Режимы работы, описание характеристик и назначение выводов микросхемы ne555

ТРИГГЕР НА ТАЙМЕРЕ 555

В этой статье вашему вниманию представлены две схемы триггеров (или как их еще называют защелки) на таймере 555.

При использовании микросхемы типа 555 в качестве элемента памяти этот кнопочно-управляемый переключатель может обеспечивать ток нагрузки до 200 мА(для увелиния тока нагрузки можно использовать выходной ключ см. рис. 2). Для взаимодействия кнопок ВКЛ. (ON) и ВЫКЛ. (OFF) со схемой управления требуется всего лишь пара проводов. Микросхема 555 будет работать как элемент памяти, если соединить триггерный (вывод 2) и пороговый (вывод 6) входы между собой и подать половинное напряжение питания через резисторную цепь.

Рис. 1 Схема триггера на таймере 555

Если на входе установится низкий уровень, то на выходе будет высокий уровень, а высокий уровень на входе приведет к низкому уровню на выходе. Для осуществления дистанционного управления переключателем-защелкой в схеме делителя напряжения устанавливается один резистор. Замыкание этого резистора нажатием кнопки ВКЛ. приводит к высокому уровню на выходе. Цепочка Rl, С1, соединенная с входом R (Сброс) — вывод 4, устанавливает защелку в состояние выключения при первоначальной подаче питания. Индикатор на светодиоде ON/OFF (ВКЛ./ВЫКЛ.) остается выключенным всякий раз, когда разгрузочный выход (вывод 7) пропускает сигнал, при этом на выходе (вывод 3) устанавливается высокий уровень.

Схема другого варианта триггера на таймере 555 представлена на рисунке 2.

Рис. 2 Схема триггера на таймере 555

Входы S (Установка) и R (Сброс) заземлены, инвертирующий выход Q, соединен с входом D, а импульсы поступают на вход CLK. Каждый положительный импульс заставляет триггер переключиться из одного состояния в другое. Микросхема 555, изображенная на рисунке 2, выполняет две задачи. Во-первых, она инвертирует импульсы таким образом, что можно получить положительный импульс с переключателя, соединенного с «землей». Во-вторых, она устраняет «дребезг» переключателя. При нажатии кнопки контакт не может установиться сразу, так как контакты «дребезжат», замыкаясь и размыкаясь три или четыре раза. Микросхема 4013 (отечественный аналог 561ТМ2) переключалась бы в таком случае при каждом «дребезге» (отскакивании контакта), что приводило бы к непредсказуемым результатам. В микросхеме 555 использованы резистор и конденсатор для сглаживания этих флуктуаций. Таким образом, при каждом нажатии кнопки формируется один импульс.

Микросхема 555

Всем привет. Сегодня я хочу рассказать вам о микросхеме 555. Её история началась ещё в далеком 1971 году, когда компания Signetics Corporation выпустила микросхему SE555/NE555 под названием «Интегральный таймер» (The IC Time Machine). В те времена это была единственная «таймерная» микросхема, которая была доступна массовому потребителю. Сразу после выхода 555 завоевала бешеную популярность и её начали выпускать почти все производители полупроводников. Отечественные производители тоже выпускали данную микросхему под названием КР1006ВИ1.

Что это за чудо?

Микросхема выпускается в двух вариантах корпуса — пластиковом DIP и круглом металлическом. Правда встретить 555 в круглом металлическом корпусе в наши времена очень сложно, чего не скажешь о версии в пластиковом DIP корпусе. Внутри корпуса с восемью выводами скрываются транзисторы, диоды и резисторы. Не будем вдаваться в доскональное изучение 555, но про ножки этой микросхемы я расскажу более подробно. Всего ножек 8.

1. Земля

. Вывод, который во всех схемах нужно подключать к минусу питания. 2.Триггер , он же запуск. Если напряжение на пуске падает ниже 1/3 Vпит, то таймер запускается. Ток, потребляемый входом, не превышает 500нА. 3.Выход . Напряжение выхода примерно на 1,7 В ниже напряжения питания, когда он включен. Максимальная нагрузка, которую может выдержать выход — 200 мА. 4.Сброс . Если подать на него низкий уровень напряжения (меньше 0,7 В), то схема переходит в исходное состояние не зависимо от того, в каком режиме находится таймер на данный момент. Если в схеме не нужен сброс, то рекомендуется подключить этот вывод к плюсу питания. 5.Контроль . Этот вывод позволит нам получить доступ к опорному напряжению компаратора №1. Используется этот вывод очень редко, а вися в воздухе может сбивать работу, поэтому в схеме его лучше всего присоединить к земле. 6.Порог , он же стоп. Если напряжение на этом выходе выше 2/3 Vcc, то таймер останавливается и выход переводится в состояние покоя. Стоит заметить, что работает выход только тогда, когда вход выключен. 7.Разряд . Этот выход соединяется с землей внутри самой микросхемы, когда на выходе микросхемы низкий уровень и закрыт, когда на выходе высокий уровень. Может пропускать до 200 мА и иногда используется как дополнительный выход. 8.Питание . Данный выход нужно подключать к плюсу питания. Микросхема поддерживает напряжение в пределах 4,5-16 В. Может работать от обычной 9В-батарейки или от проводка USB.

Режимы

Ну что же пришло время поведать вам о режимах микросхемы 555. Их всего 3 и о каждом я расскажу более подробно.

Моностабильный

При подаче сигнала на вход нашей микросхемы, она включается, генерирует выходной импульс заданной длины и выключается, ожидая входного импульса

Важно, что после включения микросхема не будет реагировать на новые сигналы. Длину импульса можно рассчитать по формуле t=1.1*R*C

Пределов по длительности импульсов нет — как по минимальной, так и по максимальной длительности. Есть некоторые практические ограничения, которые можно обойти, но стоит задуматься над тем, нужно ли это и не проще ли выбрать другое решение. Итак, минимальные значения, установленные практическим образом для R составляет 10кОм, а для С — 95пФ. Можно и меньше, но при этом схема начнет поглощать много электричества.

Нестабильный мультивибратор

В этом режиме все довольно таки просто. Управлять таймером не нужно. Он все сделает сам — сперва включится, подождет время t1, потом выключится, подождет время t2 и начнет все заново. На выходе у нас получится забор из высоких и низких состояний. Частота с которой будет колебаться зависит от параметров величин R1,R2 и C и определяется она по формуле F= 1,44/((R1+R2)C). В течение времени t1 = 0.693(R1+R2)C на выходе будет высокий уровень, а в течение времени 2 = 0.693R2C — низкий.

Бистабильный

В данном режиме наша микросхема 555 используется как выключатель. Нажал одну кнопку — выход включился, нажал другую — выключился.

Простая схема ШИМ-регулятора на таймере NE555

С микросхемой NE555 (аналог КР1006) знаком каждый радиолюбитель. Её универсальность позволяет конструировать самые разнообразные самоделки: от простого одновибратора импульсов с двумя элементами в обвязке до многокомпонентного модулятора. В данной статье будет рассмотрена схема включения таймера в режиме генератора прямоугольных импульсов с широтно-импульсной регулировкой.

Схема и принцип её работы

С развитием мощных светодиодов NE555 снова вышла на арену в роли регулятора яркости (диммера), напомнив о своих неоспоримых преимуществах. Устройства на её основе не требуют глубоких знаний электроники, собираются быстро и работают надёжно. Известно, что управлять яркостью светодиода можно двумя способами: аналоговым и импульсным. Первый способ предполагает изменение амплитудного значения постоянного тока через светодиод. Такой способ имеет один существенный недостаток — низкий КПД

Второй способ подразумевает изменение ширины импульсов (скважности) тока с частотой от 200 Гц до нескольких килогерц. На таких частотах мерцание светодиодов незаметно для человеческого глаза

Схема ШИМ-регулятора с мощным выходным транзистором показана на рисунке. Она способна работать от 4,5 до 18В, что свидетельствует о возможности управления яркостью как одного мощного светодиода, так и целой светодиодной лентой. Диапазон регулировки яркости колеблется от 5 до 95%. Устройство представляет собой доработанную версию генератора прямоугольных импульсов. Частота этих импульсов зависит от ёмкости C1 и сопротивлений R1, R2 и определяется по формуле: f=1/(ln2*(R1+2*R2)*C1), Гц Принцип действия электронного регулятора яркости заключается в следующем. В момент подачи напряжения питания начинает заряжаться конденсатор по цепи: +Uпит – R2 – VD1 –R1 –C1 – -Uпит. Как только напряжение на нём достигнет уровня 2/3Uпит откроется внутренний транзистор таймера и начнется процесс разрядки. Разряд начинается с верхней обкладки C1 и далее по цепи: R1 – VD2 –7 вывод ИМС – -Uпит. Достигнув отметки 1/3Uпит транзистор таймера закроется и C1 вновь начнет набирать ёмкость. В дальнейшем процесс повторяется циклически, формируя на выводе 3 прямоугольные импульсы. Изменение сопротивления подстроечного резистора приводит к уменьшению (увеличению) времени импульса на выходе таймера (вывод 3), и как следствие, уменьшается (увеличивается) среднее значение выходного сигнала. Сформированная последовательность импульсов через токоограничивающий резистор R3 поступает на затвор VT1, который включен по схеме с общим истоком. Нагрузка в виде светодиодной ленты или последовательно включенных мощных светодиодов включается в разрыв цепи стока VT1. В данном случае установлен мощный MOSFET транзистор с максимальным током стока 13А. Это позволяет управлять свечением светодиодной ленты длиной в несколько метров. Но при этом транзистору может потребоваться теплоотвод. Блокирующий конденсатор C2 исключает влияние помех, которые могут возникать по цепи питания в моменты переключения таймера. Величина его ёмкости может быть любой в пределах 0,01-0,1 мкФ.

Плата и детали сборки регулятора яркости

Односторонняя печатная плата имеет размер 22х24 мм. Как видно из рисунка на ней нет ничего лишнего, что могло бы вызвать вопросы.

После сборки схема ШИМ-регулятора яркости не требует наладки, а печатная плата легка в изготовке своими руками. В плате, кроме подстроечного резистора, используются SMD элементы. DA1 – ИМС NE555; VT1 – полевой транзистор IRF7413; VD1,VD2 – 1N4007; R1 – 50 кОм, подстроечный; R2, R3 – 1 кОм; C1 – 0,1 мкФ; C2 – 0,01 мкФ.

Практические советы

Для себя я сделал немного другую обвязку таймера:

Ниже приведена схема из Proteus, а так же верхняя и нижняя сторона платы:

В схему я установил переменный резистор  с выключателем, чтобы полностью обесточивать плату от внешнего питания. Добавил клемники для подключения питания и нагрузки. Ну и сама виртуальная модель устройства.

Этот архив содержит файлы в формате Gerber LED_PWM_ne555v2 — CADCAM

Плюсы и минусы

Описание микросхемы к155ла3

Плюсы: независимая от частоты регулировка скважности, SSTC никогда не уйдет в CW режим, если подгорит прерыватель. Минусы: скважность нельзя увеличивать «бесконечно много», как например на UC3843, она ограничена емкостью конденсатора и скважностью самого генератора (не может быть больше скважности генератора). Ток через конденсатор идет плавно

Ток через конденсатор идет плавно

Минусы: скважность нельзя увеличивать «бесконечно много», как например на UC3843, она ограничена емкостью конденсатора и скважностью самого генератора (не может быть больше скважности генератора). Ток через конденсатор идет плавно. На последнее не знаю как драйвер реагирует (плавную зарядку)

С одной стороны драйвер также плавно может открывать транзисторы и они будут сильнее греться. С другой стороны UCC27425 — цифровая микросхема. Для нее существует только лог. 0 и лог. 1. Значит пока напряжение выше порогового — UCC работает, как только опустилось ниже минимального — не работает. В этом случае все работает в штатном режиме, и транзисторы открываются полностью

На последнее не знаю как драйвер реагирует (плавную зарядку). С одной стороны драйвер также плавно может открывать транзисторы и они будут сильнее греться. С другой стороны UCC27425 — цифровая микросхема. Для нее существует только лог. 0 и лог. 1. Значит пока напряжение выше порогового — UCC работает, как только опустилось ниже минимального — не работает. В этом случае все работает в штатном режиме, и транзисторы открываются полностью.

