Ενσωματωμένος χρονοδιακόπτης NE555 - ιστορικό, σχεδιασμός και λειτουργία

Η ιστορία της δημιουργίας ενός πολύ δημοφιλούς τσιπ και μια περιγραφή της εσωτερικής του δομής

Ένας από τους θρύλους των ηλεκτρονικών είναι τσιπ ολοκληρωμένου κυκλώματος NE555. Αναπτύχθηκε το 1972. Αυτή η μακροζωία είναι μακριά από κάθε τσιπ και δεν μπορεί καν να είναι υπερήφανη για κάθε τρανζίστορ. Τι είναι λοιπόν τόσο ξεχωριστό για αυτό το μικροκυκλωματικό κύκλωμα, το οποίο έχει τρία πεντάρια στη σήμανση του;

Η Signetics εγκαινιάζει τη σειρά παραγωγής του NE555 Chip ακριβώς ένα χρόνο μετά αναπτύχθηκε από τον Hans R. Kamensind. Το πιο εκπληκτικό στην ιστορία αυτή ήταν ότι εκείνη την εποχή ο Kamensind ήταν ουσιαστικά άνεργος: εγκατέλειψε το PR Mallory, αλλά δεν κατάφερε να φτάσει οπουδήποτε. Στην πραγματικότητα, ήταν μια «εργασία στο σπίτι».

Το τσιπ είδε το φως της ημέρας και κέρδισε τόσο μεγάλη φήμη και δημοτικότητα χάρη στις προσπάθειες του διευθυντή Signetics Art Fury, ο οποίος ήταν, φυσικά, φίλος του Kamensind. Εργάστηκε για τη General Electric, οπότε γνώριζε την αγορά ηλεκτρονικών ειδών που χρειάζονταν εκεί και πώς να προσελκύει την προσοχή ενός δυνητικού αγοραστή.

Σύμφωνα με τα απομνημονεύματα του Kamensinda A. Fury ήταν ένας πραγματικός ενθουσιώδης και εραστής του σκάφους του. Στο σπίτι είχε ένα ολόκληρο εργαστήριο γεμάτο ραδιοσυσκευές, όπου διεξήγαγε διάφορες μελέτες και πειράματα. Αυτό επέτρεψε τη συγκέντρωση τεράστιας πρακτικής εμπειρίας και την εμβάθυνση των θεωρητικών γνώσεων.

Την εποχή εκείνη τα προϊόντα της Signetics ονομάζονταν "5 **" και ο έμπειρος A. Fury, ο οποίος είχε υπερφυσική αίσθηση της αγοράς ηλεκτρονικών, αποφάσισε ότι η σήμανση 555 (τρία πεντάφυλλα) θα ήταν ευπρόσδεκτη για το νέο τσιπ. Και δεν έκανε λάθος: η μικροκυκλοφορία πήγε απλά σαν ζεστά κέικ, έγινε ίσως η πιο τεράστια σε όλη την ιστορία της δημιουργίας μικροκυκλωμάτων. Το πιο ενδιαφέρον είναι ότι η μικροκυκλοφορία δεν έχει χάσει τη σημασία της μέχρι σήμερα.

Λίγο αργότερα, εμφανίστηκαν δύο γράμματα στη σήμανση του μικροκυκλώματος, έγινε γνωστό ως NE555. Αλλά δεδομένου ότι εκείνη την εποχή υπήρχε πλήρης αναστάτωση στο σύστημα κατοχύρωσης με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας, ο ενσωματωμένος χρονοδιακόπτης έσπευσε να απελευθερώσει όλους όσους δεν είναι τεμπέλης, φυσικά, βάζοντας τρία (διαβάστε τα γράμματα) σας μπροστά σε τρεις πεντάδες. Αργότερα, βάσει του χρονοδιακόπτη 555, αναπτύχθηκαν διπλοί (IN556N) και τετραπλοί (IN558N) χρονομετρητές, φυσικά, σε περισσότερες περιπτώσεις πολλαπλών ακίδων. Αλλά η βάση ήταν ακόμα η ίδια NE555.

