Načini delovanja, opis lastnosti in dodelitev pinov čipa NE555

Pri razvoju elektronskih naprav je pogosto potrebno generirati impulze določene dolžine ali ustvariti pravokoten signal z dano frekvenco in določenim razmerjem dolžine do pavze. Izkušenemu oblikovalcu ne bo težko oblikovati takšne naprave na ločenih digitalnih elementih, vendar je za ta namen bolj priročno uporabiti specializirano mikrovezje.

Kaj je čip NE555 in kje se lahko uporablja

Čip NE555 je bil razvit v 70. letih prejšnjega stoletja in je še vedno zelo priljubljen med profesionalci in amaterji. To je časovnik, zaprt v ohišju z 8 zatiči.Na voljo v DIP ali različnih različicah za površinsko montažo (SMD).

Mikrovezje vsebuje dva primerjalnika - zgornji in spodnji. Na njihovih vhodih se oblikuje referenčna napetost, enaka 2/3 in 1/3 napajalne napetosti. Delilnik tvorijo upori upornost 5 kOhm. Primerjalniki krmilijo natikače RS. Na njegov izhod sta priključena vmesni ojačevalnik in tranzistorsko stikalo. Vsak primerjalnik ima en prosti vhod, služi za dovajanje zunanjih krmilnih signalov. Zgornji primerjalnik se sproži, ko se pojavi visoka raven in preklopi izhod mikrovezja na nizko raven. Spodnji "varnik" zniža napetost pod 1/3 VCC in nastavi izhod časovnika na logično enoto.

Glavne značilnosti čipa NE555

Značilnosti časovnika različnih proizvajalcev se lahko razlikujejo v majhnih mejah, vendar nihče nima bistvenih odstopanj (razen mikrovezij neznanega izvora, lahko od njih pričakujete karkoli):

• Napajalna napetost je standardno označena od +5 do +15 V, čeprav podatkovni listi vsebujejo omejitve 4,5 ... 18 V.
• Izhodni tok je 200 mA.
• Izhodna napetost je največ VCC minus 1,6 V, vendar ne manjša od 2 V z napajalno napetostjo 5 V.
• Poraba toka pri 5 V ni večja od 5 mA, pri 15 V - do 13 mA.
• Napaka pri oblikovanju trajanja impulza ni večja od 2,25%.
• Največja delovna frekvenca je 500 kHz.

Vsi parametri so določeni za temperaturo okolice +25 °C.

Lokacija in namen zatičev

Izhodi časovnika so razporejeni standardno, ne glede na zasnovo ohišja - v naraščajočem vrstnem redu od tipke v nasprotni smeri urinega kazalca (gledano od zgoraj), od 1 do 8. Vsak izhod ima svoj namen:

1. GND – skupni napajalni kabel naprave.
2. TRIG - ko se uporabi nizka raven, zažene drugi (po shemi nižji) primerjalnik, na njegovem izhodu se pojavi logična enota, ki nastavi notranji RS flip-flop na 0. Nanj je priključeno zunanje časovno RC vezje. Ima prednost pred THR.
3. VEN - izhod. Visoka raven signala je nekoliko nižja od napajalne napetosti, nizka raven je 0,25 V.
4. PONASTAVITI - ponastaviti. Ne glede na signale na drugih vhodih, če je nizka raven, ponastavi izhod na 0 in onemogoči časovnik.
5. CTRL - upravljanje. Vedno ima raven 2/3 napetosti napajalne tirnice. Tukaj lahko uporabite zunanji signal in z njim modulirate izhod.
6. THR - ko se pojavi visoka raven (več kot 2/3 napajanja), se prvi (zgornji po shemi) sprožilec nastavi na 1 in notranji RS natikači preide v stanje logične enote.
7. DIS - praznjenje kondenzatorja za nastavitev časa. Ko se na izhodu pojavi sprožilec visoke ravni, se notranji tranzistor odpre, pride do hitrega praznjenja. Časovnik je pripravljen za naslednji cikel delovanja.
8. VCC – izhodna moč. Lahko se napaja z napetostjo od 5 do 15 V.

Opis načinov delovanja čipa NE555

Čeprav arhitektura časovnika omogoča uporabo v različnih načinih, obstajajo trije tipični načini delovanja za NE555.

En vibrator (multivibrator v pripravljenosti)

Začetni položaj:

• visoka logična raven vhoda 2;
• na vhodih R in S sprožilca - ničle;
• izhod sprožilca - 1;
• tranzistor razelektritvenega vezja je odprt, kondenzator C je ranžiran;
• izhod 3 je raven 0.

Ko se na vhodu 2 pojavi ničelna raven, spodnji primerjalnik preklopi na 1 in preklopi sprožilec na 0. Na izhodu mikrovezja se pojavi visoka raven.Hkrati se tranzistor zapre in preneha premikati kondenzator. Začne se polniti prek upora R. Takoj, ko napetost na njem doseže 2/3 VCC, bo zgornji primerjalnik deloval, sprožilec nastavil nazaj na 1, izhod časovnika pa na 0. Tranzistor se bo vklopil in izpraznil kapacitivnost . Tako bo na izhodu nastal pozitivni impulz, katerega začetek določi zunanji signal na vhodu 2, zaključek pa je odvisen od časa polnjenja kondenzatorja, ki se izračuna po formuli t=1,1⋅R⋅ C.

multivibrator

Ko se uporabi napajanje, se kondenzator izprazni, na vhodu 2 (in 6) logična 0, na izhodu časovnika 1 (ta postopek je opisan v prejšnjem razdelku). Po polnjenju kapacitivnosti skozi R1 in R2 na raven 2/3 VCC bo visoka raven na vhodu 6 obrnila izhod 3 na nič in izpraznilni tranzistor se bo vklopil. Toda kondenzator se ne bo izpraznil neposredno, ampak skozi R2. Posledično bo vezje prišlo v prvotni položaj in cikel se bo ponavljal znova in znova. Iz opisa procesa je razvidno, da je čas polnjenja določen z vsoto uporov R1, R2 in kapacitivnosti kondenzatorja, čas praznjenja pa nastavita R1 in C. Namesto R1 in R2, lahko postavite spremenljive upore in hitro nadzorujete frekvenco in delovni cikel impulzov. Formule za izračun:

• trajanje impulza t1=0,693⋅(R1+R2)⋅C;
• trajanje pavze t2=0,693⋅R2⋅C;
• hitrost ponovitve impulza f=1/(0,693(R1+2⋅R2)⋅C.

