Temporizador integrado NE555 - historia, diseño y operación

La historia de la creación de un chip muy popular y una descripción de su estructura interna.

Una de las leyendas de la electrónica es chip de circuito integrado NE555. Fue desarrollado en 1972. Tal longevidad está lejos de cada chip y ni siquiera todos los transistores pueden estar orgullosos. Entonces, ¿qué tiene de especial este microcircuito, que tiene tres cinco en su marca?

Signetics lanza la producción en serie del chip NE555 exactamente un año después fue desarrollado por Hans R. Kamensind. Lo más sorprendente de esta historia fue que en ese momento Kamensind estaba prácticamente desempleado: renunció a PR Mallory, pero no logró llegar a ninguna parte. De hecho, fue una "tarea".

El chip vio la luz del día y ganó tanta fama y popularidad gracias a los esfuerzos del gerente de Signetics, Art Fury, quien, por supuesto, era amigo de Kamensind. Solía ​​trabajar para General Electric, por lo que sabía en el mercado de la electrónica lo que se necesitaba allí y cómo atraer la atención de un posible comprador.

Según las memorias de Kamensinda A. Fury era un verdadero entusiasta y amante de su oficio. En casa, tenía todo un laboratorio lleno de componentes de radio, donde realizó varios estudios y experimentos. Esto permitió acumular una amplia experiencia práctica y profundizar el conocimiento teórico.

En ese momento, los productos de Signetics se llamaban "5 **", y el experimentado A. Fury, que tenía un sentido sobrenatural del mercado de la electrónica, decidió que marcar 555 (tres cinco) sería muy bienvenido para el nuevo chip. Y no se equivocó: el microcircuito fue simplemente como hot cakes, se convirtió quizás en el más masivo en toda la historia de la creación de microcircuitos. Lo más interesante es que el microcircuito no ha perdido su relevancia hasta el día de hoy.

Algo más tarde, aparecieron dos letras en la marca del microcircuito, se hizo conocido como NE555. Pero dado que en esos días había un completo desastre en el sistema de patentes, el temporizador integrado se apresuró a liberar a todos los que no son perezosos, naturalmente, poniendo tres letras (lea la suya) frente a tres cinco. Más tarde, basado en el temporizador 555, se desarrollaron temporizadores duales (IN556N) y cuádruples (IN558N), por supuesto, en más casos de múltiples pines. Pero la base seguía siendo la misma NE555.

Fig. 1. Temporizador integrado NE555

555 en la URSS

La primera descripción de 555 en la literatura técnica radiofónica nacional apareció ya en 1975 en la revista Electronics. Los autores del artículo señalaron el hecho de que este chip disfrutará no menos popularidad que los amplificadores operacionales ampliamente conocidos en ese momento. Y no se equivocaron en absoluto. El microcircuito permitió crear diseños muy simples, y casi todos comenzaron a funcionar de inmediato, sin ajustes dolorosos. Pero se sabe que la repetibilidad del diseño en el hogar aumenta en proporción al cuadrado de su "simplicidad".

En la Unión Soviética a fines de los años 80, se desarrolló un análogo completo de 555, llamado KR1006VI1. La primera aplicación industrial del análogo doméstico fue en la grabadora de video VCR12 Electronics.

Fabricantes de chips NE555:

Chip de dispositivo interno NE555

Antes de agarrar el soldador y comenzar el ensamblaje de la estructura en el temporizador integral, primero descubramos qué hay dentro y cómo funciona todo. Después de eso, será mucho más fácil entender cómo funciona un esquema práctico específico.

El temporizador integrado contiene más de veinte. transistorescuya conexión se muestra en la figura - https://esv.electricianexp.com/555ic.jpg

Como puede ver, el diagrama del circuito es bastante complejo y se proporciona aquí solo para información general.Después de todo, no puedes entrar con un soldador de todos modos, no podrás repararlo. De hecho, esto es exactamente lo que todos los demás microcircuitos, tanto digitales como analógicos, miran desde adentro (ver - Chips analógicos legendarios) Tal es la tecnología para la producción de circuitos integrados. Tampoco será posible comprender la lógica del dispositivo en su conjunto mediante dicho esquema, por lo tanto, el esquema funcional se muestra a continuación y se proporciona su descripción.

Datos técnicos

Pero, antes de ocuparse de la lógica del chip, probablemente debería traer sus parámetros eléctricos. El rango de voltajes de alimentación es lo suficientemente amplio como 4.5 ... 18V, y la corriente de salida puede alcanzar 200mA, lo que permite el uso de relés de baja potencia como carga. El chip en sí consume muy poco: solo se agregan 3 ... 6 mA a la corriente de carga. Al mismo tiempo, la precisión del temporizador en sí es prácticamente independiente de la tensión de alimentación, solo el 1 por ciento del valor calculado. La deriva es de solo 0.1% / voltio. La deriva de temperatura también es pequeña: solo 0, 005% / ° C. Como puede ver, todo es bastante estable.

Diagrama funcional de NE555 (KR1006VI1)

Como se mencionó anteriormente, en la URSS hicieron un análogo del burgués NE555 y lo llamaron KR1006VI1. El análogo resultó ser muy exitoso, no peor que el original, por lo que puede usarlo sin temor ni dudas. La Figura 3 muestra el diagrama funcional del temporizador integrado KR1006VI1. Es totalmente compatible con el chip NE555.

Figura 3. Diagrama funcional del temporizador integrado KR1006VI1

El chip en sí no es tan grande: está disponible en un paquete DIP8 de ocho pines, así como en un SOIC8 de tamaño pequeño. Este último sugiere que 555 se puede usar para la edición SMD, en otras palabras, los desarrolladores todavía tienen interés en ello.

También hay pocos elementos dentro del microcircuito. El principal es el RS más común es un disparador DD1. Cuando una unidad lógica se alimenta a la entrada R, el disparador se restablece a cero, y cuando una unidad lógica se alimenta a la entrada S, se establece naturalmente en uno. Para generar señales de control en el RS - entradas circuito especial en comparadores, que se discutirá un poco más tarde.

Los niveles físicos de una unidad lógica dependen, por supuesto, de la tensión de alimentación utilizada y varían prácticamente desde Upit / 2 hasta Upit casi completo. Aproximadamente la misma proporción se observa para los microcircuitos lógicos de la estructura CMOS. El cero lógico es, como de costumbre, dentro de 0 ... 0.4V. Pero estos niveles están dentro del microcircuito, solo puedes adivinar sobre ellos, pero no puedes sentirlos con tus manos, no puedes ver con tus ojos.

Etapa de salida

Para aumentar la capacidad de carga del chip, se conecta una potente etapa de salida en los transistores VT1, VT2 a la salida del disparador.

Si se restablece el disparador RS, entonces la salida (pin 3) contiene un voltaje cero lógico, es decir transistor abierto VT2. En el caso de que el disparador se instale en la salida, el nivel de la unidad lógica también lo es.

La etapa de salida se realiza mediante un circuito push-pull, que le permite conectar la carga entre la salida y el cable común (terminales 3.1) o el bus de alimentación (terminales 3.8).

Un pequeño comentario sobre la etapa de salida. Al reparar y ajustar dispositivos en microcircuitos digitales, uno de los métodos para verificar el circuito es suministrar una señal de bajo nivel a las entradas y salidas de los microcircuitos. Como regla general, esto se realiza mediante un cortocircuito al cable común de estas entradas y salidas con la ayuda de una aguja de coser, sin causar ningún daño al microcircuito.

En algunos circuitos, la fuente de alimentación NE555 es de 5V, por lo que parece que esto también es lógica digital y también puede hacerlo con bastante libertad. Pero en realidad esto no es así. En el caso del chip 555, o mejor dicho, con su salida push-pull, tales "experimentos" no se pueden hacer: si el transistor de salida VT1 está abierto en este momento, se producirá un cortocircuito y el transistor simplemente se quemará. Y si el voltaje de suministro es cercano al máximo, entonces un final deplorable es simplemente inevitable.

Transistor adicional (pin 7)

Además de los transistores mencionados, también hay un transistor VT3. El colector de este transistor está conectado a la salida del chip 7 "Descarga". Su propósito es descargar el condensador de ajuste de tiempo cuando se usa el microcircuito como generador de pulsos. La descarga del condensador ocurre cuando se reinicia el disparador DD1. Si recordamos la descripción del disparador, en la salida inversa (indicada por un círculo en el diagrama) en este momento hay una unidad lógica que conduce a la apertura del transistor VT3.

Acerca de la señal de reinicio (pin 4)

Puede restablecer un activador en cualquier momento: la señal de "restablecimiento" tiene una alta prioridad. Para hacer esto, hay una entrada especial R (pin 4), indicada en la figura como Usbr. Como se puede entender en la figura, se producirá un reinicio si se aplica un pulso de bajo nivel de no más de 0.7V a la cuarta salida. Al mismo tiempo, aparecerá un voltaje de bajo nivel en la salida del microcircuito (pin 3).

En los casos en que esta entrada no se utiliza, se le aplica un nivel de unidad lógica para eliminar el ruido de impulso. La forma más fácil de hacerlo es conectando el pin 4 directamente al bus de alimentación. En ningún caso debes dejarlo, como dicen, en el "aire". Entonces tendrás que preguntarte y pensar durante mucho tiempo, y ¿por qué el circuito funciona de manera tan inestable?

Notas generales de activación

Para no confundirse por completo sobre el estado del disparador, debe recordarse que en las discusiones sobre el disparador siempre se tiene en cuenta el estado de su salida directa. Bueno, si se dice que el disparador está "instalado", entonces, en la salida directa, el estado de la unidad lógica. Si dicen que el disparador se "reinicia", entonces la salida directa tendrá un estado de cero lógico.

En la salida inversa (marcada con un círculo pequeño) todo será exactamente lo contrario, por lo tanto, a menudo la salida del disparador se llama parafase. Para no volver a confundir todo, no hablaremos más de esto.

Cualquiera que haya leído cuidadosamente este lugar puede preguntar: “Disculpe, es solo un disparador con una potente cascada de transistores en la salida. ¿Y dónde está el temporizador? Y tendrá razón, porque el asunto aún no ha llegado al temporizador. Para obtener un temporizador, su padre, el creador de Hans R. Kamensind, inventó una forma original de controlar este disparador. El truco de este método es la formación de señales de control.

Generación de señal en el RS - entradas del disparador

Entonces, ¿qué obtuvimos? El disparador DD1 controla todo dentro del temporizador: si está configurado en uno, el voltaje de salida es alto, y si se reinicia, la salida 3 es baja y el transistor VT3 también está abierto. El propósito de este transistor es descargar un condensador de temporización en un circuito, por ejemplo, un generador de impulsos.

El disparador DD1 se controla utilizando los comparadores DA1 y DA2. Para controlar el funcionamiento del disparador en las salidas de los comparadores, es necesario obtener señales de alto nivel R y S. Se aplica un voltaje de referencia a una de las entradas de cada comparador, que se genera mediante un divisor de precisión en las resistencias R1 ... R3. La resistencia de las resistencias es la misma, por lo que el voltaje que se les aplica se divide en 3 partes iguales.

Activación de la generación de señal de control

Inicio del temporizador

El voltaje directo de 1 / 3U se aplica a la entrada directa del comparador DA2, y el voltaje externo para iniciar el temporizador Uzap a través del pin 2 se aplica a la entrada inversa del comparador. Para actuar sobre la entrada S del disparador DD1 en la salida de este comparador, es necesario obtener un nivel alto. Esto es posible si el voltaje Ustap estará en el rango 0 ... 1 / 3U.

Incluso un pulso a corto plazo de tal voltaje activará el disparador DD1 y la aparición de un temporizador de alto nivel de voltaje. Si la entrada Ucap se ve afectada por un voltaje superior a 1 / 3U y hasta el voltaje de suministro, entonces no se producirán cambios en la salida del microcircuito.

Temporizador de parada

Para detener el temporizador, solo necesita reiniciar el disparador interno DD1, y para esto, en la salida del comparador DA1, generar una señal de alto nivel R. El comparador DA1 se enciende un poco diferente que DA2.El voltaje de referencia de 2 / 3U se aplica a la entrada inversora, y la señal de control "Umbral de respuesta" Ufor se aplica a la entrada directa.

Con esta inclusión, se producirá un nivel alto en la salida del comparador DA1 solo cuando el voltaje Upoor en la entrada directa exceda el voltaje de referencia 2 / 3U en el inversor. En este caso, el disparador DD1 se reiniciará y se establecerá una señal de bajo nivel en la salida del microcircuito (pin 3). Además, se abrirá el transistor VT3 de "descarga", que descargará el capacitor de ajuste de tiempo.

Si el voltaje de entrada está dentro de 1 / 3U ... 2 / 3U, ninguno de los comparadores funcionará, no se producirá un cambio de estado en la salida del temporizador. En tecnología digital, este voltaje se denomina "nivel de gris". Si simplemente conecta los pines 2 y 6, obtendrá un comparador con los niveles de respuesta de 1 / 3U y 2 / 3U. ¡E incluso sin un solo detalle adicional!

Cambio de voltaje de referencia

El pin 5, designado como Uobr en la figura, está diseñado para controlar la referencia de voltaje o cambiarla mediante resistencias adicionales. También es posible suministrar un voltaje de control a esta entrada, de modo que sea posible obtener una señal de frecuencia o fase modulada. Pero más a menudo esta conclusión no se usa, y para reducir la influencia de la interferencia, se conecta a un cable común a través de un condensador de pequeña capacidad.

El microcircuito se alimenta a través de los pines 1 - GND, 2 + U.

Aquí está la descripción real del temporizador integrado NE555. El temporizador ha recopilado muchos tipos de circuitos, que se discutirán en los siguientes artículos.

Boris Aladyshkin 

Continuación del artículo: 555 diseños de temporizador integrado