Το Σχ. 1. Ενσωματωμένος χρονοδιακόπτης NE555

555 στην ΕΣΣΔ

Η πρώτη περιγραφή των 555 στην οικιακή ραδιοτεχνική βιβλιογραφία εμφανίστηκε ήδη το 1975 στην εφημερίδα Electronics. Οι συντάκτες του άρθρου σημείωσαν το γεγονός ότι αυτό το τσιπ θα απολαμβάνει όχι λιγότερο δημοτικότητα από τους ευρέως γνωστούς επιχειρησιακούς ενισχυτές εκείνη την εποχή. Και δεν ήταν καθόλου λανθασμένες. Η μικροκυκλοφορία έδωσε τη δυνατότητα δημιουργίας πολύ απλών σχεδίων και σχεδόν όλοι τους άρχισαν να εργάζονται άμεσα, χωρίς επώδυνη προσαρμογή. Αλλά είναι γνωστό ότι η επαναληψιμότητα του σχεδίου στο σπίτι αυξάνεται ανάλογα με το τετράγωνο της "απλότητας" του.

Στη Σοβιετική Ένωση στα τέλη της δεκαετίας του 80, αναπτύχθηκε ένα πλήρες ανάλογο του 555, το οποίο ονομάζεται KR1006VI1. Η πρώτη βιομηχανική εφαρμογή του εγχώριου αναλόγου ήταν στο VCR12 Electronics video recorder.

Κατασκευαστές chip NE555:

Εσωτερικό τσιπ συσκευών NE555

Πριν πιάσετε το συγκολλητικό σίδερο και ξεκινήσετε τη συναρμολόγηση της δομής στο ενσωματωμένο χρονοδιακόπτη, ας καταλάβουμε πρώτα τι είναι μέσα και πώς λειτουργεί όλα. Μετά από αυτό, θα είναι πολύ πιο εύκολο να καταλάβουμε πώς λειτουργεί ένα συγκεκριμένο πρακτικό σχήμα.

Ο ενσωματωμένος χρονοδιακόπτης περιέχει πάνω από είκοσι τρανζίστορη σύνδεση του οποίου φαίνεται στο σχήμα - https://elv.electricianexp.com/555ic.jpg

Όπως μπορείτε να δείτε, το διάγραμμα κυκλώματος είναι πολύ περίπλοκο και δίνεται εδώ μόνο για γενικές πληροφορίες.Μετά από όλα, δεν μπορείτε να μπείτε σε αυτό με ένα συγκολλητικό σίδερο ούτως ή άλλως, δεν θα μπορείτε να το επισκευάσετε. Στην πραγματικότητα, αυτό ακριβώς συμβαίνει με όλα τα άλλα μικροκυκλώματα, ψηφιακά και αναλογικά, από το εσωτερικό (βλ. Υπόμνημα αναλογικά μάρκες) Αυτή είναι η τεχνολογία για την παραγωγή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Δεν θα είναι επίσης δυνατή η κατανόηση της λογικής της συσκευής στο σύνολό της από ένα τέτοιο σχήμα, επομένως το λειτουργικό σχήμα φαίνεται κατωτέρω και δίνεται η περιγραφή του.

Τεχνικά δεδομένα

Αλλά, πριν ασχοληθείτε με τη λογική του τσιπ, θα πρέπει πιθανώς να φέρετε τις ηλεκτρικές παραμέτρους του. Το φάσμα των τάσεων τροφοδοσίας είναι αρκετά ευρύ 4.5 ... 18V και το ρεύμα εξόδου μπορεί να φθάσει τα 200mA, πράγμα που επιτρέπει τη χρήση ακόμη και ρελέ χαμηλής ισχύος ως φορτίο. Το ίδιο το τσιπ καταναλώνει πολύ λίγο: στο ρεύμα φορτίου προστίθενται μόνο 3 ... 6 mA. Την ίδια στιγμή, η ακρίβεια του ίδιου του χρονομετρητή είναι πρακτικά ανεξάρτητη από την τάση τροφοδοσίας, - μόνο το 1% της υπολογιζόμενης τιμής. Η απόκλιση είναι μόνο 0,1% / vol. Η μετατόπιση της θερμοκρασίας είναι επίσης μικρή - μόνο 0, 005% / ° C. Όπως μπορείτε να δείτε, όλα είναι αρκετά σταθερά.

Λειτουργικό διάγραμμα του NE555 (KR1006VI1)

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, στην ΕΣΣΔ έκαναν ένα ανάλογο του αστικού NE555 και το ονόμασαν KR1006VI1. Το ανάλογο αποδείχθηκε πολύ επιτυχές, όχι χειρότερο από το πρωτότυπο, ώστε να μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε χωρίς φόβο ή αμφιβολία. Το σχήμα 3 δείχνει το λειτουργικό διάγραμμα του ενσωματωμένου χρονοδιακόπτη KR1006VI1. Είναι απόλυτα συνεπής με το τσιπ NE555.

Σχήμα 3. Λειτουργικό διάγραμμα του ενσωματωμένου χρονοδιακόπτη KR1006VI1

Το ίδιο το τσιπ δεν είναι τόσο μεγάλο - είναι διαθέσιμο σε πακέτο DIP8 οκτώ ακίδων, καθώς και σε μικρό μέγεθος SOIC8. Το τελευταίο δείχνει ότι 555 μπορούν να χρησιμοποιηθούν για επεξεργασία SMD, με άλλα λόγια, οι προγραμματιστές εξακολουθούν να ενδιαφέρονται για αυτό.

Υπάρχουν επίσης λίγα στοιχεία στο εσωτερικό του μικροκυκλώματος. Το κύριο είναι η πιο κοινή RS είναι μια σκανδάλη DD1. Όταν μια λογική μονάδα τροφοδοτείται στην είσοδο R, η σκανδάλη επαναφέρεται στο μηδέν και όταν μια λογική μονάδα τροφοδοτείται στην είσοδο S, είναι φυσικά ρυθμισμένη σε μία. Για την παραγωγή σημάτων ελέγχου στις εισόδους RS ειδικού κυκλώματος στους συγκριτές, το οποίο θα συζητηθεί αργότερα.

Τα φυσικά επίπεδα μιας λογικής μονάδας εξαρτώνται, φυσικά, από την χρησιμοποιούμενη τάση τροφοδοσίας και κυμαίνονται πρακτικά από το Upit / 2 έως το σχεδόν πλήρες Upit. Περίπου η ίδια αναλογία παρατηρείται για τα λογικά μικροκυκλώματα της δομής CMOS. Το λογικό μηδέν είναι, ως συνήθως, μέσα στο 0 ... 0.4V. Αλλά αυτά τα επίπεδα είναι μέσα στο μικροκυκλώματα, μπορείτε μόνο να μαντέψετε γι 'αυτά, αλλά δεν μπορείτε να τα αισθανθείτε με τα χέρια σας, δεν μπορείτε να δείτε με τα μάτια σας.

Στάδιο εξόδου

Για να αυξηθεί η χωρητικότητα φορτίου του τσιπ, μια ισχυρή βαθμίδα εξόδου στα τρανζίστορ VT1, VT2 συνδέεται στην έξοδο της σκανδάλης.

Εάν η επαναφορά σκανδαλισμού RS είναι επαναφορά, τότε η έξοδος (ακροδέκτης 3) περιέχει μια λογική μηδενική τάση, δηλ. ανοικτό τρανζίστορ VT2. Στην περίπτωση που η σκανδάλη είναι εγκατεστημένη στην έξοδο, το επίπεδο της λογικής μονάδας είναι επίσης.

Η βαθμίδα εξόδου γίνεται με ένα κύκλωμα ώθησης-έλξης, το οποίο σας επιτρέπει να συνδέσετε το φορτίο μεταξύ της εξόδου και του κοινού καλωδίου (ακροδέκτες 3.1) ή του διαύλου ισχύος (ακροδέκτες 3.8).

Μια μικρή παρατήρηση στο στάδιο της παραγωγής. Κατά την επισκευή και τη ρύθμιση συσκευών σε ψηφιακά μικροκυκλώματα, μια από τις μεθόδους ελέγχου του κυκλώματος είναι να παρέχει ένα σήμα χαμηλής στάθμης στις εισόδους και εξόδους των μικροκυκλωμάτων. Κατά κανόνα, αυτό γίνεται με το βραχυκύκλωμα στο κοινό καλώδιο αυτών των εισόδων και εξόδων με τη βοήθεια μιας βελόνας ραψίματος, ενώ δεν προκαλεί καμιά βλάβη στο μικροκύκλωμα.

Σε ορισμένα κυκλώματα, το τροφοδοτικό NE555 είναι 5V, έτσι φαίνεται ότι αυτό είναι και ψηφιακή λογική και μπορείτε να το κάνετε αρκετά ελεύθερα. Αλλά στην πραγματικότητα αυτό δεν συμβαίνει. Στην περίπτωση του τσιπ 555 ή μάλλον με την έξοδο push-pull, τέτοια «πειράματα» δεν μπορούν να γίνουν: αν το τρανζίστορ εξόδου VT1 είναι αυτή τη στιγμή ανοιχτό, τότε θα εμφανιστεί ένα βραχυκύκλωμα και το τρανζίστορ απλά θα καεί. Και αν η τάση τροφοδοσίας είναι κοντά στο μέγιστο, τότε ένα απογοητευτικό τέλος είναι απλά αναπόφευκτο.

Πρόσθετο τρανζίστορ (καρφίτσα 7)

Εκτός από τα αναφερθέντα τρανζίστορ, υπάρχει επίσης ένα τρανζίστορ VT3. Ο συλλέκτης αυτού του τρανζίστορ συνδέεται με την έξοδο του τσιπ 7 "Εκφόρτιση". Σκοπός του είναι να αποφορτιστεί ο πυκνωτής ρύθμισης χρόνου κατά τη χρήση του μικροκυκλώματος ως γεννήτρια παλμών. Η εκφόρτιση του πυκνωτή συμβαίνει όταν επαναφέρεται η σκανδάλη DD1. Αν θυμηθούμε την περιγραφή της σκανδάλης, τότε στην αντίστροφη έξοδο (που υποδεικνύεται από έναν κύκλο στο διάγραμμα) αυτή τη στιγμή υπάρχει μια λογική μονάδα, η οποία οδηγεί στο άνοιγμα του τρανζίστορ VT3.

Σχετικά με το σήμα επαναφοράς (pin 4)

Μπορείτε να επαναφέρετε μια σκανδάλη ανά πάσα στιγμή - το σήμα "reset" έχει υψηλή προτεραιότητα. Για να γίνει αυτό, υπάρχει μια ειδική είσοδος R (ακίδα 4), που φαίνεται στο σχήμα ως Usbr. Όπως μπορεί να γίνει κατανοητό από το σχήμα, μια επαναφορά θα συμβεί εάν ένας παλμός χαμηλού επιπέδου όχι μεγαλύτερος από 0.7V εφαρμοστεί στην 4η έξοδο. Ταυτόχρονα, στην έξοδο του μικροκυκλώματος (ακροδέκτης 3) εμφανίζεται χαμηλή τάση.

Σε περιπτώσεις όπου δεν χρησιμοποιείται αυτή η είσοδος, εφαρμόζεται ένα επίπεδο λογικής μονάδας για να απαλλαγεί από τον θόρυβο παλμών. Ο ευκολότερος τρόπος είναι να συνδέσετε τον πείρο 4 απευθείας στον δίαυλο ισχύος. Σε καμία περίπτωση δεν πρέπει να το αφήνετε, όπως λένε, στον "αέρα". Τότε θα πρέπει να αναρωτιέστε και να σκεφτείτε για μεγάλο χρονικό διάστημα, και γιατί το κύκλωμα λειτουργεί τόσο ασταθείς;

Γενικές σημειώσεις ενεργοποίησης

Προκειμένου να μην είναι εντελώς σύγχυση σχετικά με την κατάσταση του σκανδάλου, θα πρέπει να υπενθυμίσουμε ότι στις συζητήσεις σχετικά με την ενεργοποίηση το κράτος της άμεσης εξόδου του λαμβάνεται πάντα υπόψη. Λοιπόν, αν λέγεται ότι η σκανδάλη είναι "εγκατεστημένη", τότε στην άμεση έξοδο η κατάσταση της λογικής μονάδας. Αν λένε ότι η σκανδάλη είναι "επαναφορά", τότε η άμεση έξοδος θα έχει σίγουρα μια κατάσταση λογικού μηδενός.

Στην αντίστροφη έξοδο (σημειωμένη με ένα μικρό κύκλο) όλα θα είναι ακριβώς το αντίθετο, επομένως, συχνά η έξοδος σκανδάλης ονομάζεται παραφάση. Για να μην μπερδέψουμε τα πάντα ξανά, δεν θα μιλήσουμε για αυτό πια.

Όποιος έχει διαβάσει προσεκτικά σε αυτό το μέρος μπορεί να ρωτήσει: "Με συγχωρείτε, είναι απλά μια σκανδάλη με ένα ισχυρό τρανζίστορ cascade στην έξοδο. Και πού είναι ο ίδιος ο χρονοδιακόπτης; " Και θα έχει δίκιο, επειδή το θέμα δεν έχει φτάσει ακόμα στο χρονομετρητή. Για να πάρει ένα χρονοδιακόπτη, ο πατέρας του, ο δημιουργός του Hans R. Kamensind, εφευρέθηκε ένας πρωτότυπος τρόπος να ελέγξει αυτό το σκανδάλη. Το τέχνασμα αυτής της μεθόδου είναι ο σχηματισμός σημάτων ελέγχου.

Δημιουργία σημάτων στις είσοδοι RS της σκανδάλης

Τι πήραμε λοιπόν; Η ενεργοποίηση DD1 ελέγχει τα πάντα μέσα στο χρονοδιακόπτη: αν είναι ρυθμισμένη σε μία, η τάση εξόδου είναι υψηλή και εάν επαναφέρεται, η έξοδος 3 είναι χαμηλή και το τρανζίστορ VT3 είναι επίσης ανοιχτό. Ο σκοπός αυτού του τρανζίστορ είναι να εκφορτίσει έναν πυκνωτή χρονισμού σε ένα κύκλωμα, για παράδειγμα, μια γεννήτρια παλμών.

Η σκανδάλη DD1 ελέγχεται χρησιμοποιώντας τους συγκριτές DA1 και DA2. Προκειμένου να ελεγχθεί η λειτουργία της σκανδάλης στις εξόδους των συγκριτών, είναι απαραίτητο να ληφθούν σήματα υψηλού επιπέδου R και S. Μια τάση αναφοράς εφαρμόζεται σε μία από τις εισόδους κάθε συγκριτή, η οποία παράγεται από ένα διαχωριστή ακριβείας σε αντιστάτες R1 ... R3. Η αντίσταση των αντιστάσεων είναι η ίδια, έτσι ώστε η τάση που εφαρμόζεται σε αυτά χωρίζεται σε 3 ίσα μέρη.

Δημιουργία σήματος ελέγχου ενεργοποίησης

Χρονοδιακόπτης εκκίνησης

Η άμεση τάση του 1 / 3U εφαρμόζεται στην άμεση είσοδο του συγκριτή DA2 και η εξωτερική τάση για την εκκίνηση του χρονομέτρου Uzap μέσω του πείρου 2 εφαρμόζεται στην αντίστροφη είσοδο του συγκριτή. Προκειμένου να δράσουμε στην είσοδο S της σκανδάλης DD1 στην έξοδο αυτού του συγκριτή, είναι απαραίτητο να αποκτήσουμε ένα υψηλό επίπεδο. Αυτό είναι εφικτό αν η τάση Ustap είναι στην περιοχή 0 ... 1 / 3U.

Ακόμη και ένας βραχυπρόθεσμος παλμός μιας τέτοιας τάσης θα ενεργοποιήσει τη σκανδάλη DD1 και την εμφάνιση ενός χρονιστή υψηλής τάσης. Εάν η είσοδος Ucap επηρεάζεται από τάση άνω του 1 / 3U και μέχρι την τάση τροφοδοσίας, τότε δεν θα υπάρξουν αλλαγές στην έξοδο του μικροκυκλώματος.

Σταματήστε το χρονόμετρο

Για να σταματήσετε το χρονοδιακόπτη, πρέπει απλώς να επαναφέρετε την εσωτερική σκανδάλη DD1 και γι 'αυτό, στην έξοδο του συγκριτή DA1, δημιουργήστε ένα σήμα υψηλού επιπέδου R. Ο συγκριτής DA1 ενεργοποιείται λίγο διαφορετικά από το DA2.Η τάση αναφοράς 2 / 3U εφαρμόζεται στην είσοδο αναστροφής και το σήμα ελέγχου "Όριο απόκρισης" Ufor εφαρμόζεται στην άμεση είσοδο.

Με αυτή την συμπερίληψη, ένα υψηλό επίπεδο στην έξοδο του συγκριτή DA1 θα συμβεί μόνο όταν η τάση Upoor στην άμεση είσοδο υπερβαίνει την τάση αναφοράς 2 / 3U στην αναστροφή. Σε αυτήν την περίπτωση, η σκανδάλη DD1 θα επαναρυθμιστεί και θα οριστεί ένα σήμα χαμηλής στάθμης στην έξοδο του μικροκυκλώματος (ακροδέκτης 3). Επίσης, θα ανοίξει το τρανζίστορ VT3 "discharge", το οποίο θα εκφορτίσει τον πυκνωτή ρύθμισης χρόνου.

Εάν η τάση εισόδου είναι εντός 1 / 3U ... 2 / 3U, δεν θα λειτουργήσει κανένας από τους συγκριτές, δεν θα λάβει χώρα αλλαγή στην κατάσταση στην έξοδο του χρονοδιακόπτη. Στην ψηφιακή τεχνολογία, αυτή η τάση ονομάζεται "γκρίζο επίπεδο". Αν απλά συνδέετε τις ακίδες 2 και 6, θα πάρετε ένα συγκριτικό με τα επίπεδα απόκρισης των 1 / 3U και 2 / 3U. Και ακόμη και χωρίς μια επιπλέον λεπτομέρεια!

Μεταβολή τάσης αναφοράς

Το συμπέρασμα 5, που ονομάζεται Uobr στο σχήμα, έχει σχεδιαστεί για να ελέγχει την τάση αναφοράς ή τις αλλαγές της χρησιμοποιώντας πρόσθετες αντιστάσεις. Είναι επίσης δυνατή η τροφοδοσία μίας τάσης ελέγχου σε αυτή την είσοδο, έτσι ώστε να είναι δυνατή η λήψη ενός σήματος διαμορφωμένης συχνότητας ή φάσης. Αλλά πιο συχνά αυτό το συμπέρασμα δεν χρησιμοποιείται, και για να μειωθεί η επίδραση των παρεμβολών συνδέεται με ένα κοινό σύρμα μέσω ενός πυκνωτή μικρής χωρητικότητας.

Ο μικροκυκλωτής τροφοδοτείται μέσω ακίδων 1 - GND, 2 + U.

Εδώ είναι η πραγματική περιγραφή του ενσωματωμένου χρονιστή NE555. Ο χρονοδιακόπτης έχει συλλέξει πολλά από όλα τα είδη κυκλωμάτων, τα οποία θα συζητηθούν στα παρακάτω άρθρα.

Μπόρις Αλαντίσκιν 

Συνέχεια του άρθρου: 555 Ενσωματωμένα σχέδια χρονοδιακόπτη