Geïntegreerde timer NE555 - geschiedenis, ontwerp en bediening

De geschiedenis van het maken van een zeer populaire chip en een beschrijving van de interne structuur

Een van de legendes van elektronica is chip met geïntegreerde schakeling NE555. Het werd ontwikkeld in 1972. Een dergelijke levensduur is verre van elke chip en zelfs niet elke transistor kan trots op zijn. Dus wat is er zo speciaal aan deze microschakeling, die drie vijf in zijn markering heeft?

Signetics lanceert serieproductie van NE555-chip precies een jaar later het werd ontwikkeld door Hans R. Kamensind. Het meest verbazingwekkende in dit verhaal was dat Kamensind op dat moment praktisch werkloos was: hij verliet PR Mallory, maar wist nergens te komen. In feite was het een 'huiswerk'.

De chip zag het daglicht en verwierf zoveel bekendheid en populariteit dankzij de inspanningen van Signetics-manager Art Fury, die natuurlijk een vriend van Kamensind was. Hij werkte voor General Electric, dus hij kende de elektronicamarkt wat daar nodig was en hoe hij de aandacht van een potentiële koper kon trekken.

Volgens de memoires van Kamensinda A. Fury was hij een echte liefhebber en liefhebber van zijn vak. Thuis had hij een heel laboratorium vol met radiocomponenten, waar hij verschillende studies en experimenten uitvoerde. Dit maakte het mogelijk om grote praktische ervaring op te doen en theoretische kennis te verdiepen.

Op dat moment werden Signetics-producten "5 **" genoemd, en de ervaren A. Fury, die een bovennatuurlijk gevoel had voor de elektronicamarkt, besloot dat het markeren van 555 (drie vijf) zeer welkom zou zijn voor de nieuwe chip. En hij vergiste zich niet: het microcircuit ging gewoon als warme broodjes, het werd misschien wel het meest massieve in de hele geschiedenis van het creëren van microschakelingen. Het meest interessante is dat de microcircuit tot op de dag van vandaag zijn relevantie niet heeft verloren.

Even later verschenen er twee letters in de markering van de microschakeling, deze werd bekend als NE555. Maar omdat er in die tijd een complete puinhoop was in het patenteringssysteem, haastte de geïntegreerde timer zich om iedereen die niet lui is vrij te geven, en zette drie (lees je) letters voor drie vijven. Later, op basis van de 555-timer, werden natuurlijk (dual-IN556N) en quadruple (IN558N) -timers ontwikkeld, in meer gevallen met meerdere pinnen. Maar de basis was nog steeds dezelfde NE555.

Fig. 1. Geïntegreerde timer NE555

555 in de USSR

De eerste beschrijving van 555 in de binnenlandse radiotechnische literatuur verscheen al in 1975 in het tijdschrift Electronics. De auteurs van het artikel merkten op dat deze chip niet minder populair zal zijn dan de alom bekende operationele versterkers op dat moment. En ze vergisten zich helemaal niet. De microcircuit maakte het mogelijk om zeer eenvoudige ontwerpen te maken, en bijna allemaal begonnen ze onmiddellijk te werken, zonder pijnlijke aanpassing. Maar het is bekend dat de herhaalbaarheid van het ontwerp thuis toeneemt in verhouding tot het kwadraat van zijn "eenvoud".

In de Sovjet-Unie werd eind jaren 80 een complete analoog van 555 ontwikkeld, genaamd KR1006VI1. De eerste industriële toepassing van de binnenlandse analoog was in de videorecorder VCR12 Electronics.

Chipfabrikanten NE555:

Interne apparaatchip NE555

Voordat we de soldeerbout pakken en beginnen met de montage van de structuur op de integrale timer, laten we eerst uitzoeken wat erin zit en hoe het allemaal werkt. Daarna zal het veel gemakkelijker zijn om te begrijpen hoe een specifiek praktisch schema werkt.

De geïntegreerde timer bevat meer dan twintig transistorswaarvan de aansluiting in de figuur is weergegeven - https://nlv.electricianexp.com/555ic.jpg

Zoals u kunt zien, is het schakelschema vrij complex en wordt het hier alleen voor algemene informatie gegeven.Je kunt er toch niet in met een soldeerbout, je kunt het niet repareren. Dit is trouwens precies wat alle andere microschakelingen, zowel digitaal als analoog, van binnenuit zien (zie - Legendarische analoge chips). Dat is de technologie voor de productie van geïntegreerde schakelingen. Het zal ook niet mogelijk zijn om de logica van het apparaat als geheel te begrijpen door een dergelijk schema, daarom wordt het functionele schema hieronder getoond en wordt de beschrijving gegeven.

Technische gegevens

Maar voordat u de logica van de chip aanpakt, moet u waarschijnlijk de elektrische parameters meenemen. Het bereik van voedingsspanningen is breed genoeg 4,5 ... 18V, en de uitgangsstroom kan 200 mA bereiken, waardoor zelfs laagvermogenrelais als belasting kunnen worden gebruikt. De chip zelf verbruikt heel weinig: slechts 3 ... 6 mA wordt toegevoegd aan de laadstroom. Tegelijkertijd is de nauwkeurigheid van de timer zelf vrijwel onafhankelijk van de voedingsspanning - slechts 1 procent van de berekende waarde. De drift is slechts 0,1% / volt. De temperatuurafwijking is ook klein - slechts 0, 005% / ° C. Zoals u ziet, is alles vrij stabiel.

Functioneel diagram van NE555 (KR1006VI1)

Zoals hierboven vermeld, maakten ze in de USSR een analoog van de burgerlijke NE555 en noemden het KR1006VI1. De analoog bleek erg succesvol te zijn, niet slechter dan het origineel, dus je kunt hem zonder enige angst of twijfel gebruiken. Afbeelding 3 toont het functionele diagram van de geïntegreerde timer KR1006VI1. Het is volledig consistent met de NE555-chip.

Figuur 3. Functioneel diagram van de geïntegreerde timer KR1006VI1

De chip zelf is niet zo groot - hij is verkrijgbaar in een acht-pins DIP8-pakket, evenals in een kleine SOIC8. Dit laatste suggereert dat 555 kan worden gebruikt voor SMD-bewerking, met andere woorden, ontwikkelaars hebben er nog steeds belang bij.

Er zijn ook weinig elementen in de microschakeling. De belangrijkste is de meest voorkomende RS is een trigger DD1. Wanneer een logische eenheid wordt gevoed naar ingang R, wordt de trigger teruggezet op nul en wanneer een logische eenheid wordt gevoed naar ingang S, wordt deze natuurlijk ingesteld op één. Voor het genereren van besturingssignalen op de RS - ingangen speciaal circuit op comparatoren, wat later zal worden besproken.

De fysieke niveaus van een logische eenheid hangen natuurlijk af van de gebruikte voedingsspanning en variëren praktisch van Upit / 2 tot bijna volledige Upit. Ongeveer dezelfde verhouding wordt waargenomen voor logische microschakelingen van de CMOS-structuur. Logische nul ligt, zoals gewoonlijk, binnen 0 ... 0.4V. Maar deze niveaus zitten in het microcircuit, je kunt ze alleen maar raden, maar je kunt ze niet met je handen voelen, je kunt niet zien met je ogen.

Uitgangsfase

Om het laadvermogen van de chip te vergroten, is een krachtige uitgangstrap op transistors VT1, VT2 verbonden met de uitgang van de trigger.

Als de RS - trigger wordt gereset, bevat de uitgang (pin 3) een logische nulspanning, d.w.z. open transistor VT2. In het geval dat de trigger aan de uitgang is geïnstalleerd, is het niveau van de logische eenheid ook.

De uitgangstrap wordt gemaakt door een push-pull-circuit, waarmee u de belasting tussen de uitgang en de gemeenschappelijke draad (klemmen 3.1) of de voedingsbus (klemmen 3.8) kunt aansluiten.

Een kleine opmerking over de outputfase. Bij het repareren en afstellen van apparaten op digitale microschakelingen is een van de methoden voor het controleren van de schakeling het leveren van een signaal van laag niveau aan de ingangen en uitgangen van de microschakelingen. In de regel gebeurt dit door kortsluiting naar de gemeenschappelijke draad van deze ingangen en uitgangen met behulp van een naainaald, zonder de microcircuit te beschadigen.

In sommige circuits is de NE555-voeding 5V, dus het lijkt erop dat dit ook digitale logica is en je kunt het ook vrijelijk doen. Maar in werkelijkheid is dit niet zo. In het geval van de 555-chip, of liever gezegd, met zijn push-pull-uitgang, kunnen dergelijke "experimenten" niet worden gedaan: als de uitgangstransistor VT1 op dit moment open is, zal een kortsluiting optreden en zal de transistor eenvoudig doorbranden. En als de voedingsspanning bijna het maximum bereikt, is een betreurenswaardig einde gewoon onvermijdelijk.

Extra transistor (pin 7)

Naast de genoemde transistors is er ook een transistor VT3. De collector van deze transistor is verbonden met de uitgang van de chip 7 "Discharge". Het doel is om de tijdinstellende condensator te ontladen bij gebruik van de microschakeling als pulsgenerator. De ontlading van de condensator vindt plaats wanneer de trigger DD1 wordt gereset. Als we ons de beschrijving van de trigger herinneren, is er op dit moment op de inverse uitgang (aangegeven door een cirkel in het diagram) een logische eenheid die leidt tot de opening van de transistor VT3.

Over het resetsignaal (pin 4)

U kunt een trigger op elk moment resetten - het "reset" -signaal heeft een hoge prioriteit. Om dit te doen, is er een speciale ingang R (pin 4), aangegeven in de afbeelding als Usbr. Zoals uit de figuur kan worden afgeleid, zal een reset optreden als een laagniveau-puls van niet meer dan 0,7 V wordt toegepast op de 4e uitgang. Tegelijkertijd verschijnt er een laag voltage aan de uitgang van de microschakeling (pin 3).

In gevallen waarin deze ingang niet wordt gebruikt, wordt er een logisch eenheidsniveau op toegepast om impulsruis kwijt te raken. De eenvoudigste manier om dit te doen is door pin 4 rechtstreeks op de voedingsbus aan te sluiten. In geen geval mag u het, zoals ze zeggen, in de "lucht" laten. Dan zul je je lang moeten afvragen en denken, en waarom werkt het circuit zo onstabiel?

Algemene trigger-opmerkingen

Om niet volledig te worden verward over de status van de trigger, moet eraan worden herinnerd dat bij discussies over de trigger altijd rekening wordt gehouden met de status van de directe exit. Nou, als er wordt gezegd dat de trigger is "geïnstalleerd", dan op de directe uitgang de status van de logische eenheid. Als ze zeggen dat de trigger "reset" is, zal de directe uitgang zeker een logische nulstatus hebben.

Op de omgekeerde uitgang (gemarkeerd met een kleine cirkel) zal alles precies het tegenovergestelde zijn, daarom wordt de trigger-uitgang vaak parafase genoemd. Om niet alles meer te verwarren, zullen we hier niet meer over praten.

Iedereen die deze plaats zorgvuldig heeft gelezen, kan vragen: 'Neem me niet kwalijk, het is gewoon een trigger met een krachtige transistorcascade aan de uitgang. En waar is de timer zelf? " En hij zal gelijk hebben, want de kwestie heeft de timer nog niet bereikt. Om een ​​timer te krijgen, heeft zijn vader, de maker van Hans R. Kamensind, een originele manier bedacht om deze trigger te bedienen. De truc van deze methode is de vorming van besturingssignalen.

Signaalgeneratie op de RS - ingangen van de trigger

Dus wat hebben we gekregen? De DD1-trigger regelt alles in de timer: als deze is ingesteld op één, is de uitgangsspanning hoog en als deze wordt gereset, is uitgang 3 laag en is de VT3-transistor ook open. Het doel van deze transistor is om een ​​timingcondensator in een circuit te ontladen, bijvoorbeeld een pulsgenerator.

De DD1-trigger wordt bestuurd met behulp van de vergelijkers DA1 en DA2. Om de werking van de trigger aan de uitgangen van de comparators te regelen, is het noodzakelijk om signalen R en S op hoog niveau te verkrijgen. Een referentiespanning wordt aangelegd op een van de ingangen van elke comparator, die wordt gegenereerd door een precisiedeler op weerstanden R1 ... R3. De weerstand van de weerstanden is hetzelfde, dus de daarop aangebrachte spanning is verdeeld in 3 gelijke delen.

Trigger controle signaal generatie

Timer start

De gelijkspanning van 1 / 3U wordt aangelegd op de directe ingang van de comparator DA2 en de externe spanning voor het starten van de timer Uzap via pin 2 wordt aangelegd op de omgekeerde ingang van de comparator. Om te werken op de ingang S van de trigger DD1 aan de uitgang van deze comparator, is het noodzakelijk om een ​​hoog niveau te verkrijgen. Dit is mogelijk als de spanning Ustap in het bereik 0 ... 1 / 3U ligt.

Zelfs een kortetermijnpuls van een dergelijke spanning zal de trigger DD1 activeren en het verschijnen van een hoogspanningstimer. Als de ingang Ucap wordt beïnvloed door een spanning boven 1 / 3U en tot de voedingsspanning, zullen er geen veranderingen optreden aan de uitgang van de microschakeling.

Timer stop

Om de timer te stoppen, hoeft u alleen maar de interne trigger DD1 te resetten en hiervoor aan de uitgang van de comparator DA1 een hoog niveau signaal R te genereren. De DA1-comparator is iets anders ingeschakeld dan DA2.De referentiespanning van 2 / 3U wordt aangelegd op de inverterende ingang en het besturingssignaal "Responsdrempel" Ufor wordt aangelegd op de directe ingang.

Met deze opname zal een hoog niveau aan de uitgang van de comparator DA1 alleen optreden wanneer de spanning Upoor op de directe ingang de referentiespanning 2 / 3U op de inverterende overschrijdt. In dit geval wordt de DD1-trigger gereset en wordt een laag niveau-signaal tot stand gebracht aan de uitgang van de microschakeling (pin 3). Ook zal de "ontlading" VT3-transistor openen, waardoor de tijdinstellende condensator wordt ontladen.

Als de ingangsspanning binnen 1 / 3U ... 2 / 3U ligt, zal geen van de comparators werken, zal er geen statusverandering aan de uitgang van de timer optreden. In digitale technologie wordt deze spanning het "grijsniveau" genoemd. Als u eenvoudig pin 2 en 6 aansluit, krijgt u een comparator met de responsniveaus van 1 / 3U en 2 / 3U. En zelfs zonder een enkel detail!

Referentiespanningsverandering

Pin 5, in de figuur aangeduid als Uobr, is ontworpen om de spanningsreferentie te regelen of te wijzigen met behulp van extra weerstanden. Het is ook mogelijk om een ​​stuurspanning aan deze ingang te leveren, zodat het mogelijk is om een ​​frequentie- of fasegemoduleerd signaal te verkrijgen. Maar vaker wordt deze conclusie niet gebruikt, en om de invloed van interferentie te verminderen wordt deze verbonden met een gemeenschappelijke draad via een condensator met een kleine capaciteit.

De microschakeling wordt gevoed door pennen 1 - GND, 2 + U.

Hier is de actuele beschrijving van de NE555 geïntegreerde timer. De timer heeft veel verschillende circuits verzameld, die in de volgende artikelen worden besproken.

Boris Aladyshkin 

Vervolg van het artikel: 555 Geïntegreerde timerontwerpen