера, що усуває нестабільність його запуску і підвищує загальну надійність схеми. Для аналогічних цілей мікросхему рекомендується шунтировать по ланцюгу харчування керамічним конденсатором ємністю 1 мкФ, який розташовується в безпосередній близькості до мікросхеми. Слід зауважити, що зазначений недолік практично усунутий в КМОП-версіях таймера, тому застосування з ними додаткових конденсаторів звичайно не потрібно.

Розташування висновків і позначення на схемах [ правити | правити код ]

NE555 найчастіше випускається в корпусі PDIP8 і SO8, але зустрічаються й інші варіанти корпусу. На схемах зазвичай позначається у вигляді прямокутника з написом «G1 / GN», яка розшифровується як спеціалізований генератор, який використовується для формування одиночних імпульсів або серій імпульсів. Розташування висновків є стандартним для всіх однотипних мікросхем:

№ виведення
NE555 № виведення
NE556 Позначення альтер-
нативное
позначення Призначення Опис 1 7 GND -U Загальний Загальний провід, мінус живлення 2 6/8 TRIG S Запуск Коли напруга на цьому виході стає нижче 1/3 від VCC, на виході з'являється напруга високого рівня, починається відлік часу. 3 5/9 OUT Q або без
позначення Вихід На цьому висновку формується одне з двох напруг, приблизно відповідних GND і V CC - 1,5 В, в залежності від стану таймера. 4 4/10 RESET E Скидання (дозвіл запуску) При подачі на цей вхід напруги менше 0,7 В вихід мікросхеми примусово переходить в стан низького рівня (перемикається на GND). Це відбувається незалежно від стану інших входів, тобто даний вхід має найвищий пріоритет. Іншими словами, високий рівень напруги на даному вході (більше 0,7 В) дозволяє запуск таймера, в іншому випадку запуск заборонений. 5 3/11 CTRL UR Управління (контроль дільника) Підключений безпосередньо до внутрішнього делителю напруги. При відсутності зовнішнього сигналу має напругу 2/3 від V CC. Визначає пороги зупинки і запуску. 6 2/12 THR R Зупинка Коли напруга на цьому висновку перевищує напругу на виводі CTRL, на виході встановлюється напруга низького рівня, інтервал закінчується. Зупинка можливий, якщо на вхід TRIG не надходить сигнал запуску, так як вхід TRIG має пріоритет над THR (виняток - мікросхема КР1006ВІ1). 7 1/13 DIS ◊ або ¤ <Розряд Вихід типу « відкритий колектор », Зазвичай використовується для розрядки времязадающего конденсатора між інтервалами. Стану цього виходу повторюють стану основного виходу OUT, тому можливо їх паралельне з'єднання для збільшення навантажувальної здатності таймера по втікає току. 8 14 V CC + U Харчування Плюс харчування. 4.5V ... 18V.

Прецизійний тригер Шмітта [ правити | правити код ]

Якщо на з'єднані входи THRES і TRIG подати вхідний сигнал, то NE555 буде працювати в режимі инвертирующего прецизійного тригера Шмітта . величина гистерезиса визначається вбудованим подільником і дорівнює третині напруги харчування.

одновібратор [ правити | правити код ]

Вхідний імпульс низького рівня на вході INPUT викликає перемикання таймера в режим відліку часу (на виході OUTPUT високий рівень), який триває заданий проміжок часу t = 1, 1 ⋅ R ⋅ C {\ displaystyle t = 1,1 \ cdot R \ cdot C } , А потім таймер переключається назад до стабільного стану (низький рівень на виході OUTPUT).
Варто відзначити два факти:

1. Поява низького рівня на вході RESET перемикає таймер в стабільний стан і переводить вихід OUTPUT на низький рівень.
2. Поки на вході INPUT залишається низький рівень, вихід OUTPUT завжди має високий рівень.

мультивибратор [ правити | правити код ]

Напруга на виході OUTPUT періодично змінюється, генеруються прямокутні імпульси, що описуються наступними рівняннями:
Тривалість високого рівня t 1 = ln ⁡ 2 ⋅ (R 1 + R 2) ⋅ C = 0, 693 ⋅ (R 1 + R 2) ⋅ C {\ displaystyle t_ {1} = \ ln 2 \ cdot (R1 + R2 ) \ cdot C = 0,693 \ cdot (R1 + R2) \ cdot C} ,
низького - t 2 = ln ⁡ 2 ⋅ R 2 ⋅ C = 0, 693 ⋅ R 2 ⋅ C {\ displaystyle t_ {2} = \ ln 2 \ cdot R2 \ cdot C = 0,693 \ cdot R2 \ cdot C}
Період T = ln ⁡ 2 ⋅ (R 1 + 2 * R 2) ⋅ C = 0, 693 ⋅ (R 1 + 2 * R 2) ⋅ C {\ displaystyle T = \ ln 2 \ cdot (R1 + 2 * R2 ) \ cdot C = 0,693 \ cdot (R1 + 2 * R2) \ cdot C}
Частота f = 1 ln ⁡ 2 ⋅ (R 1 + 2 * R 2) ⋅ C {\ displaystyle f = {\ frac {1} {\ ln 2 \ cdot (R1 + 2 * R2) \ cdot C}}}
Наприклад, при номіналах

R 1 = 5 k O h m = 5000 O h m {\ displaystyle R1 = 5kOhm = 5000Ohm} , R 2 = 2 k O h m = 2000 O h m {\ displaystyle R2 = 2kOhm = 2000Ohm} , C = 47 μ F = 0, 000047 F {\ displaystyle C = 47 \ mu F = 0,000047F} маємо: t 1 = ln ⁡ 2 ⋅ (R 1 + R 2) ⋅ C = 0, 693 ⋅ 7000 ⋅ 0, 000047 = 0, 227997 (sec) {\ displaystyle t_ {1} = \ ln 2 \ cdot (R1 + R2) \ cdot C = 0,693 \ cdot 7000 \ cdot 0,000047 = 0,227997 (sec)} t 2 = ln ⁡ 2 ⋅ R 2 ⋅ C = 0, 693 ⋅ 2000 ⋅ 0, 000047 = 0, 065142 (sec) {\ displaystyle t_ {2} = \ ln 2 \ cdot R2 \ cdot C = 0,693 \ cdot 2000 \ cdot 0,000047 = 0,065142 (sec)} T = ln ⁡ 2 ⋅ (R 1 + 2 * R 2) ⋅ C = 0, 693 ⋅ 9000 ⋅ 0, 000047 = 0, 293139 {\ displaystyle T = \ ln 2 \ cdot (R1 + 2 * R2) \ cdot C = 0,693 \ cdot 9000 \ cdot 0,000047 = 0,293139} f = 1 ln ⁡ 2 ⋅ (R 1 + 2 * R 2) ⋅ C = 1 0, 693 ⋅ 9000 ⋅ 0, 000047 = 1 0, 293139 = 3, 41135 (H z) {\ displaystyle f = {\ frac {1} {\ ln 2 \ cdot (R1 + 2 * R2) \ cdot C}} = {\ frac {1} {0,693 \ cdot 9000 \ cdot 0,000047}} = {\ frac {1} {0, 293139}} = 3,41135 (Hz)}

Якщо необхідна тривалість низького рівня більше тривалості високого ( шпаруватість > 2) необхідно доповнити наведену схему діодом , Анод якого підключений до висновку 7, а катод до висновку 6 мікросхеми NE555. У цьому випадку конденсатор С буде заряджатися через резистор R1 (а R2 при цьому буде накоротко замкнутий діодом) і тривалість високого рівня буде визначатися формулою
t 1 = ln ⁡ 2 ⋅ R 1 ⋅ C = 0, 6931472 ⋅ R 1 ⋅ C {\ displaystyle t_ {1} = \ ln 2 \ cdot R1 \ cdot C = 0,6931472 \ cdot R1 \ cdot C} ,
При розрядці же струм буде протікати від конденсатора С, через резистор R2 до контакту 7 мікросхеми - DISCHARGE, якраз призначеного для розрядки конденсатора. Резистор R1 в розрядці не бере і, відповідно, тривалість низького рівня складе:
t 2 = ln ⁡ 2 ⋅ R 2 ⋅ C = 0, 6931472 ⋅ R 2 ⋅ C {\ displaystyle t_ {2} = \ ln 2 \ cdot R2 \ cdot C = 0,6931472 \ cdot R2 \ cdot C}
Повний період T = ln ⁡ 2 ⋅ (R 1 + R 2) ⋅ C = 0, 69314172 ⋅ (R 1 + R 2) ⋅ C {\ displaystyle T = \ ln 2 \ cdot (R1 + R2) \ cdot C = 0,69314172 \ cdot (R1 + R2) \ cdot C}
Частота f = 1 ln ⁡ 2 ⋅ (R 1 + R 2) ⋅ C {\ displaystyle f = {\ frac {1} {\ ln 2 \ cdot (R1 + R2) \ cdot C}}}
Таким чином, підключивши змінний резистор до висновків мікросхеми 8 - Vcc і 2 - TRIGGER, а ковзний контакт до висновку 7 - DISCHARGE, можна отримати найпростіший ШІМ регулятор з постійною частотою і плавним регулюванням коефіцієнта заповнення в діапазоні 1..99%
Наприклад, при

R 1 = 2, 5 k O h m = 2500 O h m {\ displaystyle R1 = 2,5kOhm = 2500Ohm} , R 2 = 7, 5 k O h m = 7500 O h m {\ displaystyle R2 = 7,5kOhm = 7500Ohm} , C = 147 μ F = 0, 000147 F {\ displaystyle C = 147 \ mu F = 0,000147F} маємо: t 1 = ln ⁡ 2 ⋅ R 1 ⋅ C = 0, 6931472 ⋅ 2500 ⋅ 0, 000147 = 0, 2547316 (sec) {\ displaystyle t_ {1} = \ ln 2 \ cdot R1 \ cdot C = 0, 6931472 \ cdot 2500 \ cdot 0,000147 = 0,2547316 (sec)} t 2 = ln ⁡ 2 ⋅ R 2 ⋅ C = 0, 6931472 ⋅ 7500 ⋅ 0, 000147 = 0, 7641948 (sec) {\ displaystyle t_ {2} = \ ln 2 \ cdot R2 \ cdot C = 0,6931472 \ cdot 7500 \ cdot 0,000147 = 0,7641948 (sec)} T = ln ⁡ 2 ⋅ (R 1 + R 2) ⋅ C = 0, 6931472 ⋅ 10000 ⋅ 0, 000147 = 1, 0189264 {\ displaystyle T = \ ln 2 \ cdot (R1 + R2) \ cdot C = 0, 6931472 \ cdot 10000 \ cdot 0,000147 = 1,0189264} f = 1 ln ⁡ 2 ⋅ (R 1 + R 2) ⋅ C = 1 0, 6931472 ⋅ 10000 ⋅ 0, 000147 = 1 1, 0189264 = 0, 9814252 (H z) {\ displaystyle f = {\ frac {1 } {\ ln 2 \ cdot (R1 + R2) \ cdot C}} = {\ frac {1} {0,6931472 \ cdot 10000 \ cdot 0,000147}} = {\ frac {1} {1,0189264} } = 0,9814252 (Hz)}

1. ↑ Camenzind, 2005 , P. 11-1.
2. ↑ Camenzind, 2005 , Pp. 11-2,11-3.
3. ↑ Camenzind, 2005 , P. 11-3.
4. ↑ Brian Santo. Signetics NE555 Timer (1971) (англ.), 25 Microchips That Shook the World, IEEE Spectrum (1 May 2009). Дата обігу 9 грудня 2015.
5. ↑ Camenzind, 2005 , P. 11-7.
6. ↑ NE521 High-Speed ​​Dual-Differential Comparator / Sense Amp

• Camenzind, H. Designing Analog Circuits. - Virtualbookworm Publishing, 2005. - 244 p. - ISBN 9781589397187 .
• Євсєєв А. Н. Електронні пристрої для будинку. - М.: Радіо, 1994. - 144 с.
• Гаврилов К. Застосування мікросхеми КР1441ВІ1: Радіо. - 2011. - № 6. - С. с. 34-36.