Достоинства и недостатки

Главным достоинством микросхемы NE555 является простота применения – для построения схемы достаточно небольшой обвязки, хорошо поддающейся расчёту. При этом стоимость устройства невелика.

Основным минусом таймера является выраженная зависимость длительности импульсов от напряжения питания. Обусловлено это тем, что конденсатор в схеме одновибратора или мультивибратора заряжается через резистор (или через два), а верхний вывод резистора подсоединен к питающей шине. Ток через сопротивление формируется напряжением VCC – чем оно выше, тем больше ток, тем быстрее зарядится конденсатор, тем раньше сработает компаратор, тем короче будет формируемый временной интервал. По неизвестной причине этот момент отсутствует в технической документации, но хорошо знаком разработчикам.

Другой недостаток таймера состоит в том, что пороговые напряжения компараторов формируются внутренними делителями и регулировке не подлежат. Это сужает возможности применения NE555.

И ещё одна неприятная особенность. В связи с двухтактной схемой построения выходного каскада, в момент переключения (когда верхний транзистор уже открыт, а нижний еще не закрыт или наоборот) идет импульс сквозного тока. Его длительность невелика, но он приводит к дополнительному нагреву микросхемы и формирует помехи по цепям питания.

Описание

Созданию микросхемы NE555, реализованному в 1970 году специалистами компании Signetics (США), предшествовали теоретические разработки Ганса Камензинда, который сумел доказать важность, не имевшего на тот момент времени аналогов, изобретения. Таймер NE555 явился первой и единственной «таймерной» микросхемой, доступной рядовым потребителям, которая позволяла собирать миниатюрные и недорогие устройства за счет плотной компановки элементов в кристалле микросхемы

Основные параметры ИМС серии 555

Микросхема NE 555 состоит из пяти функциональных узлов:

  • делителя напряжения;
  • двух прецизионных компараторов;
  • триггера;
  • транзистора с открытым коллектором на выходе

РИСУНОК 1

Устройство микросхемы NE 555

Параметры работы микросхемы во многом определяются качеством сборки аналогов. Для таймера NE 555 диапазон рабочих температур составляет: 0° — 70° С, а для SE 555 он шире: от -55°С до +125°С.

Существенное влияние на точность работы схемы NE555оказывает вариант исполнения: гражданский или «военный». У последнего выше точность и продолжительнее ресурс работы. Корпус выполнен из керамики или металла.

Питание микросхем

Рекомендуемый интервал питания микросхем 555 и их аналогов лежит в интервале 4,5 V  — 16V. Для микросхемы с индексом SE может достигать 18V.

Потребляемый ток в норме составляет 2-5 мА, при пиковых значениях: 10-15 мА.

Выходной ток у китайских аналогов и отечественной микросхемы КР1006ВИ1 составляет не более 100 мА. У оригинальных импортных микросхем NE/SE 555 он около 200 мА.

Преимущества и недостатки микросхемы

У микросхемы 555 «таймерного» типа существует множество преимуществ. Именно поэтому она популярна столь долгое время.

Внутренний делитель задает верхний и нижний порог срабатывания для двух встроенных компараторов. Это одновременно является достоинством, та как не требуется вводить дополнительные элементы, одновременно это и недостаток: пороговым напряжением микросхемы нельзя управлять.

Кроме этого в процессе эксплуатации выявился и еще один недостаток: при каждом переключении возникает паразитный сквозной ток, достигающий в пиковых значениях силы в 400 мА. За счет этого увеличиваются тепловые потери. Микросхема нагревается.

Как избавиться от недостатков

Решение проблемы давно найдено. Оно заключается в установке между проводом вывода управления и общим проводом полярного конденсатора небольшой емкости (до 0,1 мкФ). Этот конденсатор стабилизирует работу микросхемы при запуске.

Помехоустойчивость работы микросхемы достигается установкой в цепь питания неполярного конденсатора емкостью 1 мкФ. Вариации микросхемы NE 555, собранные на КМОП-транзисторах, не несут в себе указанных недостатков. Для их стабильной работы нет необходимости устанавливать внешние конденсаторы.

Области применения

Сложно найти направления в развитии электроприборов, в которой бы не нашел применение таймер NE/SE 555. На нем успешно конструируют платы генераторов и реле времени, с возможностью управления интервалом от микросекунд до нескольких часов, используют при создании датчиков освещенности и контроля уровня жидкости, охранной сигнализации и кодовых замков.

Сигнализатор темноты

С устройствами, включающимися или выключающимися при изменении силы светового потока (освещенности), каждый вольно или невольно сталкивается каждый день:

  • на улицах с помощью таких устройств включаются фонари освещения;
  • в подъездах – дежурное освещение лестничных площадок;
  • в квартирах — различные устройства имеющий суточный ритм работы.

Принцип действия устройства, реагирующего на изменение освещенности, основан на том, что при изменении сопротивления фоторезистора, на входе NE555 меняется потенциал. Это влечет изменение напряжения на выходе и включает реле.

РИСУНОК 2

Принципиальная схема датчика света

Модуль сигнализации

Сигнализация, собранная с использованием микросхемы 555, использует ее как одновибратор, который, получив сигнал от датчика, генерирует управляющий сигнал включающий сирену. Продолжительность, тональность и громкость звучания регулируется введенными в схему переменными резисторами.

РИСУНОК 3

Принципиальная схема сигнализации

Метроном

Аналог механического прибора, задающего ритм определенной частоты и используемый музыкантами в процесс обучения и репетиций, имеет электронный аналог, собираемый с использованием таймера 555.

В данном случае микросхема работает в режиме мультивибратора, генерирующего периодические импульсы, которые регулируются транзисторами Q1 и Q2, обеспечивающими регулировку частоты импульсов. Непосредственно частота имульсов регулируется потенциометром Р1 . Для получения щелчка, схожего с щелчком механического метронома, в схему добавлен транзистор Q3 .

РИСУНОК 4

Принципиальная схема метронома

Таймер

Пример использования микросхемы по «прямому» назначению – отсчету интервала времени. Работа устройства основана на способности переключать режимы, выдавая сигналы на включение/выключение.

При разряженном конденсаторе потенциал на входе 555 обнулен. В процесс зарядки, требующей определенного времени, «отсчитывается» заданный интервал. После достижения заданного значения зарядки происходит разряд конденсатора, изменение потенциала. Таймер срабатывает на включение или выключение.

РИСУНОК 5

Принципиальная схема таймера

Точный генератор

Используется для регулирования параметров выходных импульсов в различных электронных устройствах. В частности – в высокочастотных преобразователях, входящих в блоки питания LED-лент.

РИСУНОК 6

Принципиальная схема таймера

Расположение и назначение выводов

Микросхема NE555 имеет восемь выходов. В настоящее время встречаются микросхемы в прямоугольных DIP-корпусах, хотя, изредка, можно встретить микросхему в круглом металлическом корпусе. От этого назначение выводов не меняется.

Расположение и нумерация показана на рисунке:

РИСУНОК 7

Расположение и назначение выводов NE555

Функциональная схема и описание прибора

Функционально таймер состоит из 5 компонентов. Выводов у схемы больше, чем внутренних блоков, что и говорит о возможной гибкости включения в различные схемные решения с участием данной микросхемы.

Функциональная схема таймера NE555

Входной внутренний делитель напряжения задает опорные напряжения для двух компараторов — верхнего и нижнего. RS-триггер принимает их сигналы и формирует выходной сигнал, который отправляет на усилитель мощности. Еще имеется дополнительный транзистор с выведенным наружу коллектором, который используется для подключения внешней времязадающей цепочки.

Выводы схемы расположены одинаково, независимо от исполнения микросхемы

С одной стороны с первого по четвертый (сверху вниз), с другой — с пятого по восьмой (снизу вверх).

Таймер 555 и его выводы

Описание выводов схемы

Приведенный ниже даташит содержит выводы и подаваемые на них сигналы, откуда становится немного понятной работа микросхемы. Хотя очень многое зависит от ее подключения.

  1. Земля –
Минусовой общий вывод питания 0 В Плюсовой вывод питания – 8
  1. Запуск
Вход компаратора №2 (нижнего).

Сигнал низкого уровня – аналоговый или импульсный.

Таймер срабатывает на сигнал (аналоговый или импульсный) низкого уровня (порог – 1/3 Vпит) На 3 выводе появляется выходной сигнал высокого уровня
  1. Выход
Выходной сигнал (высокий уровень) зависит от питания: Vпит – 1,7 В

Низкий уровень (нет сигнала) – примерно 0,25 В

Временная характеристика выходного сигнала определяется внешней времязадающей цепочкой, состоящей из резистора (или резисторов) и емкости.
  1. Сброс
Срабатывает по сигналу низкого уровня (≤ 0,7 В) Немедленный сброс выходного сигнала Входной сигнал не зависит от напряжения питания
  1. Контроль
Управление опорным напряжением компаратора №1 Величина напряжения управляет длительностью выходных импульсов (одновибратор) или их частотой (мультивибратор).
  1. Останов
Сбрасывающий сигнал высокого уровня – аналоговый или импульсный
  1. Разряд
Цепь разряда времязадающего конденсатора С
  1. Питание +
Плюсовой провод питания Vпит = от 4,5 В до 18 В Минусовой – 1

Одновибратор

Самая простая схема подключения Емкость С и резистор R задают длительность импульса t, выдаваемого схемой в ответ на сигнал по входу Input (вывод 2). Напряжение питания влияет не на длительность, а на амплитуду выходного сигнала. При выдаче импульса изменение входного сигнала схемой не воспринимается. Через время t схема выдает задний фронт выходного сигнала и возвращается в исходное состояние, после чего готова снова реагировать на входной сигнал. Таким образом, она может выделять информативные всплески (низкого уровня) на фоне помех, так как сигнал на входе в общем случае аналоговый. Может работать как антидребезговая схема.

Генератор импульсов (мультивибратор)

Мультивибратору не нужно подавать на вход никаких сигналов, он начинает работать сразу после включения питания.

Вторая схема подключения

Разряженный в начале конденсатор С задает на вход низкий уровень, отчего таймер срабатывает, выдавая на выход высокий потенциал. Его длительность определяется зарядкой конденсатора C через резисторы R1 и R2. Далее происходит разрядка C через R2 и вход 7, что и определяет длительность паузы на таймере. После этого все повторяется, и на выходе получаются импульсы заданной напряжением питания амплитуды и длительностями t1 и t2, то есть частотой f

Формула

и скважностью S = T/t1. Скважность в данном простейшем подключении более 2 быть не может, так как время импульса t1 всегда > времени паузы t2

  • Что такое паяльный флюс?
  • Электротехнический инвертор
  • Транзистор: описание электронного компонента

Питание микросхем

В окончании находится транзистор, у которого коллектор открыт – он выполняет ряд функций, зависит все от того, какая конкретно задача перед ним стоит. Рекомендуется на интегральные микросхемы NE, SA, NA подавать напряжение питания в диапазоне 4,5-16 В. Только для в случае применения микросхем 555 с аббревиатурой SE допускается увеличение до 18 В.

Максимальный ток потребления при напряжении 4,5 В может достигать 10-15 мА, минимальное значение – 2-5 мА. Существуют микросхемы КМОП, у которых ток потребления не превышает 1 мА. У отечественных ИМС типа КР1006ВИ1 ток потребления не превышает 100 мА. Подробное описание микросхемы 555 и ее отечественных аналогов можно найти в даташитах.

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).

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.

Простые термостабилизаторы на LM555

Нередко бывает необходимо поддерживать вполне определенную температуру в заданном объеме, например в аквариуме, террариуме и т. п. На рис. 5.43 приведена схема, которая позволяет выполнить эту задачу с довольно высокой точностью (до 0,1 °С при стабилизации питающего напряжения). В качестве датчиков температуры (RK1, RK2) могут использоваться два одинаковых терморезистора с отрицательным коэффициентом изменения сопротивления (NTC любого типа), т. е. уменьшающим свое сопротивление при нагреве (располагаются в зоне нагрева). Так как термодатчики подключены по мостовой схеме, малейшее изменение у них сопротивления приводит к переключению компараторов. Благодаря высокой точности срабатывания компараторов имеется возможмость установить независимо верхний (регулятором R1) и нижний |R4) пороги переключения исполнительного устройства. Управляющее напряжение появляется на выходе микросхемы при повышении температуры выше установленного верхнего уровня, а пропадает при ее снижении ниже нижнего порога.

Рис. 5.43. Схема для поддержания температуры в заданных пределах

Второй вариант схемы для поддержания заданной температуры приведен на рис. 5.44 . В ней используется только один термодатчик RK1, который располагается в зоне, где необходимо обеспечить термостабилизацию. В устройстве, как и в первом варианте, термодатчик включен по мостовой схеме (входы компараторов находятся в диагонали моста, образованного внешними и находящимися внутри микросхемы резисторами).

Рис. 5.44. Вариант регулятора температуры, работающий с одним термодатчиком

С ростом температуры будет увеличиваться напряжение на пороговом входе (2), пока оно не достигнет 0,66Un. Тогда состояние выходного каскада таймера (вывод 3) изменится с высокого на низкий уровень, и это послужит сигналом для включения охлаждающего блока или же просто для отключения имеющегося в термостате подогревателя (зависит от назначения устройства). После этого температура начнет падать, и когда напряжение на входе запускающего компаратора достигнет 0,33Un, выходной каскад вернется в первоначальное состояние, что послужит сигналом для выключения охлаждающегося блока или включения подогревателя.

Терморезистор RK1 — подойдет любой с отрицательным ТКС (NTC). Но чтобы пределы температуры, на которые установлен термостабилизатор, соблюдались достаточно точно, необходимо рассеивать на термодатчике как можно меньшую электрическую мощность (снизить саморазогрев за счет протекающего через него тока). Этого легко можно добиться, увеличив номинал термодатчика, а также понизив питающее напряжение схемы, что уменьшит и ток в цепи.

При регулировке схемы сначала с помощью резистора R1 устанавливают верхний, а затем подстройкой R3 — нижний предел регулируемой температуры.

Если в этой схеме установить стандартный терморезистор, для которого зависимость сопротивления от температуры известна, расчет схемы достаточно прост. Методика расчета всех номиналов резисторов в зависимости от диапазона изменения сопротивления у терморезистора следующая .

Используем постоянный коэффициент К, определяемый как К = Rmc/Rmн, где Rmc — сопротивление терморезистора (RK1) в нижней точке интервала температур, a Rmн — сопротивление в верхней точке. Когда Rmc больше Rmн в два или более раз, чтобы в делителе соблюдались правильные соотношения между сопротивлениями, нужно, чтобы:

Если в системе действуют значительные помехи или же терморезистор подключается к схеме с помощью проводников большой длины, чтобы предотвратить ложные срабатывания от помех и наводок, необходимо зашунтировать входы компаратора емкостями, как показано (С2, СЗ)

Это особенно важно, когда установлены большие номиналы сопротивления в делителе

Для улучшения отвода тепла от радиаторов в радиоаппаратуре иногда используют принудительное охлаждение при помощи вентилятора. На рис. 5.45 приведена схема управления скоростью вращения вентилятора в зависимости от температуры

При этом электромотор питается импульсами, у которых скважность меняется от0,33 до 1 (33…100%), в зависимости от сопротивления терморезистора, установленного на охлаждаемом объекте. Чем больше температура, тем быстрее будет вращаться вентилятор М1

Еще один вариант выполнения схемы для управления скоростью вращения электромотора вентилятора показан на рис. 5.46. Она в пояснениях не нуждается.

Рис. 5.45. Автоматический регулятор рабочей скорости вентилятора в зависимости от температуры

Рис. 5.46. Автоматический регулятор скорости вращения вентилятора, используемого в компьютере

Литература: Радиолюбителям: полезные схемы, Книга 5. Шелестов И.П.

Примеры практического использования

Область практического применение таймера широка, в рамках данного обзора полностью раскрыть тему не получится. Но наиболее распространенные примеры разобрать стоит.

В режиме одновибратора на нескольких микросхемах можно построить кодовый замок с ограничением времени набора кода. Другой путь – использование в качестве сигнализатора достижения порогового уровня (освещенности, уровня наполнения ёмкости и т.д.) совместно с различными датчиками.

Watch this video on YouTube

В режиме мультивибратора (астабильный режим) таймер находит широчайшее применение.  На нескольких таймерах можно построить переключатель гирлянд с раздельным регулированием частоты мигания, времени включения и времени паузы. Можно применять NE555 как основу для реле времени и формировать время включения потребителей от 1 до 25 секунд.  Можно построить метроном для музыканта. Это самый используемый режим микросхемы, и все способы применения описать невозможно.

В качестве триггера Шмитта таймер используется нечасто. Но в бистабильном режиме без частотозадающих элементов NE555 применяют в качестве подавителя дребезга контактов или двухкнопочного выключателя в режиме «старт-стоп». Фактически, используется только встроенный RS-триггер. Также известно о построении на базе таймера ШИМ-регулятора.

Существуют сборники схем, в которых описаны различные варианты применения таймера NE555. В них описаны тысячи способов использования микросхемы. Но пытливому уму конструктора и этого может оказаться недостаточно, и он найдет дополнительное, ещё нигде не описанное использование таймера. Возможности, заложенные разработчиками микросхемы, это позволяют.

Как работает микросхема TL431, схемы включения, описание характеристик и проверка на работоспособность

Что такое триггер, для чего он нужен, их классификация и принцип работы

Что такое компаратор напряжения и для чего он нужен

Описание характеристик, назначение выводов и примеры схем включения линейного стабилизатора напряжения LM317

Как сделать реле времени своими руками?

Описание, характеристики и схема включения стабилизатора напряжения КРЕН 142

Параметры

Parameters / Models LM555CM LM555CM/NOPB LM555CMM LM555CMM/NOPB LM555CMMX/NOPB LM555CMX LM555CMX/NOPB LM555CN/NOPB MC1455P1 NE555V
Approx. Price (US$) 0.34 | 1ku 0.34 | 1ku
Frequency(Max), МГц 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
Frequency(Max)(MHz) 0.1 0.1
Iq(Typ), uA 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000 3000
Iq(Typ)(uA) 3000 3000
Рабочий диапазон температур, C от 0 до 70 от 0 до 70 от 0 до 70 от 0 до 70 от 0 до 70 от 0 до 70 от 0 до 70 от 0 до 70
Operating Temperature Range(C) -40 to 850 to 70 -40 to 850 to 70
Package Group SOIC SOIC VSSOP VSSOP VSSOP SOIC SOIC PDIP PDIP PDIP
Package Size: mm2:W x L, PKG 8SOIC: 29 mm2: 6 x 4.9(SOIC) 8SOIC: 29 mm2: 6 x 4.9(SOIC) 8VSSOP: 15 mm2: 4.9 x 3(VSSOP) 8VSSOP: 15 mm2: 4.9 x 3(VSSOP) 8VSSOP: 15 mm2: 4.9 x 3(VSSOP) 8SOIC: 29 mm2: 6 x 4.9(SOIC) 8SOIC: 29 mm2: 6 x 4.9(SOIC) See datasheet (PDIP)
Package Size: mm2:W x L (PKG) See datasheet (PDIP) See datasheet (PDIP)
Rating Catalog Catalog Catalog Catalog Catalog Catalog Catalog Catalog Catalog Catalog
VCC(Max), В 16 16 16 16 16 16 16 16
VCC(Max)(V) 16 16
VCC(Min), В 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5
VCC(Min)(V) 4.5 4.5