Čas premora ne sme presegati časa impulza. Da bi zaobšli to omejitev, sta vezja praznjenja in polnjenja ločena z vključitvijo diode v vezje (katoda do nožice 6, anoda do nožice 7).

Schmittov sprožilec

Na čipu 555 lahko zgradite Schmittov sprožilec.Ta naprava pretvori počasi spreminjajoči se signal (sinusoidni, žagasti itd.) v kvadratni val. Tu se časovna vezja ne uporabljajo, signal se napaja na vhoda 2 in 6, ki sta med seboj povezana. Ko je dosežen prag 2/3 VCC, se izhodna napetost nenadoma preklopi na 1, ko pade na raven 1/3, se tudi nenadoma zmanjša na nič. Območje nejasnosti je 1/3 napajalne napetosti.

Prednosti in slabosti

Glavna prednost čipa NE555 je njegova enostavna uporaba - za izgradnjo vezja zadostuje majhna vezava, ki je primerna za izračun. Hkrati so stroški naprave nizki.

Glavna pomanjkljivost časovnika je izrazita odvisnost trajanja impulza od napajalne napetosti. To je posledica dejstva, da se kondenzator v vezju enega vibratorja ali multivibratorja polni preko upora (ali dveh), zgornji terminal upora pa je priključen na napajalno vodilo. Tok skozi upor tvori napetost VCC - višja kot je, večji je tok, hitreje se bo napolnil kondenzator, prej bo primerjalnik deloval, krajši bo ustvarjeni časovni interval. Iz neznanega razloga tega trenutka ni v tehnični dokumentaciji, razvijalcem pa je dobro znan.

Druga pomanjkljivost časovnika je, da mejne napetosti primerjalnikov tvorijo notranji delilniki in jih ni mogoče prilagoditi. To omejuje možnosti uporabe NE555.

In še ena neprijetna lastnost. V povezavi s potisno-pull shemo za konstrukcijo izhodne stopnje, v trenutku preklopa (ko je zgornji tranzistor že odprt, spodnji pa še ni zaprt ali obratno) obstaja prehodni impulz toka. Njegovo trajanje je kratko, vendar vodi do dodatnega segrevanja mikrovezja in povzroča motnje v napajalnih tokokrogih.

Kakšni so analogi

V času obstoja časovnika je bilo razvitih in izdanih veliko število klonov. Proizvajajo jih različna podjetja, a vsi v imenu vsebujejo številko 555. Med tovarnami, ki proizvajajo analoge, so tako priljubljeni proizvajalci elektronskih komponent kot neznani proizvajalci iz jugovzhodne Azije. Če prvi zagotavljajo deklarirane parametre, potem od slednjega ne smemo pričakovati jamstev. Odstopanja od deklariranih lastnosti so lahko velika.

V ZSSR je bil razvit podoben časovnik KR1006VI1. Njegova funkcionalnost je popolnoma enaka originalu, z eno izjemo: njegov izhod 2 ima prednost pred izhodom 6 (in ne obratno, kot NE555). To je treba upoštevati pri načrtovanju shem. In še nekaj: indeks KR pomeni, da se mikrovezje proizvaja samo v paketu DIP8.

Primeri praktične uporabe

Obseg praktične uporabe časovnika je širok, v okviru tega pregleda teme ne bo mogoče v celoti zajeti. Toda najpogostejši primeri so vredni pozornosti.

V načinu enega vibratorja na več mikrovezjih je mogoče zgraditi kodno ključavnico s časovno omejitvijo za klicanje kode. Drug način je, da ga uporabite kot signalno napravo za dosego mejne vrednosti (osvetljenost, nivo napolnjenosti rezervoarja itd.) v povezavi z različnimi senzorji.

V načinu multivibratorja (način stabilnega delovanja) časovnik najde najširšo uporabo. Na več časovnikih lahko zgradite stikalo za girlande z ločeno regulacijo frekvence utripanja, časa in časa premora.NE555 je mogoče uporabiti kot osnovo za časovni rele in oblikovati čas vklopa potrošnika od 1 do 25 sekund. Za glasbenika lahko zgradite metronom. To je najpogosteje uporabljen način čipa in vseh aplikacij je nemogoče opisati.

Kot Schmittov sprožilec se časovnik uporablja redko. Toda v bistabilnem načinu brez elementov za nastavitev frekvence se NE555 uporablja kot odbojnik ali stikalo z dvema gumboma v načinu start-stop. Dejansko se uporablja samo vgrajena natikača RS. Znano je tudi, da se na podlagi časovnika izdela PWM krmilnik.

Obstajajo zbirke vezij, ki opisujejo različne aplikacije časovnika NE555. Opisujejo na tisoče načinov uporabe čipa. A tudi to morda ne bo dovolj za radovedni um oblikovalca in bo našel dodatno uporabo časovnika, ki še ni bil nikjer opisan. Možnosti, ki so jih določili razvijalci mikrovezja, to omogočajo.

Podobni članki: