Timer integrat NE555 - istoric, proiectare și funcționare

Istoria creării unui cip foarte popular și o descriere a structurii sale interne

Una dintre legendele electronice este cip integrat NE555. A fost dezvoltat în 1972. O astfel de longevitate este departe de fiecare cip și nici măcar orice tranzistor nu poate fi mândru. Deci, ce este atât de special în acest microcircuit, care are trei marcaje în marcajul său?

Signetics lansează producția de serie de cip NE555 exact la un an după a fost dezvoltat de Hans R. Kamensind. Cel mai uimitor lucru din această poveste a fost faptul că, în acea perioadă, Kamensind era practic șomer: a renunțat la PR Mallory, dar nu a reușit să ajungă nicăieri. De fapt, a fost o „temă”.

Cipul a văzut lumina zilei și a câștigat faimă și popularitate atât de mare datorită eforturilor managerului Signetics Art Fury, care era, desigur, prieten cu Kamensind. El lucra la General Electric, așa că știa piața electronică ce era nevoie acolo și cum să atragă atenția unui potențial cumpărător.

Conform memoriilor lui Kamensinda A. Fury a fost un adevărat entuziast și iubitor al meseriei sale. Acasă, avea un întreg laborator plin cu componente radio, unde a condus diverse studii și experimente. Acest lucru a făcut posibilă acumularea unei vaste experiențe practice și aprofundarea cunoștințelor teoretice.

La acel moment, produsele Signetics erau denumite „5 **”, iar experimentatul A. Fury, care avea un sens supranatural al pieței de electronice, a decis că marcarea 555 (trei cinci) va fi cea mai binevenită pentru noul cip. Și nu a greșit: microcircuitul a mers pur și simplu ca niște prăjituri fierbinți, a devenit poate cel mai masiv din întreaga istorie a creării de microcircuite. Cel mai interesant este că microcircuitul nu și-a pierdut relevanța în această zi.

Ceva mai târziu, două scrisori au apărut în marcajul microcircuitului, devenit cunoscut sub numele de NE555. Dar, deoarece în acele zile a existat o mizerie completă în sistemul de brevetare, cronometrul integrat s-a grăbit să elibereze pe toți cei care nu sunt leneși, în mod natural, punând trei (citiți) scrisorile dvs. în fața a trei cinci. Ulterior, pe baza timerului 555, au fost dezvoltate, desigur, în mai multe cazuri multi-pin, cronometrele duble (IN556N) și patruped (IN558N). Dar baza era încă aceeași NE555.

Fig. 1. Temporizator integrat NE555

555 în URSS

Prima descriere a 555 din literatura radio-tehnică internă a apărut deja în 1975 în revista Electronics. Autorii articolului au remarcat faptul că acest cip se va bucura de nu mai puțin popularitate decât amplificatoarele operaționale cunoscute la acea vreme. Și nu au greșit deloc. Microcircuitul a făcut posibilă crearea unor modele foarte simple și aproape toate au început să funcționeze imediat, fără ajustare dureroasă. Dar se știe că repetabilitatea designului acasă crește proporțional cu pătratul „simplității” sale.

În Uniunea Sovietică, la sfârșitul anilor 80, a fost elaborat un analog complet de 555, numit KR1006VI1. Prima aplicație industrială a analogului intern a fost în aparatul de înregistrare video VCR12 Electronics.

Producători de cip NE555:

Chip de dispozitiv intern NE555

Înainte de a apuca fierul de lipit și de a începe asamblarea structurii pe cronometrul integrat, să ne dăm seama mai întâi ce este în interior și cum funcționează totul. După aceea, va fi mult mai ușor să înțelegeți cum funcționează o schemă practică specifică.

Cronometrul integrat conține peste douăzeci tranzistoria cărei conexiune este prezentată în figură - https://i.electricianexp.com/ro/555ic.jpg

După cum puteți vedea, schema circuitului este destul de complexă și este prezentată aici doar pentru informații generale.Până la urmă, oricum nu poți intra în el cu un fier de lipit, nu îl vei putea repara. De fapt, aceasta este exact ceea ce arată toate celelalte microcircuite, atât digitale, cât și analogice (vezi - Chipsuri legendare analogice). Aceasta este tehnologia pentru producerea de circuite integrate. De asemenea, nu va fi posibilă înțelegerea logicii dispozitivului în ansamblu printr-o astfel de schemă, de aceea schema funcțională este prezentată mai jos și descrierea acestuia.

Date tehnice

Dar, înainte de a te ocupa de logica cipului, probabil că ar trebui să aduci parametrii electrici ai acestuia. Gama de tensiuni de alimentare este suficient de largă de 4,5 ... 18 V, iar curentul de ieșire poate ajunge la 200mA, ceea ce permite utilizarea chiar și a unor relee cu putere redusă. Cipul în sine consumă foarte puțin: la curentul de încărcare se adaugă doar 3 ... 6 mA. În același timp, precizia cronometrului în sine este practic independentă de tensiunea de alimentare, - doar 1 la sută din valoarea calculată. Deriva este de numai 0,1% / vol. Debitul de temperatură este de asemenea mic - doar 0, 005% / ° C. După cum puteți vedea, totul este destul de stabil.

Diagrama funcțională a NE555 (KR1006VI1)

După cum am menționat mai sus, în URSS au făcut un analog al burghezului NE555 și l-au numit KR1006VI1. Analogul s-a dovedit a fi foarte reușit, nu mai rău decât originalul, așa că îl puteți folosi fără nicio teamă sau îndoială. Figura 3 prezintă diagrama funcțională a cronometrului integrat KR1006VI1. Este complet în concordanță cu cipul NE555.

Figura 3. Schema funcțională a cronometrului integrat KR1006VI1

Cipul în sine nu este atât de mare - este disponibil într-un pachet DIP8 cu opt pini, precum și într-un SOIC8 de dimensiuni mici. Acesta din urmă sugerează că 555 poate fi utilizat pentru editare SMD, cu alte cuvinte, dezvoltatorii au încă un interes în acest sens.

Există, de asemenea, puține elemente în interiorul microcircuitului. Principala este cel mai comun RS este un declanșator DD1. Când o unitate logică este introdusă la intrarea R, declanșatorul este resetat la zero, iar când o unitate logică este introdusă la intrarea S, aceasta este setată în mod natural la una. Pentru a genera semnale de control pe intrările RS circuit special pe comparatoare, despre care vom discuta puțin mai târziu.

Nivelurile fizice ale unei unități logice depind, desigur, de tensiunea de alimentare utilizată și practic variază de la Upit / 2 până la Upit aproape complet. Aproximativ același raport este observat pentru microcircuitele logice ale structurii CMOS. Logic zero este, ca de obicei, în 0 ... 0.4V. Dar aceste niveluri sunt în interiorul microcircuitului, puteți ghici doar despre ele, dar nu le puteți simți cu mâinile dvs., nu le puteți vedea cu ochii.

Etapa de ieșire

Pentru a crește capacitatea de încărcare a cipului, la o ieșire a declanșatorului este conectată o etapă de ieșire puternică pe tranzistoarele VT1, VT2.

Dacă RS - declanșatorul este resetat, atunci ieșirea (pinul 3) conține o tensiune logică zero, adică. tranzistor deschis VT2. În cazul în care declanșatorul este instalat la ieșire, nivelul unității logice este de asemenea.

Etapa de ieșire este realizată de un circuit push-pull, care vă permite să conectați sarcina între ieșire și cablul comun (bornele 3.1) sau magistrala de alimentare (bornele 3.8).

O mică remarcă pe scena de ieșire. La repararea și reglarea dispozitivelor pe microcircuite digitale, una dintre metodele de verificare a circuitului este furnizarea unui semnal de nivel scăzut la intrările și ieșirile microcircuitelor. De regulă, acest lucru se realizează prin scurtarea la sârmă comună a acestor intrări și ieșiri cu ajutorul unui ac de cusut, în timp ce nu provoacă niciun rău microcircuitului.

În unele circuite, sursa de alimentare NE555 este de 5V, deci se pare că aceasta este și o logică digitală și o puteți face destul de liber. Dar, în realitate, nu este așa. În cazul cipului 555, sau mai degrabă, cu ieșirea sa push-pull, astfel de „experimente” nu pot fi făcute: dacă tranzistorul de ieșire VT1 este deschis în acest moment, atunci va rezulta un scurtcircuit și tranzistorul pur și simplu se va arde. Și dacă tensiunea de alimentare este aproape de maximă, atunci un final deplorabil este pur și simplu inevitabil.

Tranzistor suplimentar (pin 7)

Pe lângă tranzistoarele menționate, există și un tranzistor VT3. Colectorul acestui tranzistor este conectat la ieșirea cipului 7 „Descărcare”. Scopul său este descărcarea condensatorului pentru reglarea timpului când se utilizează microcircuitul ca generator de impulsuri. Descărcarea condensatorului are loc atunci când declanșatorul DD1 este resetat. Dacă amintim descrierea declanșatorului, atunci la ieșirea inversă (indicată de un cerc în diagrama) în acest moment există o unitate logică, care duce la deschiderea tranzistorului VT3.

Despre semnalul de resetare (pin 4)

Puteți reseta oricând un declanșator - semnalul „resetare” are o prioritate ridicată. Pentru aceasta, există o intrare specială R (pin 4), indicată în figură ca Usbr. După cum se poate înțelege din figură, o resetare va apărea dacă un impuls de nivel scăzut de cel mult 0,7V este aplicat la a 4-a ieșire. În același timp, la ieșirea microcircuitului va apărea o tensiune de nivel scăzut (pinul 3).

În cazurile în care această intrare nu este utilizată, i se aplică un nivel logic de unitate pentru a scăpa de zgomotul de impuls. Cel mai simplu mod de a face acest lucru este prin conectarea pinului 4 direct la magistrala de alimentare. În niciun caz nu trebuie să o lași, cum se spune, în „aer”. Atunci va trebui să vă întrebați și să vă gândiți mult timp, și de ce funcționează circuitul atât de instabil?

Note generale de declanșare

Pentru a nu fi complet confuz cu privire la starea declanșatorului, trebuie reamintit că în discuțiile despre declanșator se ține cont întotdeauna de starea de ieșire directă a acestuia. Ei bine, dacă se spune că declanșatorul este „instalat”, atunci la ieșirea directă starea unității logice. Dacă spun că declanșatorul este „resetat”, atunci ieșirea directă va avea cu siguranță o stare de zero logică.

Pe ieșirea inversă (marcată cu un cerc mic) totul va fi exact invers, prin urmare, de multe ori ieșirea de declanșare se numește parafază. Pentru a nu confunda din nou totul, nu vom mai vorbi despre acest lucru.

Oricine a citit cu atenție acest loc poate întreba: „Scuzați-mă, este doar un declanșator cu o cascadă de tranzistor puternic la ieșire. Și unde este cronometrul în sine? ” Și va avea dreptate, deoarece problema nu a ajuns încă la cronometru. Pentru a obține un cronometru, tatăl său, creatorul lui Hans R. Kamensind, a inventat o modalitate originală de a controla acest declanșator. Trucul acestei metode este formarea semnalelor de control.

Generare de semnal pe RS - intrări ale declanșatorului

Deci ce am primit? Declanșatorul DD1 controlează totul în interiorul temporizatorului: dacă este setat la una, tensiunea de ieșire este ridicată, iar dacă este resetată, ieșirea 3 este scăzută și tranzistorul VT3 este de asemenea deschis. Scopul acestui tranzistor este descărcarea unui condensator de sincronizare într-un circuit, de exemplu, un generator de impulsuri.

Declanșatorul DD1 este controlat folosind comparatoarele DA1 și DA2. Pentru a controla funcționarea declanșatorului la ieșirile comparatoarelor, este necesară obținerea de semnale la nivel înalt R și S. O tensiune de referință este aplicată la una dintre intrările fiecărui comparator, care este generată de un divizor de precizie pe rezistențele R1 ... R3. Rezistența rezistențelor este aceeași, deci tensiunea aplicată acestora este împărțită în 3 părți egale.

Generarea semnalului de control al declanșării

Pornire temporizator

Tensiunea directă de 1 / 3U se aplică la intrarea directă a comparatorului DA2, iar tensiunea externă pentru pornirea cronometrului Uzap prin pinul 2 se aplică la intrarea inversă a comparatorului. Pentru a acționa asupra intrării S a declanșatorului DD1 la ieșirea acestui comparator, este necesară obținerea unui nivel ridicat. Acest lucru este posibil dacă tensiunea Ustap va fi în intervalul 0 ... 1 / 3U.

Chiar și un impuls pe termen scurt al unei astfel de tensiuni va declanșa declanșatorul DD1 și apariția unui cronometru de înaltă tensiune. Dacă Ucap-ul de intrare este expus la tensiuni peste 1 / 3U și până la tensiunea de alimentare, atunci la ieșirea microcircuitului nu se vor produce modificări.

Oprire cronometră

Pentru a opri cronometrul, trebuie doar să resetați declanșatorul intern DD1, iar pentru aceasta, la ieșirea comparatorului DA1, generați un semnal R de nivel înalt. Comparatorul DA1 este pornit puțin diferit de DA2.Tensiunea de referință de 2 / 3U este aplicată pe intrarea inversă, iar pe intrarea directă se aplică semnalul de control „Prag de răspuns” Ufor.

Cu această includere, un nivel ridicat la ieșirea comparatorului DA1 apare numai atunci când tensiunea Upoor la intrarea directă depășește tensiunea de referință 2 / 3U pe cea inversă. În acest caz, declanșatorul DD1 va fi resetat, iar la ieșirea microcircuitului va fi stabilit un semnal de nivel scăzut (pinul 3). De asemenea, se va deschide tranzistorul VT3 „de descărcare”, care va descărca condensatorul pentru setarea timpului.

Dacă tensiunea de intrare se află în limita a 1 / 3U ... 2 / 3U, niciunul dintre comparatori nu va funcționa, nu va apărea o schimbare de stare la ieșirea cronometrului. În tehnologia digitală, această tensiune este denumită „nivel de gri”. Dacă conectați pur și simplu pinii 2 și 6, veți obține un comparator cu nivelurile de răspuns de 1 / 3U și 2 / 3U. Și chiar și fără un singur detaliu suplimentar!

Schimbarea tensiunii de referință

Pinul 5, denumit Uobr în figură, este proiectat pentru a controla referința de tensiune sau pentru a o schimba folosind rezistențe suplimentare. De asemenea, este posibil să alimentați o tensiune de control la această intrare, astfel încât să fie posibilă obținerea unui semnal modulat în frecvență sau în fază. Dar mai des această concluzie nu este folosită și pentru a reduce influența interferenței este conectată la un fir comun printr-un condensator de capacitate mică.

Microcircuitul este alimentat prin pinii 1 - GND, 2 + U.

Iată descrierea reală a cronometrului integrat NE555. Cronometrul a colectat o mulțime de circuite de tot felul, care vor fi discutate în articolele următoare.

Boris Aladyshkin 

Continuarea articolului: 555 Programe de timer integrate