Pri vývoji elektronických zariadení je často potrebné generovať impulzy danej dĺžky alebo generovať pravouhlý signál s danou frekvenciou a určitým pomerom dĺžky k pauze. Pre skúseného dizajnéra nebude ťažké navrhnúť takéto zariadenie na samostatných digitálnych prvkoch, ale na tento účel je vhodnejšie použiť špecializovaný mikroobvod.
Obsah
Čo je to čip NE555 a kde sa dá použiť
Čip NE555 bol vyvinutý v 70. rokoch minulého storočia a dodnes sa teší veľkej obľube medzi profesionálmi aj amatérmi. Je to časovač uzavretý v puzdre s 8 kolíkmi.Dostupné vo verziách DIP alebo rôznych verziách pre povrchovú montáž (SMD).
Mikroobvod obsahuje dva komparátory - horný a dolný. Na ich vstupoch sa vytvorí referenčné napätie, ktoré sa rovná 2/3 a 1/3 napájacieho napätia. Delič je tvorený odpormi odpor 5 kOhm. Komparátory ovládajú klopný obvod RS. Na jeho výstup je pripojený vyrovnávací zosilňovač a tranzistorový spínač. Každý komparátor má jeden voľný vstup, slúži na napájanie externých riadiacich signálov. Horný komparátor sa spustí, keď sa objaví vysoká úroveň a prepne výstup mikroobvodu na nízku úroveň. Spodný „stráž“ znižuje napätie pod 1/3 VCC a nastavuje výstup časovača na logickú jednotku.
Hlavné charakteristiky čipu NE555
Charakteristiky časovača od rôznych výrobcov sa môžu v malých medziach líšiť, ale nikto nemá zásadné odchýlky (okrem mikroobvodov neznámeho pôvodu od nich môžete očakávať čokoľvek):
- Napájacie napätie je štandardne indikované od +5 do +15 V, aj keď katalógové listy obsahujú limity 4,5 ... 18 V.
- Výstupný prúd je 200 mA.
- Výstupné napätie je maximálne VCC mínus 1,6 V, ale nie menej ako 2 V pri napájacom napätí 5 V.
- Spotreba prúdu pri 5 V nie je väčšia ako 5 mA, pri 15 V - až 13 mA.
- Chyba pri vytváraní trvania impulzu nie je väčšia ako 2,25%.
- Maximálna pracovná frekvencia je 500 kHz.
Všetky parametre sú uvedené pre okolitú teplotu +25 °C.
Umiestnenie a účel kolíkov
Výstupy časovača sú usporiadané štandardne bez ohľadu na dizajn puzdra - vo vzostupnom poradí od kľúča proti smeru hodinových ručičiek (pri pohľade zhora), od 1 do 8. Každý výstup má svoj vlastný účel:
- GND – spoločný napájací vodič zariadenia.
- TRIG - pri aplikácii nízkej úrovne spustí druhý (podľa schémy nižší) komparátor, na jeho výstupe sa objaví logická jednotka nastavujúca vnútorný RS klopný obvod na 0. Je k nemu pripojený externý časovací RC obvod. Má prednosť pred THR.
- VON - VÝCHOD. Vysoká úroveň signálu je o niečo nižšia ako napájacie napätie, nízka úroveň je 0,25 V.
- RESETOVAŤ - resetovať. Bez ohľadu na signály na iných vstupoch, ak je nízka úroveň, resetuje výstup na 0 a deaktivuje časovač.
- CTRL - zvládanie. Vždy má úroveň 2/3 napätia napájacej koľajnice. Tu môžete použiť externý signál a modulovať ním výstup.
- THR - keď sa objaví vysoká úroveň (viac ako 2/3 napájania), prvý (podľa schémy horný) spúšťač sa nastaví na 1 a vnútorný RS klopný obvod prechádza do stavu logického celku.
- DIS - vybitie kondenzátora na nastavenie času. Keď sa na výstupe objaví spúšť na vysokej úrovni, vnútorný tranzistor sa otvorí, dôjde k rýchlemu vybitiu. Časovač je pripravený na ďalší cyklus prevádzky.
- VCC - výstupný výkon. Môže byť napájaný napätím od 5 do 15 V.
Popis prevádzkových režimov čipu NE555
Hoci architektúra časovača umožňuje jeho použitie v rôznych režimoch, pre NE555 existujú tri typické režimy prevádzky.
Jediný vibrátor (pohotovostný multivibrátor)
Východisková pozícia:
- vstup 2 vysoká logická úroveň;
- na vstupoch R a S spúšťača - nuly;
- spúšťací výstup - 1;
- tranzistor vybíjacieho obvodu je otvorený, kondenzátor C je posunutý;
- výstup 3 je na úrovni 0.
Keď sa na vstupe 2 objaví nulová úroveň, spodný komparátor sa prepne na 1 a preklopí spúšť na 0. Na výstupe mikroobvodu sa objaví vysoká úroveň.Súčasne sa tranzistor zatvorí a prestane posúvať kondenzátor. Začne sa nabíjať cez odpor R. Akonáhle napätie na ňom dosiahne 2/3 VCC, horný komparátor bude fungovať, nastavte spúšť späť na 1 a výstup časovača na 0. Tranzistor sa zapne a vybije kapacitu . Na výstupe sa teda vytvorí kladný impulz, ktorého začiatok je určený externým signálom na vstupe 2 a dokončenie závisí od času nabíjania kondenzátora, ktorý sa vypočíta podľa vzorca t=1,1⋅R⋅ C.
multivibrátor
Po pripojení napájania sa kondenzátor vybije, na vstupe 2 (a 6) logická 0, na výstupe časovača 1 (tento proces je popísaný v predchádzajúcej časti). Po nabití kapacity cez R1 a R2 na úroveň 2/3 VCC, vysoká úroveň na vstupe 6 preklopí výstup 3 na nulu a zapne sa vybíjací tranzistor. Ale kondenzátor sa nebude vybíjať priamo, ale cez R2. V dôsledku toho sa obvod dostane do svojej pôvodnej polohy a cyklus sa bude znova a znova opakovať. Z popisu procesu je vidieť, že čas nabíjania je určený súčtom odporov R1, R2 a kapacity kondenzátora a čas vybíjania je nastavený pomocou R1 a C. Namiesto R1 a R2, môžete dať variabilné odpory a rýchlo ovládať frekvenciu a pracovný cyklus impulzov. Vzorce na výpočet:
- trvanie impulzu t1=0,693⋅(R1+R2)⋅C;
- trvanie pauzy t2=0,693⋅R2⋅C;
- frekvencia opakovania pulzu f=1/(0,693(R1+2⋅R2)⋅C.
Čas pauzy nemôže presiahnuť čas impulzu. Na obídenie tohto obmedzenia sú vybíjacie a nabíjacie obvody oddelené zahrnutím diódy do obvodu (katóda na kolík 6, anóda na kolík 7).
Schmittova spúšť
Na čipe 555 môžete postaviť spúšť Schmitt.Toto zariadenie premieňa pomaly sa meniaci signál (sínusoida, pílový zub atď.) na štvorcovú vlnu. Tu sa nepoužívajú časovacie obvody, signál sa privádza na vstupy 2 a 6, vzájomne prepojené. Pri dosiahnutí prahu 2/3 VCC sa výstupné napätie náhle prepne na 1, pri poklese na úroveň 1/3 tiež prudko klesne na nulu. Zóna nejednoznačnosti je 1/3 napájacieho napätia.
Výhody a nevýhody
Hlavnou výhodou čipu NE555 je jednoduchosť použitia - na zostavenie obvodu postačuje malá väzba, ktorá sa dobre hodí na výpočty. Zároveň sú náklady na zariadenie nízke.
Hlavnou nevýhodou časovača je výrazná závislosť trvania impulzu od napájacieho napätia. Je to spôsobené tým, že kondenzátor v obvode s jedným vibrátorom alebo multivibrátorom sa nabíja cez odpor (alebo cez dva) a horná svorka odporu je pripojená k napájacej zbernici. Prúd cez odpor je tvorený napätím VCC - čím je vyššie, tým väčší prúd, tým rýchlejšie sa bude kondenzátor nabíjať, čím skôr bude komparátor pracovať, tým kratší bude vygenerovaný časový interval. Z nejakého neznámeho dôvodu sa tento moment nenachádza v technickej dokumentácii, ale vývojárom je dobre známy.
Ďalšou nevýhodou časovača je, že prahové napätia komparátorov sú tvorené vnútornými deličmi a nedajú sa nastaviť. To obmedzuje aplikačné možnosti NE555.
A ešte jedna nepríjemná vlastnosť. V súvislosti so schémou push-pull na konštrukciu koncového stupňa v momente spínania (keď je horný tranzistor už otvorený a spodný ešte nie je uzavretý, alebo naopak) existuje priechodný prúdový impulz. Jeho trvanie je krátke, ale vedie k dodatočnému zahrievaniu mikroobvodu a vytvára rušenie v silových obvodoch.
Aké sú analógy
Počas existencie časovača bolo vyvinutých a uvoľnených veľké množstvo klonov. Vyrábajú ich rôzne spoločnosti, ale všetky majú v názve číslo 555. Medzi továrňami vyrábajúcimi analógy sú tak populárni výrobcovia elektronických súčiastok, ako aj neznámi výrobcovia z juhovýchodnej Ázie. Ak prvé poskytujú deklarované parametre, potom by sa od nich nemali očakávať žiadne záruky. Odchýlky od deklarovaných charakteristík môžu byť veľké.
V ZSSR bol vyvinutý podobný časovač KR1006VI1. Jeho funkčnosť je úplne rovnaká ako originál, s jednou výnimkou: jeho výstup 2 má prednosť pred výstupom 6 (a nie naopak, ako NE555). Toto je potrebné vziať do úvahy pri navrhovaní schém. A ešte jedna vec: index КР znamená, že mikroobvod sa vyrába iba v balení DIP8.
Príklady praktického využitia
Rozsah praktického použitia časovača je široký, v rámci tohto prehľadu nebude možné tému úplne pokryť. Najbežnejšie príklady však stoja za zváženie.
V režime jedného vibrátora na niekoľkých mikroobvodoch je možné vybudovať kódový zámok s časovým limitom pre vytáčanie kódu. Ďalším spôsobom je použiť ho ako signalizačné zariadenie na dosiahnutie prahovej úrovne (osvetlenosť, úroveň naplnenia nádrže atď.) v spojení s rôznymi snímačmi.
V multivibrátorovom režime (astabilný režim) nájde časovač najširšie uplatnenie. Na niekoľko časovačov môžete postaviť girlandový spínač so samostatnou reguláciou frekvencie blikania, času zapnutia a času pauzy.NE555 je možné použiť ako základ pre časové relé a vytvoriť čas zapnutia spotrebiča od 1 do 25 sekúnd. Môžete postaviť metronóm pre hudobníka. Toto je najpoužívanejší režim čipu a nie je možné opísať všetky aplikácie.
Ako spúšť Schmitt sa časovač používa zriedka. Ale v bistabilnom režime bez prvkov nastavenia frekvencie sa NE555 používa ako debouncer alebo dvojtlačidlový spínač v režime štart-stop. V skutočnosti je použitý iba vstavaný RS klopný obvod. Je tiež známe, že zostavuje PWM regulátor založený na časovači.
Existujú zbierky obvodov, ktoré popisujú rôzne aplikácie časovača NE555. Popisujú tisíce spôsobov využitia čipu. Ale ani toto nemusí zvedavému rozumu dizajnéra stačiť a nájde dodatočné využitie časovača, ktoré ešte nie je nikde popísané. Možnosti stanovené vývojármi mikroobvodu to umožňujú.
Podobné články:
