Integrált NE555 időzítő - előzmények, kialakítás és működés

Egy nagyon népszerű chip létrehozásának története és belső struktúrájának leírása

Az elektronika egyik legendája integrált áramköri chip NE555. 1972-ben fejlesztették ki. Ez a hosszú élettartam távol esik minden chiptől, és még nem minden tranzisztor is büszke lehet. Mi tehát olyan különleges ebben a mikroáramkörben, amelynek jelölése három ötszög?

A Signetics elindítja a NE555 Chip sorozatgyártását pontosan egy évvel később azt Hans R. Kamensind fejlesztette ki. A legcsodálatosabb dolog ebben a történetben az volt, hogy Kamensind abban az időben gyakorlatilag munkanélküli volt: kilépett a PR Mallory-ból, de nem sikerült eljutni sehova. Valójában ez egy „házi feladat” volt.

A chip látta a napfényt, és ilyen nagy hírnevet és népszerűséget szerzett Art Fury Signetics menedzser erőfeszítéseinek köszönhetően, aki természetesen Kamensind barátja volt. Régebben a General Electricnél dolgozott, így tudta, hogy az elektronikai piacon mi szükséges és hogyan lehet felhívni a potenciális vásárló figyelmét.

Kamensinda emlékiratai szerint A. Fury igazi rajongója és szerelmese volt a kézművesének. Otthon egész laboratóriuma volt rádióelemekkel tele, ahol különféle tanulmányokat és kísérleteket végzett. Ez lehetővé tette a hatalmas gyakorlati tapasztalatok felhalmozását és az elméleti ismeretek elmélyítését.

Abban az időben a Signetics termékeket „5 **” -nek hívták, és a tapasztalt A. Fury, akinek az elektronika piacát természetfeletti értelemben vették, úgy döntött, hogy az 555-ös jelölést (három ötöt) nagyon örülnék az új chipnek. És nem tévedett: a mikroáramkör egyszerűen olyan volt, mint a forró sütemény, és talán a legtömegebb lett a mikroáramkörök létrehozásának története során. A legérdekesebb dolog az, hogy a mikroáramkör elvesztette relevanciáját a mai napig.

Kissé később két betű jelent meg a mikroáramkör jelölésében, NE555 néven vált ismertté. De mivel a napokban a szabadalmi rendszerben teljes rendetlenség volt, az integrált időzítő rohanva hagyta, hogy természetesen mindenki, aki nem lusta volt, más (olvassa el) leveleit három öt elé tegye. Később, az 555 időzítő alapján, kettős (IN556N) és négyszeres (IN558N) időzítőket fejlesztettek ki, természetesen, több többpólusú esetben. De az alap ugyanaz a NE555 volt.

Ábra. 1. Integrált NE555 időzítő

555 a Szovjetunióban

Az 555 első leírása a hazai rádió-műszaki irodalomban már 1975-ben megjelent az Electronics folyóiratban. A cikk szerzői megjegyezték, hogy ez a chip nem kevésbé népszerű lesz, mint az akkoriban széles körben ismert operációs erősítők. És egyáltalán nem tévedtek. A mikroáramkör lehetővé tette nagyon egyszerű minták készítését, és szinte mindegyik azonnal, fájdalmas beállítás nélkül, azonnal elkezdett működni. De tudjuk, hogy a formatervezés otthon megismételhetőségének aránya növekszik annak „egyszerűsége” négyzetével.

A Szovjetunióban a 80-as évek végén kifejlesztették az 555 teljes analógját KR1006VI1. A háztartási analóg első ipari alkalmazása a VCR12 Electronics videomagnóban történt.

Chipgyártók NE555:

Belső eszköz chip NE555

Mielőtt megragadnánk a forrasztópárat, és elkezdenénk a szerkezet összeszerelését az integrált időmérőn, először nézzük meg, mi van benne, és hogyan működik ez az egész. Ezt követően sokkal könnyebb megérteni, hogyan működik egy adott gyakorlati rendszer.

Az integrált időzítő több mint húszat tartalmaz tranzisztorokamelynek összeköttetése az ábrán látható - https://i.electricianexp.com/hu/555ic.jpg

Mint láthatja, az áramköri rajz meglehetősen bonyolult, és itt csak általános információkkal szolgál.Végül is a forrasztópálcával nem juthat bele, nem fogja tudni megjavítani. Valójában pontosan ez az, amire az összes többi mikroáramkör, mind digitális, mind analóg, belülről néz ki (lásd - Legendás analóg chipek). Ilyen az integrált áramkörök gyártásának technológiája. Az eszköz teljes logikáját nem lehet megérteni egy ilyen sémával, ezért a funkcionális sémát az alábbiakban mutatjuk be, és annak leírását is megadjuk.

Műszaki adatok

De mielőtt a chip logikájával foglalkozna, valószínűleg be kell hoznia annak elektromos paramétereit. A tápfeszültség tartománya elég széles, 4.5 ... 18V, és a kimeneti áram elérheti a 200mA-t, ami lehetővé teszi akár alacsony fogyasztású relék terhelésként történő használatát is. Maga a chip nagyon kevés energiát fogyaszt: csak 3 ... 6 mA adódik hozzá a terhelési áramhoz. Ugyanakkor maga az időzítő pontossága gyakorlatilag független a tápfeszültségtől - csak a kiszámított érték 1% -a. A sodródás csak 0,1% / volt. A hőmérsékleti eltérés szintén kicsi - csak 0, 005% / ° C. Mint láthatja, minden elég stabil.

Az NE555 (KR1006VI1) működési diagramja

Mint fentebb említettük, a Szovjetunióban készítették a polgári NE555 analógját, és KR1006VI1-nek hívták. Az analóg nagyon sikeresnek bizonyult, nem rosszabb, mint az eredeti, így félelem és kétség nélkül használhatja. A 3. ábra a beépített KR1006VI1 időzítő működési diagramját mutatja. Teljes mértékben összhangban van az NE555 chipekkel.

3. ábra: A beépített KR1006VI1 időzítő működési rajza

Maga a chip nem olyan nagy - nyolc tűs DIP8 csomagban, valamint egy kicsi méretű SOIC8-ban kapható. Ez utóbbi azt sugallja, hogy az 555 használható az SMD szerkesztéséhez, vagyis a fejlesztők továbbra is érdeklődnek az iránt.

A mikroáramkörben kevés elem található. A legfontosabb a leggyakoribb RS trigger DD1. Amikor egy logikai egységet táplálnak az R bemenetre, akkor a triggert nullára állítják, és amikor a logikai egységet az S bemenetre táplálják, akkor természetesen egyre állítják. Vezérlőjelek generálása az RS - bemeneten speciális áramkör a komparátorokon, amelyet egy kicsit később tárgyalunk.

A logikai egység fizikai szintje természetesen a használt tápfeszültségtől függ, és gyakorlatilag az Upit / 2-től a szinte teljes Upit-ig terjed. Körülbelül ugyanezt az arányt figyeljük meg a CMOS szerkezet logikai mikroáramkörein. A logikai nulla szokás szerint 0 ... 0,4 V-on belül van. De ezek a szintek a mikroáramkör belsejében vannak, csak kitalálhat róluk, de nem érzi őket kezével, nem látja a szemével.

Kimeneti szakasz

A chip teherbíró képességének növelése érdekében a VT1, VT2 tranzisztorok erős kimeneti fokozatát csatlakoztatják a trigger kimenetéhez.

Ha az RS-triggert visszaállítják, akkor a kimenet (3. érintkező) logikai nulla feszültséget tartalmaz, azaz nyitott VT2 tranzisztor. Abban az esetben, ha a triggert a kimenetre telepítik, akkor a logikai egység szintje szintén megegyezik.

A kimeneti fokozatot egy push-pull áramkör alakítja ki, amely lehetővé teszi a teher csatlakoztatását a kimenet és a közös vezeték (3.1 kivezetések) vagy a hálózati busz (3.8 kivezetések) között.

Egy kis megjegyzés a kimeneti szakaszban. A digitális mikroáramkörök javítása és beállítása során az áramkör ellenőrzésének egyik módja az, hogy alacsony szintű jelet adjon a mikroáramkör bemeneteihez és kimeneteihez. Ez általában úgy történik, hogy ezeknek a bemeneteknek és kimeneteknek a közös vezetékére rövidre zárva van egy varrótű segítségével, miközben nem okoz kárt a mikroáramkörben.

Egyes áramkörökben az NE555 tápegység 5 V, tehát úgy tűnik, hogy ez szintén digitális logika, és meglehetősen szabadon is megteheti. De a valóságban ez nem így van. Az 555 chip, vagy inkább push-pull kimenete esetén az ilyen „kísérletek” nem végezhetők el: ha a VT1 kimeneti tranzisztor jelenleg nyitva van, akkor rövidzárlatot eredményez, és a tranzisztor egyszerűen kiég. És ha a tápfeszültség közel van a maximálishoz, akkor egyszerűen elkerülhetetlen a levonható végződtetés.

Kiegészítő tranzisztor (7. érintkező)

Az említett tranzisztorok mellett van egy VT3 tranzisztor is. Ennek a tranzisztornak a kollektorát a 7 "kisütés" chipek kimenetéhez kell csatlakoztatni. Ennek célja az idő beállító kondenzátor ürítése, amikor a mikroáramkört impulzusgenerátorként használja. A kondenzátor kisülésekor a DD1 ravaszt visszaállítják. Ha emlékeztetünk a trigger leírására, akkor az inverz kimenetnél (amelyet az ábra egy kört jelöl) ebben a pillanatban van egy logikai egység, amely a VT3 tranzisztor kinyílásához vezet.

A visszaállítási jelről (4. tű)

A ravaszt bármikor visszaállíthatja - a „reset” jel kiemelkedő prioritást élvez. Ehhez van egy speciális R bemenet (4. érintkező), amelyet az ábrán Usbr-nek jelölünk. Az ábrából kitűnik, hogy visszaállítás történik, ha a 4. kimenetre alacsony, legfeljebb 0,7 V impulzust adnak. Ugyanakkor alacsony szintű feszültség jelenik meg a mikroáramkör kimenetén (3. tű).

Azokban az esetekben, amikor ezt a bemenetet nem használják, logikai egységszintet alkalmaznak rá, hogy megszabaduljon az impulzuszajtól. Ennek legegyszerűbb módja a 4. érintkező csatlakoztatása közvetlenül a hálózati buszhoz. Semmi esetre sem hagyhatja, amint mondják, a levegőben. Akkor sokáig kell csodálkoznia és gondolkodnia, és miért működik az áramkör annyira instabil módon?

Általános indító megjegyzések

Annak érdekében, hogy ne zavarják teljesen a trigger állapotát, emlékeztetni kell arra, hogy a triggerről folytatott viták során mindig figyelembe veszik annak közvetlen kilépésének állapotát. Nos, ha azt mondják, hogy a trigger „telepítve van”, akkor a közvetlen kimeneten a logikai egység állapota. Ha azt mondják, hogy a trigger "nullázva", akkor a közvetlen kimenet minden bizonnyal logikai nulla állapotú lesz.

Az inverz kimeneten (egy kis körrel jelölve) minden pontosan ellenkezője lesz, ezért gyakran a trigger kimenetet parafázisnak nevezzük. Annak érdekében, hogy ne mindent összekeverjenek, erről már nem beszélünk.

Bárki, aki alaposan elolvasta ezt a helyet, kérdezheti: „Bocsásson meg, ez csak egy trigger, amelynek kimenetén egy erős tranzisztor kaszkád van. És hol van az időzítő? És igaza lesz, mert az ügy még nem érte el az időzítőt. Apja, Hans R. Kamensind alkotója, hogy időzítőt kapjon, eredeti módszert talált ki ennek a kiváltónak a vezérlésére. Ennek a módszernek a trükkje a vezérlőjelek kialakítása.

Jelgenerálás az RS indító bemenetein

Szóval mit kaptunk? A DD1 ravasz mindent szabályoz az időzítőn: ha egyre állítja, akkor a kimeneti feszültség magas, és ha visszaállítja, akkor a 3. kimenet alacsony, és a VT3 tranzisztor is nyitva van. Ennek a tranzisztornak az a célja, hogy egy időzítő kondenzátort ürítsen egy áramkörbe, például egy impulzusgenerátorba.

A DD1 ravaszt a DA1 és DA2 komparátorok vezérlik. A trigger működésének a komparátorok kimenetein történő vezérléséhez be kell szerezni az R és S magas szintű jeleket. Az egyes komparátorok egyik bemenetére referenciafeszültséget vezetünk, amelyet egy precíziós elválasztóval generálunk az R1 ... R3 ellenállásokon. Az ellenállások ellenállása azonos, tehát azokra alkalmazott feszültség három egyenlő részre oszlik.

Trigger vezérlőjel generálás

Időzítő indítása

Az 1 / 3U közvetlen feszültséget a DA2 komparátor közvetlen bemenetére kell vezetni, és az Uzap időzítő indítására szolgáló külső feszültséget a 2. érintkezőn keresztül a komparátor fordított bemenetére. Annak érdekében, hogy a DD1 ravasz S bemenetére hatjon az összehasonlító kimenete, magas szintre van szükség. Ez akkor lehetséges, ha az Ustap feszültség 0 ... 1 / 3U tartományba esik.

Még egy ilyen feszültség rövid távú impulzusa is kiváltja a DD1 triggert és a magas szintű feszültségmérő megjelenését. Ha az Ucap bemenetet 1 / 3U feletti feszültségnek és a tápfeszültségnek teszik ki, akkor a mikroáramkör kimenetén nem történnek változások.

Időzítő leáll

Az időzítő leállításához újra be kell állítani a DD1 belső kioldót, és ehhez a DA1 komparátor kimenetén magas szintű R jelet kell generálni. A DA1 összehasonlító kicsit másképp van bekapcsolva, mint a DA2.A 2 / 3U referenciafeszültséget az invertáló bemenetre, az Ufor "válaszküszöb" vezérlőjelet pedig a közvetlen bemenetre vezetjük.

Ezzel a beépítéssel a DA1 összehasonlító kimenetén magas szint csak akkor jelentkezik, ha az Upoor feszültség a közvetlen bemeneten meghaladja a 2 / 3U referenciafeszültséget az invertáló feszültségnél. Ebben az esetben a DD1 ravaszt visszaállítják, és alacsony szintű jel jön létre a mikroáramkör kimenetén (3. tű). Emellett megnyílik a „kisülési” VT3 tranzisztor, amely üríti az időbeállító kondenzátort.

Ha a bemeneti feszültség 1 / 3U ... 2 / 3U-n belül van, akkor egyik komparátor sem fog mûködni, az idõzítõ kimenetén az állapot nem változik. A digitális technológiában ezt a feszültséget „szürke szintnek” hívják. Ha egyszerűen csak a 2. és a 6. érintkezőt csatlakoztatja, akkor kap egy összehasonlítót, amelynek válasz szintje 1 / 3U és 2 / 3U. És még egyetlen további részlet nélkül is!

Referencia feszültségváltozás

Az 5. érintkezőt, amelyet az ábrán Uobr-nak jelölnek, úgy tervezték, hogy vezérli a feszültség referenciáját vagy módosítsa azt további ellenállásokkal. Ezen a bemeneten szabályozó feszültséget is lehet adni, hogy frekvencia- vagy fázismodulált jelet lehessen elérni. Gyakran azonban ezt a következtetést nem használják, és az interferencia befolyásának csökkentése érdekében egy kicsi kapacitású kondenzátoron keresztül egy közös vezetékhez csatlakoztatják.

A mikroáramkört az 1 - GND, 2 + U érintkezők táplálják.

Itt található a NE555 beépített időzítő tényleges leírása. Az időzítő sok mindenféle áramkört összegyűjtött, amelyeket a következő cikkekben tárgyalunk.

Boris Aladyshkin 

A cikk folytatása: 555 integrált időzítő formatervezés