Provozní režimy, popis charakteristik a obsazení pinů čipu NE555

Při vývoji elektronických zařízení je často nutné generovat impulsy dané délky nebo generovat obdélníkový signál s danou frekvencí a určitým poměrem délky k pauze. Pro zkušeného designéra nebude obtížné navrhnout takové zařízení na samostatných digitálních prvcích, ale pro tento účel je vhodnější použít specializovaný mikroobvod.

Co je to čip NE555 a kde jej lze použít

Čip NE555 byl vyvinut v 70. letech minulého století a je stále velmi oblíbený mezi profesionály i amatéry. Jedná se o časovač uzavřený v pouzdře s 8 piny.K dispozici ve verzi DIP nebo v různých verzích pro povrchovou montáž (SMD).

Mikroobvod obsahuje dva komparátory - horní a dolní. Na jejich vstupech se tvoří referenční napětí, rovnající se 2/3 a 1/3 napájecího napětí. Dělič je tvořen odpory odpor 5 kOhm. Komparátory ovládají klopný obvod RS. Na jeho výstupu je připojen vyrovnávací zesilovač a tranzistorový spínač. Každý komparátor má jeden volný vstup, slouží k napájení externích řídicích signálů. Horní komparátor se spustí, když se objeví vysoká úroveň a přepne výstup mikroobvodu na nízkou úroveň. Spodní „ochrana“ snižuje napětí pod 1/3 VCC a nastavuje výstup časovače na logickou jednotku.

Hlavní charakteristiky čipu NE555

Vlastnosti časovače od různých výrobců se mohou v malých mezích lišit, ale nikdo nemá zásadní odchylky (kromě mikroobvodů neznámého původu od nich můžete očekávat cokoliv):

• Napájecí napětí je standardně indikováno od +5 do +15 V, i když datové listy obsahují limity 4,5 ... 18 V.
• Výstupní proud je 200 mA.
• Výstupní napětí je maximálně VCC mínus 1,6 V, ale ne méně než 2 V při napájecím napětí 5 V.
• Spotřeba proudu při 5 V není větší než 5 mA, při 15 V - až 13 mA.
• Chyba ve vytváření trvání pulsu není větší než 2,25%.
• Maximální pracovní frekvence je 500 kHz.

Všechny parametry jsou uvedeny pro okolní teplotu +25 °C.

Umístění a účel kolíků

Výstupy časovače jsou uspořádány standardně bez ohledu na provedení pouzdra - ve vzestupném pořadí od klíče proti směru hodinových ručiček (při pohledu shora), od 1 do 8. Každý výstup má svůj vlastní účel:

1. GND – společný napájecí vodič zařízení.
2. TRIG - při aplikaci nízké úrovně spustí druhý (podle schématu nižší) komparátor, na jeho výstupu se objeví logická jednotka nastavující vnitřní klopný obvod RS na 0. Je k němu připojen externí časovací RC obvod. Má přednost před THR.
3. VEN - výstup. Vysoká úroveň signálu je o něco nižší než napájecí napětí, nízká úroveň je 0,25 V.
4. RESETOVAT - resetovat. Bez ohledu na signály na jiných vstupech, pokud je nízká úroveň, resetuje výstup na 0 a deaktivuje časovač.
5. CTRL - management. Vždy má úroveň 2/3 napětí napájecí kolejnice. Zde můžete použít externí signál a modulovat s ním výstup.
6. THR - když se objeví vysoká úroveň (více než 2/3 napájecího zdroje), první (podle schématu horní) spoušť je nastavena na 1 a vnitřní RS klopný obvod přechází do stavu logického celku.
7. DIS - vybití kondenzátoru pro nastavení času. Když se na výstupu objeví spoušť vysoké úrovně, vnitřní tranzistor se otevře, dojde k rychlému vybití. Časovač je připraven pro další cyklus provozu.
8. VCC – výstupní výkon. Může být napájen napětím od 5 do 15 V.

Popis provozních režimů čipu NE555

Přestože architektura časovače umožňuje jeho použití v různých režimech, existují tři typické režimy provozu pro NE555.

Jediný vibrátor (pohotovostní multivibrátor)

Začáteční pozice:

• vstup 2 vysoká logická úroveň;
• na vstupech R a S spouště - nuly;
• spouštěcí výstup - 1;
• tranzistor vybíjecího obvodu je otevřený, kondenzátor C je posunutý;
• výstup 3 je na úrovni 0.

Když se na vstupu 2 objeví nulová úroveň, spodní komparátor se přepne na 1 a přepne spoušť na 0. Na výstupu mikroobvodu se objeví vysoká úroveň.Současně se tranzistor uzavře a přestane vyhazovat kondenzátor. Začne se nabíjet přes rezistor R. Jakmile napětí na něm dosáhne 2/3 VCC, horní komparátor bude fungovat, nastavte spoušť zpět na 1 a výstup časovače na 0. Tranzistor se zapne a vybije kapacitu . Na výstupu se tedy vytvoří kladný impuls, jehož začátek je určen externím signálem na vstupu 2 a dokončení závisí na době nabíjení kondenzátoru, která se vypočítá podle vzorce t=1,1⋅R⋅ C.

multivibrátor

Když je přivedeno napájení, kondenzátor se vybije, na vstupu 2 (a 6) logická 0, na výstupu časovače 1 (tento proces je popsán v předchozí části). Po nabití kapacity přes R1 a R2 na úroveň 2/3 VCC překlopí vysoká úroveň na vstupu 6 výstup 3 na nulu a zapne se vybíjecí tranzistor. Kondenzátor se ale nebude vybíjet přímo, ale přes R2. V důsledku toho se obvod dostane do své původní polohy a cyklus se bude znovu a znovu opakovat. Z popisu procesu je vidět, že doba nabíjení je určena součtem odporů R1, R2 a kapacity kondenzátoru a doba vybíjení je nastavena pomocí R1 a C. Místo R1 a R2 můžete umístit proměnné rezistory a rychle řídit frekvenci a pracovní cyklus impulsů. Vzorce pro výpočet:

• trvání impulsu t1=0,693⋅(R1+R2)⋅C;
• trvání pauzy t2=0,693⋅R2⋅C;
• opakovací frekvence pulsu f=1/(0,693(R1+2⋅R2)⋅C.

Doba pauzy nemůže překročit dobu pulsu. Aby se toto omezení obešlo, jsou vybíjecí a nabíjecí obvody odděleny zahrnutím diody do obvodu (katoda na kolík 6, anoda na kolík 7).

Schmittova spoušť

Na čipu 555 můžete postavit spouštěč Schmitt.Toto zařízení převádí pomalu se měnící signál (sinusoida, pilový zub atd.) na obdélníkovou vlnu. Zde se nepoužívají časovací obvody, signál je přiveden na vstupy 2 a 6, vzájemně propojené. Při dosažení prahu 2/3 VCC se výstupní napětí náhle přepne na 1, při poklesu na úroveň 1/3 také náhle klesne na nulu. Zóna nejednoznačnosti je 1/3 napájecího napětí.

Výhody a nevýhody

Hlavní výhodou čipu NE555 je snadné použití - k sestavení obvodu postačí malá vazba, která se dobře hodí k výpočtu. Zároveň jsou náklady na zařízení nízké.

Hlavní nevýhodou časovače je výrazná závislost doby trvání impulsu na napájecím napětí. To je způsobeno skutečností, že kondenzátor v obvodu jednoho vibrátoru nebo multivibrátoru je nabíjen přes odpor (nebo přes dva) a horní svorka odporu je připojena k napájecí sběrnici. Proud odporem je tvořen napětím VCC - čím je vyšší, tím větší je proud, tím rychleji se bude kondenzátor nabíjet, čím dříve bude komparátor pracovat, tím kratší bude generovaný časový interval. Z nějakého neznámého důvodu tento moment není v technické dokumentaci, ale vývojářům je dobře znám.

Další nevýhodou časovače je, že prahová napětí komparátorů jsou tvořena vnitřními děliči a nelze je nastavovat. To omezuje aplikační možnosti NE555.

A ještě jedna nepříjemná vlastnost. V souvislosti se schématem push-pull pro konstrukci koncového stupně, v okamžiku sepnutí (když je horní tranzistor již otevřený a spodní ještě není uzavřen, nebo naopak) existuje průchozí proudový impuls. Jeho trvání je krátké, ale vede k dodatečnému zahřívání mikroobvodu a generuje rušení v silových obvodech.

Jaké jsou analogy

Za dobu existence časovače bylo vyvinuto a uvolněno velké množství klonů. Vyrábějí je různé firmy, ale všechny obsahují v názvu číslo 555. Mezi továrnami vyrábějícími analogy jsou jak oblíbení výrobci elektronických součástek, tak neznámí výrobci z jihovýchodní Asie. Pokud první poskytují deklarované parametry, pak by se od druhých neměly očekávat žádné záruky. Odchylky od deklarovaných charakteristik mohou být velké.

V SSSR byl vyvinut podobný časovač KR1006VI1. Jeho funkčnost je úplně stejná jako u originálu, s jedinou výjimkou: jeho výstup 2 má přednost před výstupem 6 (a ne naopak, jako NE555). To je třeba vzít v úvahu při navrhování schémat. A ještě jedna věc: index КР znamená, že mikroobvod se vyrábí pouze v balení DIP8.

Příklady praktického použití

Rozsah praktického použití časovače je široký, v rámci této recenze nebude možné téma plně obsáhnout. Nejběžnější příklady ale stojí za zvážení.

V režimu jednoho vibrátoru na několika mikroobvodech je možné sestavit kódový zámek s časovým limitem pro vytočení kódu. Dalším způsobem je použití jako signalizační zařízení pro dosažení prahové úrovně (osvětlenosti, naplnění nádrže atd.) ve spojení s různými senzory.

V multivibrátorovém režimu (astabilní režim) najde časovač nejširší uplatnění. Na více časovačích můžete postavit girlandový spínač se samostatnou regulací frekvence blikání, doby zapnutí a doby pauzy.NE555 je možné použít jako základ pro časové relé a vytvořit dobu sepnutí spotřebiče od 1 do 25 sekund. Můžete postavit metronom pro hudebníka. Toto je nejpoužívanější čipový režim a není možné popsat všechny aplikace.

Jako Schmittův spouštěč se časovač nepoužívá často. Ale v bistabilním režimu bez prvků pro nastavení frekvence se NE555 používá jako debouncer nebo dvoutlačítkový spínač v režimu start-stop. Ve skutečnosti je použit pouze vestavěný RS klopný obvod. Je také známo sestavení PWM regulátoru založeného na časovači.

Existují sbírky obvodů, které popisují různé aplikace časovače NE555. Popisují tisíce způsobů využití čipu. Ani to ale zvídavé mysli konstruktéra nemusí stačit a najde dodatečné využití časovače, které dosud nikde nebylo popsáno. Možnosti stanovené vývojáři mikroobvodu to umožňují.

Podobné články: