Integroitu ajastin NE555 - historia, suunnittelu ja toiminta

Erittäin suositun sirun luomisen historia ja kuvaus sen sisäisestä rakenteesta

Yksi elektroniikan legendoista on integroitu piiri siru NE555. Se kehitettiin jo vuonna 1972. Tällainen pitkäikäisyys on kaukana kaikista siruista, eivätkä kaikki transistorit voi olla ylpeitä. Joten mikä on niin erityistä tässä mikropiirissä, jonka merkinnöissä on kolme viidettä?

Signetics käynnistää sarjan NE555 Chip -tuotannon tarkalleen vuoden kuluttua sen on kehittänyt Hans R. Kamensind. Upein asia tässä tarinassa oli se, että Kamensind oli tuolloin käytännössä työtön: hän lopetti PR Malloryn, mutta ei onnistunut päästä minnekään. Itse asiassa se oli ”kotitehtävä”.

Siru näki päivänvalon ja sai niin suuren maineen ja suosion Signetics-managerin Art Furyn ponnistelujen kautta, joka oli tietysti Kamensindin ystävä. Hän työskenteli aikaisemmin General Electricissä, joten hän tiesi elektroniikkamarkkinoista, mitä siellä tarvitaan ja kuinka houkutella potentiaalisen ostajan huomio.

Kamensindan muistelmien mukaan A. Fury oli todellinen harrastaja ja rakastaja käsityötään. Kotona hänellä oli koko radiokomponenteilla täytetty laboratorio, jossa hän suoritti erilaisia ​​tutkimuksia ja kokeita. Tämän avulla oli mahdollista kerätä laaja käytännön kokemus ja syventää teoreettista tietoa.

Tuolloin Signetics-tuotteita kutsuttiin nimellä “5 **”, ja kokenut A. Fury, jolla oli elektroniikkamarkkinoiden yliluonnollinen tunnelma, päätti, että merkitseminen 555 (kolme viittä) olisi tervetullutta uudelle sirulle. Ja hän ei erehtynyt: mikropiiri meni yksinkertaisesti kuin kuumia kakkuja, siitä tuli kenties massiivisin koko mikrosirujen luomishistorian aikana. Mielenkiintoisin asia on, että mikrosiru ei ole menettänyt merkitystään tänä päivänä.

Jonkin verran myöhemmin, kaksi kirjainta ilmestyi mikropiirin merkintään, siitä tuli tunnus NE555. Mutta koska noina päivinä patentointijärjestelmässä oli täydellinen sotku, integroitu ajastin ryntäsi vapauttamaan luonnollisesti kaikki, jotka eivät ole laiskoja, asettamalla kolme (lue) kirjeesi kolmen viiden eteen. Myöhemmin, 555-ajastimen perusteella, kaksois (IN556N) ja nelinkertainen (IN558N) ajastimet kehitettiin tietenkin useampaan moninapaiseen tapaukseen. Mutta perusta oli silti sama NE555.

Kuva 1. Integroitu ajastin NE555

555 Neuvostoliitossa

Ensimmäinen kuvaus 555: stä kotimaisessa radioteknisessä kirjallisuudessa ilmestyi jo vuonna 1975 Electronics-lehdessä. Artikkelin kirjoittajat panivat merkille, että tämä siru nauttii yhtä suosittua kuin tuolloin laajalti tunnetut operaatiovahvistimet. Ja he eivät olleet lainkaan väärässä. Mikropiiri mahdollisti hyvin yksinkertaisten mallien luomisen, ja melkein kaikki heistä alkoivat toimia välittömästi, ilman tuskallista säätämistä. Mutta tiedetään, että mallin toistettavuus kotona kasvaa suhteessa sen "yksinkertaisuuden" neliöön.

Neuvostoliitossa 80-luvun lopulla kehitettiin 555: n täydellinen analogi, jota kutsuttiin KR1006VI1. Kotimaisen analogin ensimmäinen teollisuussovellus oli videonauhurissa VCR12 Electronics.

Siruvalmistajat NE555:

Sisäinen laitepiiri NE555

Ennen kuin tartu juotinta ja aloitat rakenteen kokoamisen integroituun ajastimeen, selvitetään ensin, mikä on sisällä ja miten kaikki toimii. Sen jälkeen on paljon helpompaa ymmärtää, kuinka tietty käytännön järjestelmä toimii.

Integroitu ajastin sisältää yli kaksikymmentä transistoritjonka yhteys on esitetty kuvassa - https://fiv.electricianexp.com/555ic.jpg

Kuten näette, piirikaavio on melko monimutkainen, ja se annetaan tässä vain yleistä tietoa varten.Loppujen lopuksi et voi päästä siihen juotosraudalla, et voi korjata sitä. Itse asiassa tämä on juuri se, mitä kaikki muut mikropiirit, sekä digitaaliset että analogiset, näyttävät sisäpuolelta (katso - Legendaariset analogiset sirut). Tällainen on tekniikka integroitujen piirien tuottamiseksi. Laitteen logiikkaa ei voida myöskään ymmärtää sellaisella kaaviolla, siksi toiminnallinen kaavio on esitetty alla ja sen kuvaus.

Tekniset tiedot

Mutta ennen kuin käsittelet sirun logiikkaa, sinun pitäisi todennäköisesti tuoda sen sähköiset parametrit. Syöttöjännitealue on riittävän leveä 4,5 ... 18 V, ja lähtövirta voi saavuttaa 200 mA, mikä mahdollistaa jopa pienitehoisten releiden käytön kuormana. Siru itse kuluttaa hyvin vähän: vain 3 ... 6 mA lisätään kuormavirtaan. Samanaikaisesti itse ajastimen tarkkuus on käytännössä riippumaton syöttöjännitteestä - vain 1 prosentti lasketusta arvosta. Ajo on vain 0,1% / volttia. Lämpötilaero on myös pieni - vain 0, 005% / ° C. Kuten näette, kaikki on melko vakaa.

NE555: n (KR1006VI1) toimintakaavio

Kuten edellä mainittiin, Neuvostoliitossa he tekivät porvarillisen NE555-analogin ja kutsuivat sitä KR1006VI1: ksi. Analogi osoittautui erittäin menestyväksi, ei huonompi kuin alkuperäinen, joten voit käyttää sitä ilman pelkoa tai epäilystä. Kuvio 3 näyttää integroidun ajastimen KR1006VI1 toimintakaavion. Se on täysin yhdenmukainen NE555-sirun kanssa.

Kuva 3. Integroidun ajastimen KR1006VI1 toimintakaavio

Itse siru ei ole niin suuri - sitä on saatavana kahdeksanastaisessa DIP8-paketissa sekä pienikokoisena SOIC8: na. Jälkimmäinen ehdottaa, että 555: tä voidaan käyttää SMD-muokkaukseen, toisin sanoen kehittäjät ovat edelleen kiinnostuneita siitä.

Mikropiirin sisällä on myös vähän elementtejä. Tärkein on yleisin RS on liipaisin DD1. Kun looginen yksikkö syötetään tuloon R, liipaisin nollataan, ja kun looginen yksikkö syötetään tuloon S, se luonnollisesti asetetaan yhdelle. Ohjaussignaalien tuottamiseksi RS-tuloissa erikoispiiri vertailulaitteissa, josta keskustellaan vähän myöhemmin.

Loogisen yksikön fysikaaliset tasot riippuvat tietysti käytetystä syöttöjännitteestä ja ovat käytännössä Upit / 2: sta lähes täyteen Upit: iin. Noin sama suhde havaitaan CMOS-rakenteen loogisissa mikropiireissä. Looginen nolla on tavalliseen tapaan 0 ... 0,4 V. Mutta nämä tasot ovat mikropiirin sisällä, voit vain arvata niistä, mutta et voi tuntea niitä käsilläsi, et voi nähdä silmilläsi.

Lähtövaihe

Sirun latauskapasiteetin lisäämiseksi liipaisimen ulostuloon kytketään tehokas lähtöaste transistoreissa VT1, VT2.

Jos RS - liipaisin nollataan, ulostulo (nasta 3) sisältää loogisen nollajännitteen, ts. avoin transistori VT2. Tapauksessa, kun liipaisin on asennettu ulostuloon, loogisen yksikön taso on myös

Lähtövaihe tehdään push-pull-piirillä, jonka avulla voit kytkeä kuorman ulostulon ja yhteisen johtimen (liittimet 3.1) tai tehoväylän (liittimet 3.8) välille.

Pieni huomautus lähtövaiheessa. Korjattaessa ja säätämällä digitaalisten mikropiirien laitteita, yksi piirin tarkistusmenetelmistä on toimittaa matalan tason signaali mikrosirien sisääntuloihin ja ulostuloihin. Pääsääntöisesti tämä tehdään oikosulkemalla näiden tulojen ja lähtöjen yhteinen johdin ompeluneulan avulla, aiheuttamatta kuitenkaan mikään piiri pilarille.

Joissakin piireissä NE555-virtalähde on 5 V, joten näyttää siltä, ​​että tämä on myös digitaalista logiikkaa ja voit myös tehdä sen aivan vapaasti. Mutta todellisuudessa tämä ei ole niin. 555-sirun tapauksessa, tai pikemminkin sen push-pull-lähdöllä, sellaisia ​​"kokeita" ei voida suorittaa: jos lähtötransistori VT1 on tällä hetkellä auki, niin oikosulku tapahtuu ja transistori yksinkertaisesti palaa. Ja jos syöttöjännite on lähellä maksimiarvoa, valitettava pääte on yksinkertaisesti väistämätöntä.

Lisä transistori (nasta 7)

Mainittujen transistorien lisäksi on myös transistori VT3. Tämän transistorin kollektori on kytketty sirun 7 "purkaus" ulostuloon. Sen tarkoituksena on purkaa ajan asetuskondensaattori, kun mikropiiriä käytetään pulssigeneraattorina. Kondensaattori purkautuu, kun liipaisin DD1 nollataan. Jos muistamme liipaisimen kuvauksen, käänteisulosteessa (merkitty kaaviossa ympyrällä) on tällä hetkellä looginen yksikkö, joka johtaa transistorin VT3 avautumiseen.

Tietoja palautussignaalista (nasta 4)

Voit nollata liipaisimen milloin tahansa - “palautus” -signaalilla on korkea prioriteetti. Tätä varten on erityinen tulo R (nasta 4), joka on merkitty kuvassa Usbr. Kuten kuvasta voidaan ymmärtää, nollaus tapahtuu, jos matalan tason pulssi, joka on enintään 0,7 V, kohdistetaan neljään ulostuloon. Samanaikaisesti mikrosirun ulostuloon ilmestyy matala jännite (nasta 3).

Tapauksissa, joissa tätä tuloa ei käytetä, siihen sovelletaan loogista yksikkötasoa impulssikohinasta eroon pääsemiseksi. Helpoin tapa tehdä tämä on kytkemällä nasta 4 suoraan virtalähteeseen. Älä missään tapauksessa jätä sitä, kuten he sanovat, "ilmaan". Sitten joudut ihmettelemään ja ajattelemaan pitkään, ja miksi piiri toimii niin epävakaasti?

Yleiset laukaisevat huomautukset

Jotta liiallisesta tilasta ei sekoitettaisi täysin, on syytä muistaa, että liipaisimesta käytävissä keskusteluissa sen välitön tila otetaan aina huomioon. No, jos sanotaan, että liipaisin on ”asennettu”, niin suorassa ulostulossa loogisen yksikön tila. Jos he sanovat, että liipaisin on "nollattu", silloin suoralla ulostulolla on varmasti loogisen nollan tila.

Käänteisulostulossa (merkitty pienellä ympyrällä) kaikki tapahtuu täsmälleen päinvastoin, siksi usein laukaisulähtöä kutsutaan parafaasiksi. Jotta emme sekoittaisi kaikkea uudelleen, emme puhu tästä enää.

Jokainen, joka on lukenut tarkkaan tähän paikkaan, voi kysyä: “Anteeksi, se on vain liipaisin, jonka ulostulossa on voimakas transistorikaskadi. Ja missä itse ajastin on? ” Ja hänellä on oikeus, koska asia ei ole vielä saavuttanut ajattelua. Ajastimen saamiseksi hänen isänsä, Hans R. Kamensindin luoja, keksi alkuperäisen tavan hallita tätä liipaisinta. Tämän menetelmän temppu on ohjaussignaalien muodostuminen.

Signaalin generointi RS - liittimien tuloissa

Joten mitä me saimme? DD1-liipaisin ohjaa kaikkea ajastimen sisällä olevaa: jos se on asetettu yhteen, lähtöjännite on korkea, ja jos se nollataan, niin lähtö 3 on alhainen ja myös VT3-transistori on auki. Tämän transistorin tarkoituksena on purkaa ajoituskondensaattori piirissä, esimerkiksi pulssigeneraattorissa.

DD1-liipaisinta ohjataan komparaattoreilla DA1 ja DA2. Liipaisimen toiminnan ohjaamiseksi komparaattorien ulostuloissa on välttämätöntä hankkia korkean tason signaalit R ja S. Kunkin vertailijan yhteen tuloon syötetään viitejännite, joka syntyy tarkkuusjakajan avulla vastuksissa R1 ... R3. Vastuksien vastus on sama, joten niihin kohdistettu jännite on jaettu 3 yhtä suureen osaan.

Liipaisun ohjaussignaalin generointi

Ajastimen käynnistys

Suora jännite 1 / 3U johdetaan komparaattorin DA2 suoraan tuloon ja ulkoinen jännite ajastimen Uzap käynnistämiseksi nasta 2 kautta johdetaan komparaattorin käänteiseen tuloon. Jotta voidaan toimia liipaisimen DD1 tuloon S tämän vertailijan ulostulossa, on välttämätöntä saavuttaa korkea taso. Tämä on mahdollista, jos jännite Ustap on alueella 0 ... 1 / 3U.

Jopa lyhytaikainen tällaisen jännitteen pulssi laukaisee DD1-liipaisimen ja korkean jänniteajastimen ilmestymisen. Jos tuloon Ucap vaikuttaa yli 1 / 3U: n jännite ja syöttöjännitteeseen saakka, mikään mikrosirun lähdössä ei tapahdu muutoksia.

Ajastin pysähtyy

Ajastimen pysäyttämiseksi sinun on vain nollattava sisäinen liipaisin DD1 ja tätä varten, vertailun DA1 ulostulossa, luodaan korkean tason signaali R. Vertailun DA1 kytketään päälle hieman eri tavalla kuin DA2.Virtajännite 2 / 3U johdetaan käänteiseen tuloon, ja ohjaussignaali "vastekynnys" Ufor syötetään suoraan tuloon.

Tällä sisällyttämisellä korkea taso vertailijan DA1 ulostulossa esiintyy vain, kun jännite Upoor suorassa tulossa ylittää vertailujännitteen 2 / 3U käänteisessä. Tässä tapauksessa DD1-liipaisin nollataan, ja matalan tason signaali muodostetaan mikrosirun ulostuloon (nasta 3). Myös “purkautuva” VT3-transistori aukeaa, mikä tyhjentää ajan asetuskondensaattorin.

Jos sisääntulojännite on 1 / 3U ... 2 / 3U, yksikään vertailulaitteista ei toimi, tilanmuutosta ajastimen ulostulossa ei tapahdu. Digitaalitekniikassa tätä jännitettä kutsutaan “harmaksi tasoksi”. Jos kytket vain nastat 2 ja 6, saat vertailun, jonka vastetasot ovat 1 / 3U ja 2 / 3U. Ja jopa ilman yhtään ylimääräistä yksityiskohtaa!

Viitejännitteen muutos

Tappi 5, jota kuvassa merkitään Uobr, on suunniteltu ohjaamaan jännitereferenssiä tai muuttamaan sitä lisävastuksilla. Tälle tulolle on myös mahdollista syöttää ohjausjännite, jotta on mahdollista saada taajuus- tai vaihemoduuloitu signaali. Mutta useammin tätä johtopäätöstä ei käytetä, ja häiriöiden vaikutuksen vähentämiseksi se liitetään yhteiseen johtoon pienikapasiteettisen kondensaattorin kautta.

Mikropiiri saa virtansa tapien 1 - GND, 2 + U kautta.

Tässä on todellinen kuvaus integroidusta NE555-ajastimesta. Ajastin on kerännyt paljon kaikenlaisia ​​piirejä, joista keskustellaan seuraavissa artikkeleissa.

Boris Aladyshkin 

Artikkelin jatko: 555 integroitua ajastinsuunnittelua