Integrirani tajmer NE555 - povijest, dizajn i rad

Povijest stvaranja vrlo popularnog čipa i opis njegove unutarnje strukture

Jedna od legendi elektronike je čip integriranog kruga NE555, Razvijen je 1972. godine. Takva dugovječnost je daleko od svakog čipa i ne može se ponositi čak ni svaki tranzistor. Pa što je tako poseban u ovom mikrokontrolu, koji u svom obilježavanju ima tri petice?

Signetics pokreće serijsku proizvodnju čipa NE555 točno godinu dana poslije razvio ga je Hans R. Kamensind, Najčudesnije u ovoj priči bilo je to što je u to vrijeme Kamensind bio praktički nezaposlen: odustao je od PR Malloryja, ali nije uspio doći nikamo. U stvari, to je bila „domaća zadaća“.

Čip je ugledao svjetlo dana i stekao tako veliku slavu i popularnost zahvaljujući naporima menadžera Signetics-a Art Fury-a, koji je, naravno, bio prijatelj Kamensind-a. Radio je za General Electric pa je znao na tržištu elektronike što je tamo potrebno i kako privući pažnju potencijalnog kupca.

Prema memoarima Kamensinde A. Fury je bio istinski entuzijast i ljubitelj svog zanata. Kod kuće je imao čitav laboratorij ispunjen radio komponentama, gdje je provodio razne studije i eksperimente. To je omogućilo nakupljanje ogromnog praktičnog iskustva i produbljivanje teorijskih znanja.

Tada su se proizvodi Signetics zvali „5 **“, a iskusni A. Fury, koji je imao natprirodan osjećaj tržišta elektronike, odlučio je da će označavanje 555 (tri petice) biti najprihvatljivije za novi čip. I nije se pogriješio: mikrovez je jednostavno išao poput vrućih kolača, postao je možda najmasovniji u cijeloj povijesti stvaranja mikro krugova. Najzanimljivije je da mikrocirkula do danas nije izgubila na važnosti.

Nešto kasnije pojavila su se dva slova u označivanju mikrokontrole, postala je poznata kao NE555. Ali budući da je tih dana vladao potpuni nered u sustavu patentiranja, integrirani tajmer požurio je otpustiti sve koji nisu lijeni, naravno, stavljajući tri (čitajuća) svoja slova ispred tri petice. Kasnije su, na osnovi 555 timera, dvostruki (IN556N) i četvorostruki (IN558N) timeri razvijeni, naravno, u više više pinova. Ali osnova je i dalje bila ista NE555.

Sl. 1. Integrirani tajmer NE555

555. u SSSR-u

Prvi opis 555 u domaćoj radiotehničkoj literaturi pojavio se već 1975. u časopisu Electronics. Autori članka primijetili su činjenicu da će ovaj čip uživati ​​u nižoj popularnosti od tada već dobro poznatih operativnih pojačala. I nisu se uopće varali. Mikrovezom je bilo moguće stvoriti vrlo jednostavne dizajne i gotovo svi su počeli raditi odmah, bez bolnog prilagođavanja. Ali poznato je da se ponovljivost dizajna kod kuće povećava proporcionalno kvadratu njegove "jednostavnosti".

U Sovjetskom Savezu kasnih 80-ih razvijen je potpuni analog 555 KR1006VI1, Prva industrijska primjena domaćeg analoga bila je u video rekorderu Vm12 Electronics.

Proizvođači čipova NE555:

Čip unutarnjeg uređaja NE555

Prije nego što zgrabite lemljenje i započnemo sklapanje konstrukcije na integralnom timeru, prvo razjasnimo što je unutra i kako sve to funkcionira. Nakon toga bit će mnogo lakše razumjeti kako funkcionira određena praktična shema.

Integrirani tajmer sadrži preko dvadeset tranzistoričija je veza prikazana na slici - https://hrv.electricianexp.com/555ic.jpg

Kao što možete vidjeti, shema kruga je prilično složena i ovdje je dana samo za opće informacije.Uostalom, ni s kakvim lemiljem ne možete upasti u njega, nećete ga moći popraviti. Zapravo, to je upravo ono što iznutra gledaju svi ostali mikrocirkulari, digitalni i analogni (vidi - Legendarni analogni čipovi). Takva je tehnologija za proizvodnju integriranih krugova. Takva shema također neće moći razumjeti logiku uređaja u cjelini, stoga je funkcionalna shema prikazana u nastavku i dan je njezin opis.

Tehnički podaci

No, prije nego što se pozabavite logikom čipa, vjerojatno biste trebali donijeti njegove električne parametre. Raspon napajanja je dovoljno širok 4,5 ... 18V, a izlazna struja može doseći 200mA, što omogućava upotrebu čak i releja male snage kao opterećenja. Sam čip troši vrlo malo: samo se 3 ... 6 mA dodaje struji opterećenja. Istodobno, točnost samog timera praktično je neovisna o opskrbnom naponu, - samo 1 posto izračunate vrijednosti. Odljev je samo 0,1% / volt. Temperaturni nanos je također mali - samo 0, 005% / ° C. Kao što vidite, sve je prilično stabilno.

Funkcionalni dijagram NE555 (KR1006VI1)

Kao što je gore spomenuto, u SSSR-u su napravili analog buržujskog NE555 i nazvali ga KR1006VI1. Ispostavilo se da je analogan vrlo uspješan, ništa lošiji od originala, tako da ga možete koristiti bez ikakvog straha ili sumnje. Slika 3 prikazuje funkcionalni dijagram integriranog vremenskog mjerača KR1006VI1. Potpuno je u skladu s čipom NE555.

Slika 3. Dijagram funkcionalnosti integriranog vremenskog mjerača KR1006VI1

Čip sam po sebi nije toliko velik - dostupan je u osmo-pinskom DIP8 paketu, kao i u SOIC8 male veličine. Ovo potonje sugerira da se 555 može koristiti za uređivanje SMD-a, drugim riječima, programeri i dalje imaju interes za to.

Također je malo elemenata unutar mikro kruga. Glavni je najčešći RS je okidač DD1. Kad se logička jedinica napaja na ulaz R, okidač se vraća na nulu, a kada se logička jedinica napaja na ulaz S, prirodno se postavlja na jedan. Za generiranje upravljačkih signala na RS ulazima poseban krug na komparaterima, o čemu će biti govora nešto kasnije.

Fizičke razine logičke jedinice ovise, naravno, o iskorištenom naponu napajanja i praktično se kreću od Upit / 2 do gotovo punog Upita. Otprilike isti omjer uočen je za logičke mikro krugove CMOS strukture. Logička nula je, kao i obično, unutar 0 ... 0,4 V. Ali ove su razine unutar mikro kruga, o njima možete samo nagađati, ali ne možete ih osjetiti rukama, ne možete vidjeti očima.

Izlazna faza

Da bi se povećala nosivost čipa, na izlaz okidača povezan je snažni izlazni stupanj na tranzistorima VT1, VT2.

Ako se RS-okidač resetira, tada izlaz (pin 3) sadrži logički nulta napon, tj. otvoreni tranzistor VT2. U slučaju kada je okidač instaliran na izlazu, razina logičke jedinice je također.

Izlazna faza izrađena je push-pull sklopom, koji vam omogućuje da spojite opterećenje između izlaza i zajedničke žice (terminali 3.1) ili magistrale (terminali 3.8).

Mala primjedba na izlaznoj pozornici. Prilikom popravljanja i podešavanja uređaja na digitalnim mikro krugovima, jedna od metoda provjere kruga je opskrba signala niske razine na ulaze i izlaze mikro krugova. U pravilu se to postiže kratkim spajanjem na zajedničku žicu tih ulaza i izlaza pomoću šivalne igle, a da pritom ne nanesete nikakvu štetu mikro krugu.

U nekim je krugovima napajanje NE555 5V, pa se čini da je i to digitalna logika te možete to učiniti i sasvim slobodno. Ali u stvarnosti to nije tako. U slučaju 555 čipa, ili bolje rečeno, s njegovim push-pull izlazom, takvi se "eksperimenti" ne mogu izvesti: ako je izlazni tranzistor VT1 u ovom trenutku otvoren, tada će se ispostaviti kratki spoj i tranzistor će jednostavno izgorjeti. A ako je napon napajanja blizu maksimuma, tada je nemiran kraj jednostavno neizbježan.

Dodatni tranzistor (pin 7)

Pored spomenutih tranzistora postoji i tranzistor VT3. Kolektor ovog tranzistora spojen je na izlaz čipa 7 "Discharge". Njegova je svrha isprazniti kondenzator za podešavanje vremena kada se mikrocirkula koristi kao generator impulsa. Pražnjenje kondenzatora nastaje nakon resetiranja okidača DD1. Ako se prisjetimo opisa okidača, tada na inverznom izlazu (naznačenom krugom u dijagramu) u ovom trenutku postoji logična jedinica, koja vodi do otvaranja tranzistora VT3.

O signalu za resetiranje (pin 4)

Okidač možete resetirati u bilo kojem trenutku - signal "resetiranje" ima visoki prioritet. Da biste to učinili, postoji poseban ulaz R (pin 4), prikazan na slici kao Usbr. Kao što se može shvatiti sa slike, resetiranje će se dogoditi ako se na četvrti izlaz primijeni impuls niske razine ne više od 0,7 V. Istovremeno će se na izlazu mikro-sklopa pojaviti napon niske razine (pin 3).

U slučajevima kada se ovaj ulaz ne koristi, na njega se primjenjuje logička jedinica jedinice da bi se riješio impulsa. Najlakši način za to je spajanje iglica 4 izravno na magistralu. Ni u kojem slučaju ga ne smijete ostavljati, kako kažu, u "zraku". Tada ćete se morati dugo pitati i razmišljati, i zašto krug djeluje tako nestabilno?

Opće bilješke o pokretanju

Kako se ne bi potpuno zbunili stanje okidača, treba podsjetiti da se u raspravama o okidaču uvijek uzima u obzir stanje njegovog izravnog izlaza. Pa, ako se kaže da je okidač "instaliran", tada je na izravnom izlazu stanje logičke jedinice. Ako kažu da je okidač "resetiran", tada će izravni izlaz sigurno imati logičku nulu.

Na inverznom izlazu (označenom malim krugom) sve će biti upravo suprotno, pa se često izlazni okidač naziva parafaza. Da sve opet ne zbunimo, o tome više nećemo razgovarati.

Svatko tko je pažljivo pročitao ovo mjesto, može pitati: "Oprostite, to je samo okidač s moćnom kaskadom tranzistora na izlazu. A gdje je sam tajmer? " I on će biti u pravu, jer stvar još nije stigla do vremena. Da bi dobio timer, njegov otac, tvorac Hans R. Kamensind, izumio je originalan način za kontrolu ovog okidača. Trik ove metode je formiranje kontrolnih signala.

Generacija signala na RS - ulazi u okidač

Pa što smo dobili? DD1 okidač kontrolira sve unutar tajmera: ako je postavljen na jedan, izlazni napon je visok, a ako je resetiran, tada je izlaz 3 nizak i VT3 tranzistor je također otvoren. Svrha ovog tranzistora je da ispusti vremenski kondenzator u krug, na primjer, generator impulsa.

DD1 okidač se upravlja pomoću komparatora DA1 i DA2. Da bi se kontrolirao rad okidača na izlazima komparatora, potrebno je dobiti signale visoke razine R i S. Referentni napon se postavlja na jedan od ulaza svakog komparatora, koji se generira preciznim djeliteljem na otpornicima R1 ... R3. Otpor otpornika je isti, pa je napon koji se primjenjuje na njih podijeljen u 3 jednaka dijela.

Stvaranje upravljačkog signala okidača

Početak tajmera

Izravni napon od 1 / 3U primjenjuje se na izravni ulaz komparatora DA2, a vanjski napon za pokretanje brojača Uzap kroz pin 2 primjenjuje se na inverzni ulaz komparatora. Da bi djelovao na ulaz S okidača DD1 na izlazu ovog komparatora, potrebno je postići visoku razinu. To je moguće ako napon Ustap bude u rasponu 0 ... 1 / 3U.

Čak će i kratkotrajni impuls takvog napona pokrenuti DD1 okidač i pojavu visokonaponskog brojača napona. Ako je ulazni Ucap izložen naponima većim od 1 / 3U pa do dovodnog napona, tada se neće dogoditi nikakve promjene na izlazu mikro kruga.

Zaustavljanje vremena

Da biste zaustavili tajmer, trebate resetirati unutarnji okidač DD1 i za to na izlazu komparatora DA1 generirati signal visoke razine R. Komparator DA1 uključen je malo drugačije od DA2.Na invertirajući ulaz primjenjuje se referentni napon od 2 / 3U, a na izravni ulaz upravljački signal "Prag odziva" Ufor.

S tim uključivanjem, visoka razina na izlazu komparatora DA1 pojavit će se samo kada napon Upoor na izravnom ulazu premaši referentni napon 2 / 3U na invertirajućem. U tom slučaju će se DD1 okidač resetirati, a na izlazu mikro kruga uspostavit će se signal niske razine (pin 3). Također će se otvoriti VT3 tranzistor "pražnjenja", koji će isprazniti kondenzator za podešavanje vremena.

Ako je ulazni napon unutar 1 / 3U ... 2 / 3U, nijedan od komparatora neće raditi, promjena stanja na izlazu tajmera neće se dogoditi. U digitalnoj tehnologiji taj se napon naziva "siva razina". Ako jednostavno povežete igle 2 i 6, dobit ćete usporednik s razinama odziva 1 / 3U i 2 / 3U. Pa čak i bez ijednog dodatnog detalja!

Promjena referentnog napona

Zaključak 5, na slici označen kao Uobr, dizajniran je za kontrolu referentnog napona ili njegovih promjena pomoću dodatnih otpornika. Na ovaj ulaz moguće je i napajati upravljački napon, tako da je moguće dobiti frekvencijski ili fazno modulirani signal. Ali češće se ovaj zaključak ne koristi, a da bi smanjio utjecaj smetnji povezan je s zajedničkom žicom preko kondenzatora malog kapaciteta.

Mikrokrug se napaja putem pinova 1 - GND, 2 + U.

Slijedi stvarni opis integriranog vremena NE555. Tajmer je prikupio puno svih vrsta shema, o kojima će biti govora u sljedećim člancima.

Boris Aladyskin 

Nastavak članka: 555 integrirani vremenski dizajni