Shik-v-dom.ru

Шик в Дом
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

555-й таймер. Часть 1. Как устроен и как работает таймер NE555. Расчёт схем на основе NE555

555-й таймер. Часть 1. Как устроен и как работает таймер NE555. Расчёт схем на основе NE555

Умные соединения компаратора, сбрасываемый триггер и инвертирующий усилитель в одной монолитной интегральной микросхеме, наряду с несколькими другими элементами породили почти бессмертные схемы устройств, которые сегодня используется многими радиолюбителями.

555 Таймер был разработан американской компанией Signetics в 1972 году и зарегистрирован на мировом рынке. Два года спустя той же компании был разработана микросхема с обозначением 556, которая объединила в себе два отдельных таймера NE555 имеющих только общие выводы по питанию. Еще позже были разработаны микросхемы 557, 558 и 559 с применением до четырех таймеров NE555 в одном корпусе. Но позже они были сняты с производства и почти забыты.

Интегральная микросхема NE555 разрабатывалась в качестве таймера и содержит в себе комбинацию аналоговых и цифровых элементов в одном кристалле. Выпускается в различном исполнении, начиная от классического DIP корпуса стандартного и SOIC для SMD монтажа и до миниатюрного корпуса версии SSOP или SOT23-5. (Цены на таймер NE555)

Таймер NE555, кроме стандартного исполнения производиться так же в маломощном CMOS исполнении. Схема электропитания NE555 составляет от 4,5 до 15 вольт (18 вольт максимум), а CMOS вариант использует питание от 3 вольт. Максимальная выходная нагрузка выхода для NE555 200мА, у версии маломощного таймера только 20 мА при 9 вольт.

Стабильность работы стандартной версии 555 сильно зависит от качества источника питания. Это не так сильно сказывается в простых схемах с применением таймера, однако, в более сложных конструкциях, желательно устанавливать буферный конденсатор по цепи питания емкостью 100 мкф.

Таймер NE555

История изобретения этого таймера показывает, что настоящие шедевры делаются не всегда в самые лучшие для изобретателей времена, и часто даже в совершенно не высокотехнологичных условиях. Ганс Камензинд в свои 33 года кроме служебных обязанностей имел мечту. Это не всегда бывает по вкусу начальству, и ему пришлось уволиться. Свой шедевр он придумал, сидя в гараже в 1971 году, а через год микросхема на восьми ножках бойко пошла в производство и продажу. Схема простая и, как оказалась, полезная. Быть может, не последнюю роль в удаче сыграло и название, которое толком и объяснить не могут: почему NE — от названия фирмы Signetics? Почему 555 — потому что им полюбилась пятерка? Таймер? — да, но не такой, как обычные. Те, что всегда только безостановочно тикают импульсами, а этот может выдать очень точный интервал времени, и не в каких-то привычных в импульсной технике микросекундах, а в достаточно ощутимом интервале: взять и включить лампочку на несколько секунд.

Ганс Р. Камензинд (Hans R. Camenzind)

Схема, как часто и все гениальное, оказалась на стыке двух техник: импульсной и аналоговой.

Аналоговые — операционные усилители — усиливают сигнал до нужного стандарта (2 на входах (двухпороговый компаратор) и 1 на выходе). А в середине работает импульсный RS-триггер, который может как генерировать импульсы (мультивибратор), так и выдавать одиночный импульс заданной протяженности (одновибратор).

Читайте так же:
Способы подключения двойного выключателя

И все очень легко регулируется — практически, соотношением параметров двух резисторов и одной емкости, подключенных к микросхеме на входах, а также подачей других сигналов на входы.

Первая NE555

«Эволюция» микросхемы NE555

Видимо, схема имеет какое-то неуловимо удачное соотношение простоты управления и простоты конструкции, что в сочетании с неожиданным многообразием работы элементов и придало ей популярности на протяжении стольких лет. Потому что перечисленные свойства, как следствие, выразились в совсем даже невысокой стоимости и в применимости в разных схемах — и ширпотребовских, и профессиональных. Они хороши для использования в детских игрушках, реле времени, кодовых замках, космических аппаратах. А ежегодные продажи исчисляются до сих пор миллиардами штук по всему миру. Причем за все время схема не претерпела практически никаких изменений. По какой причине слово «эволюция» под рисунком выше и взято в кавычки. Таймер 555 выпускают многие фирмы по всему миру. Известны и отечественные аналоги NE555 — микросхема КР1006ВИ1 и ее КМОП вариант КР1441ВИ1.

Записки программиста

В предыдущей заметке, посвященной электронике, мы познакомились с довольно простой интегральной схемой, счетчиком 4026. Чип, о котором речь пойдет в этом посте, существенно интереснее, как минимум, потому что он может выполнять не одну-единственную функцию, а сразу несколько. Более того, с его помощью мы наконец-то научимся не только мигать светодиодами, но и генерировать звуки. Название чипа — таймер 555.

Как работает таймер 555

Я видел разные объяснения того, как работает данная микросхема. Но лучшее, как мне кажется, приводится во всей той же книге Чарьза Платта. Платт предлагает представить, что внутри микросхемы как бы спрятан виртуальный переключатель:

Иллюстрация внутреннего устройства счетчика 555

Ножки 1 и 8 просто подключаются к питанию. Про ножку 5 (control) можно пока забыть, потому что она редко используется и обычно подключается к земле. Притом, через конденсатор небольшой емкости, чтобы предотвратить помехи. Зачем она на самом деле нужна, будет объяснено чуть позже.

Упомянутый переключатель изображен на картинке зеленым цветом. В исходном состоянии он подключает выходы 3 и 7 к земле. Когда напряжение на ножке 2 (trigger) падает до 1/3 напряжения питания, это замечает компаратор A (тоже виртуальный, понятное дело) и опускает переключатель вниз. В этом состоянии выход 3 становится подключен к плюсу, а выход 7 разомкнут. Когда напряжение на ножке 6 (threshold) вырастает до 2/3 напряжения питания, это замечает компаратор B и поднимает переключатель вверх. Собственно, ножка 5 (control) нужна для того, чтобы вместо 2/3 выбирать какое-то другое значение. Наконец, понизив напряжение на ножке 4 (reset), можно вернуть микросхему в исходное состояние.

Чтобы понять, почему же таймер 555 называется «таймером», рассмотрим три режима его работы.

Моностабильный режим (monostable mode)

Также иногда называется режимом одновибратора. Ниже изображена схема использования чипа в этом режиме:

Читайте так же:
Шуруповерт макита ремонт выключателя

Таймер 555 в моностабильном режиме

Заметьте, что, как это часто бывает, расположение ножек чипа на схеме не совпадает с их физическим расположением. На этой и следующих схемах не указано напряжение источника питания, так как его можно менять в некотором диапазоне. Лично я проверял работоспособность схем при напряжении от 3 до 6 В. На всех схемах есть конденсатор емкостью 100 мкФ, подключенный параллельно нагрузке. Как нам с вами уже известно, он играет роль сглаживающего фильтра. На двух схемах из трех ножка 5 (control) подключена к керамическому конденсатору на 100 нФ. Почему так сделано, уже было рассказано выше. Это что общего у всех схем. Теперь поговорим о различиях.

Fun fact! Согласно спецификации, таймер 555 не рассчитан на работу при напряжении менее 4.5 В. Однако на практике он не так уж плохо работает и при напряжении 3 В.

Итак, что здесь происходит. В исходном состоянии светодиод не горит. При нажатии на кнопку, подключенную к ножке 2 (trigger), светодиод загорается примерно на 2.5 секунды, а затем гаснет. Если в то время, когда светодиод горит, нажать на кнопку, подключенную к ножке 4 (reset), светодиод тут же погаснет, до истечения времени.

Как это работает? Обратите внимание на правую часть схемы. В начальный момент времени вывод 7 подключен к минусу, поэтому ток идет через резистор прямо на него, не доходя до конденсатора внизу схемы. Вывод 3 (out) также подключен к минусу, поэтому ток через светодиод не идет и, соответственно, он не горит. При нажатии на копку, подключенную к выводу 2 (trigger), вывод 7 начинает ни к чему не вести, а вывод 3 подключается к плюсу. В итоге ток идет на светодиод и он зажигается. Кроме того, начинает заряжаться конденсатор внизу схемы. Когда конденсатор достигает 2/3 напряжения питания, таймер видит это через вывод 6 (threshold) и возвращает чип в исходное состояние. В итоге светодиод гаснет, а конденсатор полностью разряжается. Пользователь может преждевременно вернуть чип в исходное состояние, нажав вторую кнопку.

Время, в течение которого светодиод горит, можно регулировать при помощи емкости конденсатора и сопротивления резистора по следующей формуле:

Здесь R — сопротивление резистора в омах, C — емкость конденсатора в фарадах, а T — время горения светодиода в секундах. Учтите однако, что на практике характеристики всех элементов определяются с некоторой погрешностью. Для резисторов, например, она типично составляет либо 5% (золотая полоска), либо 10% (серебряная полоска).

Автоколебательный режим (astable mode)

Таймер 555 в автоколебательном режиме

Что здесь происходит? Светодиод просто мигает с частотой около 3-х раз в секунду. Никаких кнопок или иного интерактива не предусмотрено.

Как это работает. Благодаря тому, что изначально вывод 7 (discharge) подает низкое напряжение и подключен к выводу 2 (trigger) через резистор сопротивлением 10 кОм, чип тут же переключается в свое «нижнее» состояние. Светодиод загорается, а конденсатор внизу схемы начинает заряжаться через два резистора справа. Когда напряжение на конденсаторе достигает 2/3 полного напряжения, чип видит это через вывод 6 (threshold) и переключается в «верхнее» состояние. Конденсатор начинает разряжаться через вывод 7 (discharge), но делает это медленнее, чем в предыдущей схеме, так как на сей раз он разряжается через резистор сопротивлением 10 кОм. Когда напряжение на конденсаторе падает до 1/3 полного напряжения, чип видит это через вывод 2 (trigger). В результате он снова переходит в «нижнее» состояние и процесс повторяется.

Читайте так же:
Правильное подключение 2 клавишного выключателя

То, как будет мигать светодиод, можно определить по формулам:

Здесь F — частота миганий в герцах, H — время в секундах, в течение которого светодиод горит, а L — время в секундах, в течение которого светодиод не горит. Интересно, что параллельно с резистором R2 можно подключить диод, тем самым заставив конденсатор заряжаться только через R1, а разряжаться, как и раньше, через R2. Таким образом, можно добиться полной независимости времени H от времени L и наоборот.

Fun fact! Подключив в этой схеме вместо светодиода динамик или пьезо-пищалку, а также выбрав C равным 100 нФ или 47 нФ, можно насладиться звуком с частотой 687 Гц или 1462 Гц соответственно. На самом деле, это далеко не чистый звук определенной частоты, так как чип 555 генерирует прямоугольный сигнал, а для чистого звука нужна синусоида. Почувствовать разницу между прямоугольным и синусоидальным сигналом проще всего в Audacity, сказав Generate → Tone. Заметьте, что можно регулировать R2, а следовательно и частоту звука, заменив соответствующий резистор на потенциометр. Кроме того, резистор, подключенный последовательно с динамиком или пьезо-пищалкой, можно также заменить на потенциометр и регулировать с его помощью громкость. Наконец, к выводу 5 (control) вместо конденсатора также можно подключить потенциометр и с его помощью более тонко подогнать частоту сигнала.

Бистабильный режим (bistable mode)

И, наконец, схема бистабильного режима:

Таймер 555 в бистабильном режиме

Что происходит. Изначально светодиод не горит. При нажатии на кнопку, подключенную к ножке 2 (trigger) он загорается и горит бесконечно долго. При нажатии на другую кнопку, подключенную к ножке 4 (reset), светодиод гаснет. То есть, получилось что-то вроде кнопок «включить» и «выключить».

Как это работает. Режим похож на моностабильный (первый рассмотренный), только нет никакого конденсатора, который мог бы вернуть чип из «нижнего» состояния обратно в «верхний». Вместо этого вывод 6 (threshold) подключен напрямую к земле, а выводы 5 (control) и 7 (discharge) вообще ни к чему не подключены. В данном случае это нормально, так как подача любого сигнала на эти выводы все равно будет игнорироваться. В общем и целом, это тот же моностабильный режим, только чип не меняет свое состояние автоматически. Изменить состояние может только пользователь, явно подав низкое напряжение на вывод 2 (trigger) или 4 (reset).

Заключение

Согласитесь, это было не так уж и сложно! На следующем фото изображены все описанные выше режимы, собранные на макетной плате:

Режимы использования таймера 555

Слева направо — моностабильный, автоколебательный и бистабильный режимы. Вариант, где автоколебательный режим используется с динамиком и двумя потенциометрами, выглядит куда более впечатляюще, но менее наглядно, поэтому здесь я его не привожу.

Читайте так же:
Схема проводки выключателя с одной клавишей

Исходники приведенных выше схем, созданных в gschem, вы найдете здесь. Кое-какие дополнительные сведения можно найти в статье 555 timer IC на Википедии, а также далее по ссылкам.

Как всегда, буду рад вашим вопросам и дополнениям. А часто ли вам приходится использовать таймер 555?

Обзор модуля генератора импульсов на NE555

Сегодня расскажу о модуле генератора импульсов на микросхеме NE555 (YS-32), которая способна работать от 10 до 200 кГц. Данный модуль используется для намотки спидометра, ремонте и так далее.

Технические параметры

► Микросхема: NE555;
► Форма генерируемых импульсов: прямоугольные импульсы;
► Рабочее напряжение: 5-15 В;
► Диапазоны частот: 1-50Гц, 50Гц — 1кГц, 1-10кГц, 10-200 кГц;
► Потребляемый ток: 100 мА;
► Выходной ток: 35 мА;
► Размеры: 31 х 22 х 17 мм;
► Вес: 7 г.

Обзор модуля NE555

Модуль основан на микросхеме NE555, которая была выпущена еще в 1971 году, компанией Signetics и которая на сегодняшний день остается популярной. Сам модуль имеет небольшие размеры, всего 31 на 17 мм. Частота выходного сигнала регулируется с помощью потенциометра, в определенном диапазоне, который задается с помощью перемычек: 1-50Гц, 50Гц — 1кГц, 1-10кГц и 10-200 кГц. Вторым потенциометром регулируется скважность. Для подключения используется трех контактный штыревой разъем, шагом 2,54 мм.

Назначение контактов:
► GND – Вывод питания, земля.
► OUT – Сигнальный вывод.
► VCC – Вывод питания, от 5 до 15 В.

Принципиальная схема:

Показания осциллограмм выходного сигнала NE555

Покажу показания выходного сигнала снятые с помощью осциллографа, потенциометр частоты и скважности выкрутил на минимум и на максимум.
1. Перемычка установлен на 1 Гц — 50 Гц, потенциометры на минимуме.

2. Перемычка установлен на 50 Гц — 1 кГц, потенциометры на минимуме.

3. Перемычка установлен на 1 кГц — 10 кГц, потенциометры на минимуме.

4. Перемычка установлен на 10к Гц — 200 кГц, потенциометры на минимуме.

5. Перемычка установлен на 1 Гц — 50 Гц, потенциометр частоты на максимуме, а потенциометр скважности выкручен максимально (до спада импульса).

6. Перемычка установлен на 50 Гц — 1 кГц, потенциометр частоты на максимуме, а потенциометр скважности выкручен максимально (до спада импульса).

7. Перемычка установлен на 1 кГц — 10 кГц, потенциометр частоты на максимуме, а потенциометр скважности выкручен максимально (до спада импульса).

8. Перемычка установлен на 10 кГц — 200 кГц, потенциометр частоты на максимуме, а потенциометр скважности выкручен максимально (до спада импульса).

Подключение модуля NE555 к Arduino

Необходимые детали:
Arduino UNO R3 x 1 шт.
Генератор импульсов на NE555 (от 1 Гц до 200 кГц ) x 1 шт.
Провода DuPont M-F, 20 см x 1 шт.

Подключение:
Для наглядности подключим модуль генератора импульсов NE555 к аналоговому выводу Arduino, принципиальная схема подключена показана ниже.

Читайте так же:
Поплавковый выключатель для насоса wilo

Программа:
Скетч не сложный, просто считываем показания с аналогово порта А0 и полученные данные передаем в последовательный порт.

С 1975 аналогом создавался продукт серии КР1006ВИ1. Выпуск конструкции продолжают Рижский завод «АLFARPAR» (Латвийская Республика). Сохранено также с постсоветского периода (СССР) производство Беларусью. Их производство «Интеграл» продолжает выпускать изделия, только маркировку делает отличительной, серией IN555.

Обратите внимание! Изделие КР1006ВИ1 на русском языке целиком повторяет англоязычные варианты исполнения (datasheet 555).

КР1006ВИ1

Содержание / Contents

На схеме 6 приведен несложный вариант импульсно-линейного концепта на таймере 555.
Как видно, в схеме использованы практически все те же самые ключевые узлы и цепи регулировки, поэтому отдельно и вновь описывать их не имеет особого смысла.

Схема включения таймера так же не имеет секретов. Обращу внимание лишь на то, как организовано регулирование выходного напряжения. Выводы 5 и 6 таймера являются разнопролярными входами дифференциального каскада встроенного компаратора. На прямом входе (вывод 6) компаратора при помощи R3, C4 и разрядного транзистора, встроенного в таймер, формируется треугольное напряжение, уровень которого сравнивается с напряжением на инверсном входе компаратора (вывод 5).

Чем ниже уровень напряжения на инверсном входе (которое первоначально образовано встроенным делителем напряжения), тем ранее во времени происходит опрокидывание выхода (вывод 3) таймера в «0», тем короче выходной положительный импульс, тем меньшее время силовой ключ VT3 находится в открытом состоянии, насыщая контур L1-C6, тем меньше выходное напряжение ЛБП. Увеличивая напряжение на выводе 5, получаем обратную картину. В данном случае, применительно к схеме 6 и 7, управление напряжением на выводе 5 таймера осуществляется оптроном IC1.
При достижении на входе/выходе DA2 некоторого падения напряжения (2,9-3,3В приблизительно, зависит от типа оптрона, резистора R5), светодиод оптрона зажигается, провоцируя отпирание собственного транзистора, который, в свою очередь, обесточивает инверсный вход встроенного компаратора таймера. Выход таймера опрокидывается в «0», запирая силовой ключ VT3 (запирая драйвер VT1 в схеме 7).

Замечания по схеме. Для нормального функционирования данного ЛБП, ключ которого выполнен на мощном полевом транзисторе, не стоит пренебрегать наличием стабилизатора на VT1, т. к. в противном случае, качество управляющих импульсов может быть ухудшено из-за относительно больших импульсных токов в момент заряда затвора ПТ.
Это замечание справедливо и для других схем (предыдущих и последующих, где этот стабилизатор «прописан»), описанных в данной статье.

Подмотка спидометра на 555 микросхеме

В последнее время среди владельцев автомобилей стало модным сматывать на спидометре пройденный машиной километраж.

Многие интересуются, подмотка спидометра на 555 микросхеме выполнима ли самостоятельно?

Подмотка спидометра на 555 микросхеме

Эта процедура не представляет особой трудности. Для его изготовления используется микросхема 555, которая может функционировать в качестве счетчика импульсов. Отдельные составляющие схемы можно брать с показателями, отклоняющимися на 10-15 % от расчетных значений.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector