Integruotas laikmatis NE555 - istorija, dizainas ir veikimas

Labai populiaraus lusto sukūrimo istorija ir jo vidinės struktūros aprašymas

Viena iš elektronikos legendų yra integruotos grandinės lustas NE555. Jis buvo sukurtas dar 1972 m. Toks ilgaamžiškumas yra toli gražu ne kiekvienas lustas ir net ne kiekvienas tranzistorius gali didžiuotis. Taigi, kuo ypatinga ši mikroschema, kurios žymėjimas yra trys penki?

Signetika pradeda serijos NE555 mikroschemų gamybą lygiai po metų ją sukūrė Hansas R. Kamensindas. Nuostabiausias dalykas šioje istorijoje buvo tai, kad tuo metu Kamensindas buvo praktiškai bedarbis: jis pasitraukė iš „PR Mallory“, bet niekur nespėjo patekti. Tiesą sakant, tai buvo „namų darbas“.

Lustas išvydo dienos šviesą ir įgijo tokią didelę šlovę ir populiarumą „Signetics“ vadovo Art Fury pastangų dėka, kuris, be abejo, buvo „Kamensind“ draugas. Anksčiau jis dirbo „General Electric“, todėl žinojo elektronikos rinką, ko ten reikia ir kaip patraukti potencialaus pirkėjo dėmesį.

Remiantis Kamensindos atsiminimais, A. Fury buvo tikras savo amatų entuziastas ir mėgėjas. Namuose jis turėjo visą laboratoriją, užpildytą radijo komponentais, kur atliko įvairius tyrimus ir eksperimentus. Tai leido sukaupti didelę praktinę patirtį ir pagilinti teorines žinias.

Tuo metu „Signetics“ produktai buvo vadinami „5 **“, o patyręs A. Fury, kuris turėjo antgamtinį elektronikos rinkos pojūtį, nutarė, kad žymėjimas 555 (trys penki) turėtų būti laukiamas naujojo lusto. Ir jis neklydo: mikroschema vyko tiesiog kaip karšti pyragaičiai, ji tapo bene masiškiausia per visą mikroschemų kūrimo istoriją. Įdomiausia, kad mikroschema neprarado savo aktualumo iki šių dienų.

Šiek tiek vėliau, žymint mikroschemą, pasirodė dvi raidės, jos tapo žinomos kaip NE555. Bet kadangi tais laikais patentų sistemoje buvo visiška netvarka, integruotas laikmatis skubėjo išleisti visus, kurie nebuvo tingūs, natūraliai, išleisdami kitus (skaitykite jūsų) laiškus prieš tris penkis. Vėliau, remiantis 555 laikmačiu, buvo sukurti dvigubi (IN556N) ir keturgubai (IN558N) laikmačiai, žinoma, daugiau daugiatapčių atvejų. Bet pagrindas vis tiek buvo tas pats NE555.

Fig. 1. Integruotas laikmatis NE555

555 SSRS

Pirmasis 555 aprašymas buitinėje radiotechninėje literatūroje pasirodė jau 1975 m. Žurnale „Electronics“. Straipsnio autoriai atkreipė dėmesį į tai, kad ši mikroschema patiks ne mažiau populiarumu nei tuo metu plačiai žinomi operaciniai stiprintuvai. Ir jie nė kiek neklydo. Mikroschema leido sukurti labai paprastus dizainus ir beveik visi jie pradėjo veikti iš karto, be skausmingo reguliavimo. Bet žinoma, kad dizaino pakartojamumas namuose padidėja proporcingai jo „paprastumo“ kvadratui.

80-ųjų pabaigoje Sovietų Sąjungoje buvo sukurtas visas 555 analogas, vadinamas KR1006VI1. Pirmasis pramoninis buitinio analogo pritaikymas buvo vaizdo grotuve „VCR12 Electronics“.

Lustų gamintojai NE555:

Vidinis įrenginio lustas NE555

Prieš griebdami lituoklį ir pradėdami konstrukcijos surinkimą ant integruoto laikmačio, pirmiausia išsiaiškinkime, kas yra viduje ir kaip visa tai veikia. Po to bus daug lengviau suprasti, kaip veikia konkreti praktinė schema.

Integruotame laikmatyje yra daugiau nei dvidešimt tranzistoriaikurio ryšys parodytas paveikslėlyje - https://ltv.electricianexp.com/555ic.jpg

Kaip matote, grandinės schema yra gana sudėtinga ir čia pateikiama tik bendrai informacijai.Galų gale jūs vis tiek negalite patekti į jį su lituokliu, negalėsite jo pataisyti. Tiesą sakant, tai yra būtent tai, ką visos kitos mikroschemos, tiek skaitmeninės, tiek analoginės, atrodo iš vidaus (žr. - Legendiniai analoginiai lustai) Tokia yra integruotų schemų gamybos technologija. Pagal tokią schemą taip pat nebus įmanoma suprasti viso prietaiso logikos, todėl žemiau parodyta funkcinė schema ir pateiktas jos aprašymas.

Techniniai duomenys

Bet, prieš pradėdami spręsti lusto logiką, turbūt turėtumėte parodyti jo elektrinius parametrus. Tiekimo įtampų diapazonas yra pakankamai platus - 4,5 ... 18 V, o išėjimo srovė gali siekti 200 mA, o tai leidžia naudoti net mažos galios reles kaip apkrovą. Pats lustas sunaudoja labai mažai: į apkrovos srovę pridedama tik 3 ... 6 mA. Tuo pačiu metu paties laikmačio tikslumas praktiškai nepriklauso nuo maitinimo įtampos, - tik 1 procentas nuo apskaičiuotos vertės. Driftas yra tik 0,1% / volt. Temperatūros pokytis taip pat nedidelis - tik 0, 005% / ° C. Kaip matote, viskas yra gana stabili.

NE555 (KR1006VI1) funkcinė schema

Kaip minėta aukščiau, TSRS jie padarė buržuazijos NE555 analogą ir pavadino jį KR1006VI1. Analogas pasirodė labai sėkmingas, ne blogesnis už originalą, todėl galite jį naudoti be jokios baimės ir abejonių. 3 paveiksle parodyta integruoto laikmačio KR1006VI1 funkcinė schema. Tai visiškai atitinka NE555 lustą.

3 pav. Integruoto laikmačio KR1006VI1 funkcinė schema

Pats lustas nėra toks didelis - jis tiekiamas aštuonių kontaktų DIP8 pakuotėje, taip pat mažo dydžio SOIC8. Pastarasis rodo, kad 555 gali būti naudojamas SMD redagavimui, kitaip tariant, kūrėjai vis dar yra juo suinteresuoti.

Mikroschemos viduje taip pat yra nedaug elementų. Pagrindinis yra dažniausiai pasitaikantis RS yra trigeris DD1. Kai loginis vienetas tiekiamas įėjimui R, trigeris atstatomas iki nulio, o kai loginis vienetas tiekiamas įėjimui S, jis natūraliai nustatomas į vieną. Generuoti valdymo signalus RS įėjimuose speciali grandinė ant komparatorių, kuris bus aptartas šiek tiek vėliau.

Fiziniai loginio bloko lygiai, be abejo, priklauso nuo naudojamos maitinimo įtampos ir yra praktiškai nuo Upit / 2 iki beveik viso Upit. Maždaug toks pat santykis stebimas CMOS struktūros loginiams mikroschemoms. Loginis nulis, kaip įprasta, yra per 0 ... 0,4 V. Bet šie lygiai yra mikro grandinės viduje, apie juos galite tik spėlioti, bet negalite jų jausti rankomis, negalite matyti savo akimis.

Išėjimo etapas

Norėdami padidinti lusto apkrovą, prie trigerio išvesties yra prijungtas galingas tranzistorių VT1, VT2 išėjimo etapas.

Jei RS - trigeris yra atstatomas, tada išvestyje (3 kaištis) yra loginė nulinė įtampa, t. atviras tranzistorius VT2. Tuo atveju, kai gaidukas yra įmontuotas išvestyje, loginio vieneto lygis taip pat yra.

Išėjimo pakopą sudaro „push-pull“ grandinė, leidžianti sujungti apkrovą tarp išvesties ir bendro laido (gnybtai 3.1) arba maitinimo magistralės (gnybtai 3.8).

Maža pastaba išvesties etape. Remontuojant ir derinant skaitmeninių mikroschemų įrenginius, vienas iš grandinės tikrinimo būdų yra žemo lygio signalo tiekimas į mikroschemų įėjimus ir išėjimus. Paprastai tai atliekama pritraukiant šių įėjimų ir išėjimų bendrą laidą siuvamosios adatos pagalba, tuo pačiu nepadarant žalos mikro grandinei.

Kai kuriose grandinėse NE555 maitinimo šaltinis yra 5 V, todėl atrodo, kad tai taip pat yra skaitmeninė logika ir jūs galite tai padaryti ir gana laisvai. Bet iš tikrųjų taip nėra. Jei tai 555 lustas, tiksliau sakant, su jo stumiamąja išvestimi, tokių „eksperimentų“ atlikti negalima: jei išėjimo tranzistorius VT1 šiuo metu yra atidarytas, įvyks trumpasis jungimas ir tranzistorius tiesiog sudegs. Ir jei maitinimo įtampa yra artima maksimaliai, apgailėtina pabaiga yra tiesiog neišvengiama.

Papildomas tranzistorius (7 kaištis)

Be minėtų tranzistorių, yra ir tranzistorius VT3. Šio tranzistoriaus kolektorius yra prijungtas prie lusto 7 išleidimo "Išmetimas". Jo paskirtis yra iškrauti laiko nustatymo kondensatorių, kai mikroschema naudojama kaip impulsų generatorius. Kondensatorius išsikrauna, kai trigeris DD1 yra atstatomas. Jei prisimintume trigerio aprašymą, tada atvirkštiniame išėjime (diagramoje pažymėtas apskritimu) šiuo metu yra loginis mazgas, vedantis į tranzistoriaus VT3 atidarymą.

Apie iš naujo nustatytą signalą (4 kaištis)

Galite bet kuriuo metu atkurti trigerį - signalas „atstatyti“ turi aukštą prioritetą. Tam reikia specialios įvesties R (4 kaištis), paveiksle nurodyto kaip Usbr. Kaip galima suprasti iš paveikslo, atstatymas įvyks, jei 4-osios išvesties impulsas yra žemas, ne didesnis kaip 0,7 V. Tuo pačiu metu mikro grandinės išvestyje (3 kaištis) pasirodys žemo lygio įtampa.

Tais atvejais, kai šis įėjimas nenaudojamas, jam taikomas loginis vieneto lygis, norint atsikratyti impulsinio triukšmo. Lengviausias būdas tai padaryti yra prijungus 4 kaištį tiesiai prie maitinimo magistralės. Jokiu būdu nepalikite to, kaip sakoma, „ore“. Tada turėsite ilgai stebėtis ir galvoti, o kodėl grandinė veikia taip nestabiliai?

Bendrosios trigerinės pastabos

Kad nebūtų visiškai painiojama dėl gaiduko būklės, reikėtų priminti, kad diskusijose apie gaiduką visada atsižvelgiama į jo tiesioginį išėjimą. Na, jei sakoma, kad trigeris yra „įdiegtas“, tada tiesioginiame išvestyje - loginio vieneto būsena. Jei jie sako, kad gaidukas yra „atstatytas“, tada tiesioginio išėjimo būsena bus logiškai lygi nuliui.

Atvirkštiniame išėjime (pažymėtame mažu apskritimu) viskas bus visiškai priešingai, todėl dažnai trigerio išvestis vadinama parafaze. Kad dar kartą nepainiočiau visko, apie tai daugiau nekalbėsime.

Kiekvienas, atidžiai perskaitęs iki šios vietos, gali paklausti: „Atsiprašau, tai tiesiog trigeris, kurio išvestyje yra galinga tranzistoriaus kaskada. O kur yra pats laikmatis? “ Ir jis bus teisus, nes reikalas dar nepasiekė laiko. Norėdami gauti laikmatį, jo tėvas, Hanso R. Kamensindo kūrėjas, išrado originalų būdą valdyti šį gaiduką. Šio metodo gudrybė yra valdymo signalų formavimas.

Signalo generavimas RS - trigerio įėjimai

Taigi, ką mes gavome? DD1 gaidukas kontroliuoja viską, kas yra laikmačio viduje: jei jis nustatytas į vieną, išėjimo įtampa yra aukšta, o jei ji atstatyta, tada 3 išėjimas yra žemas, o VT3 tranzistorius taip pat atidarytas. Šio tranzistoriaus paskirtis yra išleisti laiko kondensatorių grandinėje, pavyzdžiui, impulsų generatoriuje.

DD1 gaidukas valdomas naudojant lygintuvus DA1 ir DA2. Norint kontroliuoti trigerio veikimą komparatorių išėjimuose, būtina gauti aukšto lygio signalus R ir S. Vienam iš kiekvieno lygintuvo įėjimų įvedama etaloninė įtampa, kurią sukuria tikslumo daliklis ant varžų R1 ... R3. Rezistorių varža yra vienoda, todėl jiems taikoma įtampa yra padalinta į 3 lygias dalis.

Triggerio valdymo signalo generavimas

Laikmačio paleidimas

Tiesioginė įtampa, lygi 1 / 3U, yra naudojama į tiesioginį komparatoriaus DA2 įėjimą, o išorinė įtampa laikmačio „Uzap“ paleidimui per 2 kaištį - į atvirkštinę komparatoriaus įvestį. Norint paveikti trigerio DD1 įvestį S šio lygintuvo išvestyje, būtina gauti aukštą lygį. Tai įmanoma, jei Ustap įtampa bus 0 ... 1 / 3U diapazone.

Net trumpalaikis tokios įtampos impulsas suaktyvins DD1 gaiduką ir pasirodys aukšto lygio įtampos laikmatis. Jei įvestis Ucap veikiama aukštesnėmis nei 1 / 3U įtampomis ir neviršijant maitinimo įtampos, jokie pokyčiai mikro grandinės išvestyje neįvyks.

Laikmačio sustojimas

Norėdami sustabdyti laikmatį, jums tiesiog reikia iš naujo nustatyti vidinį trigerį DD1, o tam, lygintuvo DA1 išvestyje, generuoti aukšto lygio signalą R. Komparatorius DA1 įjungtas šiek tiek kitaip nei DA2.Invertuojančiam įėjimui įvedama etaloninė 2 / 3U įtampa, o tiesioginiam įėjimui - UF valdymo signalas „Atsako slenkstis“.

Įtraukus aukštą lygį lygintuvo DA1 išvestyje bus tik tada, kai tiesioginės įvesties įtampa „Upoor“ viršys etaloninės įtampos 2 / 3U įtampą. Tokiu atveju DD1 trigeris bus atstatytas, o mikroschemos išvestyje bus nustatytas žemo lygio signalas (3 kaištis). Taip pat atsidarys „iškrovos“ VT3 tranzistorius, kuris iškraus laiko nustatymo kondensatorių.

Jei įvesties įtampa yra 1 / 3U ... 2 / 3U, neveiks nė vienas iš komparatorių, laikmačio išėjimo būsena nepasikeis. Skaitmeninėse technologijose ši įtampa vadinama „pilkuoju lygiu“. Jei paprasčiausiai prijungsite 2 ir 6 kaiščius, gausite lygintuvą su 1 / 3U ir 2 / 3U nusileidimo lygiais. Ir net be vienos papildomos detalės!

Etaloninis įtampos pokytis

5 kaištis, paveiksle pažymėtas kaip Uobr, yra skirtas valdyti įtampos atskaitos tašką arba jį pakeisti naudojant papildomus rezistorius. Prie šio įėjimo taip pat galima tiekti valdymo įtampą, kad būtų galima gauti dažnio arba fazės moduliuotą signalą. Tačiau dažniau ši išvada nenaudojama, o norint sumažinti trikdžių įtaką, per mažos talpos kondensatorių ji sujungiama su bendra viela.

Mikroschema maitinama per 1 kaiščius - GND, 2 + U.

Čia yra tikrasis NE555 integruoto laikmačio aprašymas. Laikmatis surinko daugybę įvairiausių grandinių, kurios bus aptartos tolesniuose straipsniuose.

Borisas Aladyshkinas 

Straipsnio tęsinys: 555 integruotas laikmačio dizainas