Теория и практика применения таймера 555. часть первая.

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

Эта статья посвящена микросхеме, сохраняющей популярность уже более 30 лет и имеющей множество клонов. Встречайте — таймер NE555 (он же — LM555, LC555, SE555, HA555, а также
множество других, есть даже советский аналог — КР1006ВИ1).

Такую популярность этой микросхеме обеспечили простота, дешивизна, широкий диапазон напряжений питания (4,5-18В), высокая точность и стабильность (температурный дрейф 0,005% / oС, дрейф от напряжения питания — менее 0,1% / Вольт), ну и конечно же, самое главное, — широчайшие возможности применения.

Но, обо всём по порядку. Начнём мы с того, как эта микросхема устроена.

Итак, функциональная схема таймера показана на рисунке 1.

Ноги:

1. GND — земля/общий провод.

2. Trigger — инвертирующий вход компаратора, ответственного за установку триггера.

Когда напряжение на этой ноге становится меньше 1/3 Vcc (то есть меньше, чем напряжение на неинвертирующем входе компаратора) — на вход SET триггера поступает логическая 1.

Если при этом отсутствуют сигналы сброса на входах Reset, то триггер установится (на его выходе появится логический 0, так как выход инвертированный).

3. Output — выход таймера. На этом выводе присутствует инвертированный сигнал с выхода триггера, то есть когда триггер взведён (на его выходе ноль) — на выводе Output высокий уровень, когда триггер сброшен — на этом выводе низкий уровень.

4. Reset — сброс. Если этот вход подтянуть к низкому уровню, триггер сбрасывается (на его выходе устанавливается 1, а на выходе таймера низкий уровень).

5. Control — контроль/управление. Этот вывод позволяет изменять порог срабатывания компаратора, управляющего сбросом триггера. Если вывод 5 не задействован, то этот порог определяется внутренним делителем напряжения на резисторах и равен 2/3 Vcc. Вывод Control можно использовать, например, для организации обратной связи по току или напряжению (об этом я позднее расскажу).

6. Threshold — порог. Когда напряжение на этом выводе становится выше порогового (которое при незадействованном выводе 5, как вы помните, равно 2/3 Vcc) — происходит сброс триггера и на выходе таймера устанавливается низкий уровень.

7. Discharge — разряд. На этом выходе 555-й таймер имеет транзистор с открытым коллектором. Когда триггер сброшен — этот транзистор открыт и на выходе 7 присутствует низкий уровень, когда триггер установлен — транзистор закрыт и вывод 7 находится в Z-состоянии. (Почему эта нога называется «разряд» вы скоро поймёте.)

8. Vcc — напряжение питания.

Далее, давайте рассмотрим, в чём же основная идея использования этого таймера. Для этого добавим к нашей схеме пару элементов внешней обвязки (смотрим рисунок 2). 4-ю и 5-ю ноги мы пока не будем использовать, поэтому будем считать, что 4-я нога у нас гвоздём прибита к напряжению питания, а 5-я просто болтается в воздухе (с ней и так ничего не будет).

Итак, пусть изначально у нас на второй ноге присутствует высокий уровень. После включения наш триггер сброшен, на выходе триггера высокий уровень, на выходе таймера низкий уровень, на 7-й ноге тоже низкий уровень (транзистор внутри микрухи открыт).

Чтобы произошло переключение триггера — необходимо подать на вторую ногу уровень ниже 1/3 Vcc (тогда переключится компаратор и сформирует высокий уровень на входе Set нашего триггера). Пока уровень на 2-й ноге остаётся выше 1/3 Vcc — наш таймер находится в стабильном состоянии и никаких переключений не происходит.

Ну что ж, — давайте кратковременно подадим на 2-ю ногу низкий уровень (на землю её коротнём, да и всё) и посмотрим что будет происходить.

Как только уровень на 2-й ноге упадёт ниже 1/3 Vcc — у нас сработает компаратор, подключенный к устанавливающему входу триггера (S), что, соответственно, вызовет установку триггера.

На выходе триггера появится ноль (поскольку выход триггера инвертирован), при этом на выходе таймера (3-я нога) установится высокий уровень. Кроме этого транзистор на 7-й ноге закроется и 7-я нога перейдёт в Z-состояние.

При этом через резистор Rt начнёт заряжаться конденсатор Ct (поскольку он больше не замкнут на землю через 7-ю ногу микрухи).

Как только уровень на 6-й ноге поднимется выше 2/3 Vcc — сработает компаратор, подключенный ко входу R2 нашего триггера, что приведёт к сбросу триггера и возврату схемы в первоначальное состояние.

Вот мы и рассмотрели работу схемы, называемой одновибратором или моностабильным мультивибратором, короче говоря, устройства, формирующего единичный импульс.

Как нам теперь узнать длительность этого импульса? Очень просто, — для этого достаточно посчитать, за какое время конденсатор Ct зарядится от 0 до 2/3 Vcc через резистор Rt от постоянного напряжения Vcc.

Сначала решим эту задачку в общем виде. Пусть у нас конденсатор заряжается через резистор R напряжением Vп от начального уровня U0.

Вспоминаем, как связаны ток и напряжение на конденсаторе: i=C*dU/dt. Ток через резистор: i=(Vп-U)/R. Поскольку это один и тот же ток, который течёт через резистор и заряжает конденсатор, то мы можем составить простое дифференциальное уравнение, описывающее процесс заряда нашего конденсатора: C*dU/dt=(Vп-U)/R.

Преобразуем наше уравнение к виду: RC*dU/dt + U = Vп

Это дифференциальное уравнение имеет решение, вида: U=U0+(Vп-U0)*(1-e-t/RC) ( формула 1 )

Теперь вернёмся к нашей схеме. Зная, что U0=0, напряжение питания равно Vcc, а конечное напряжение равно 2/3 Vcc, найдём время заряда:

2/3 Vcc = Vcc*(1-e-t/RC)

2/3 = 1-e-t/RC

1-2/3 = e-t/RC

ln(1/3) = -t/RC

Отсюда получаем длительность импульса нашего одновибратора:

t = RC*(-ln(1/3)) ≈ 1,1*RC

А теперь мы нашу схему немного изменим. Добавим в неё ещё один резистор, и чуть изменим подключение ног (смотрим рисунок 3).

Так, что у нас получилось? На старте конденсатор Ct разряжен (напряжение на нём меньше 1/3 Vcc), значит сработает компаратор запуска и сформирует высокий уровень на входе S нашего триггера. Напряжение на 6-й ноге меньше 2/3 Vcc, значит компаратор, формирующий сигнал на входе R2, — выключен (на его выходе низкий уровень, то есть сигнала Reset нет).

Следовательно сразу после включения наш триггер установится, на его выходе появится логический 0, на выходе таймера установится высокий уровень, транзистор на 7-й ноге закроется и конденсатор Ct начнёт заряжаться через резисторы R1, R2. При этом напруга на 2-й и 6-й ногах начнёт расти.

Когда эта напруга вырастет до 1/3 Vcc — пропадёт сигнал Set (отключится компаратор установки триггера), но триггеру пофиг, на то он и триггер, — если уж он установился, то сбросить его можно только сигналом Reset.

Сигнал Reset сформируется верхним на нашем рисунке компаратором, когда напряжение на конденсаторе, а вместе с ним на 2-й и 6-й ногах, достигнет значения 2/3 Vcc (то есть как только напряжение на конденсаторе станет чуть больше — сразу сформируется Reset).

Этот сигнал (Reset) сбросит наш триггер и на его выходе установится высокий уровень. При этом на выходе таймера установится низкий уровень, транзистор на 7-й ноге откроется и конденсатор Ct начнёт разряжаться через резистор R2.

Напряжение на 2-й и 6-й ногах начнёт падать.

Как только оно станет чуть меньше 2/3 Vcc — верхний компаратор снова переключится и сигнал Reset пропадёт, но установить триггер теперь можно только сигналом Set, поэтому он так и останется в сброшенном состоянии.

Как только напряжение на Ct снизится до 1/3 Vcc (станет чуть ниже) — снова сработает нижний компаратор, формирующий сигнал Set, и триггер снова установится, на его выходе снова появится ноль, на выходе таймера — единица, транзистор на 7-й ноге закроется и снова начнётся заряд конденсатора.

Далее этот процесс так и будет продолжаться до бесконечности — заряд конденсатора через R1,R2 от 1/3 Vcc до 2/3 Vcc (на выходе таймера высокий уровень), потом разряд конденсатора от 2/3 Vcc до 1/3 Vcc через резистор R2 (на выходе таймера низкий уровень).

Таким образом наша схема теперь работает как генератор прямоугольных импульсов, то есть мультивибратор в автоколебательном режиме (когда импульсы сами возникают, без каких-либо внешних воздействий).

Осталось только посчитать длительности импульсов и пауз. Для этого снова воспользуемся формулой 1, которую мы вывели выше.

При заряде конденсатора напряжением Vcc через R1,R2 от 1/3 Vcc до 2/3 Vcc, имеем:

2/3 Vcc = 1/3 Vcc + (Vcc-1/3 Vcc)*(1-e-t/(R1+R2)C)

1/3 = 2/3*(1-e-t/(R1+R2)C)

1/2 = 1-e-t/(R1+R2)C

e-t/(R1+R2)C = 1/2

t/(R1+R2)C = -ln(1/2)

Отсюда получаем длительность импульса нашего мультивибратора:

tи = -ln(1/2)*(R1+R2)*C ≈ 0,693*(R1+R2)C

Аналогично находим длительность паузы, только теперь у нас начальный уровень 2/3 Vcc, конденсатор мы не заряжаем от Vcc, а разряжаем на землю (т.е. вместо Vп в формулу нужно подставить ноль, а не Vcc) и разряд идёт только через резистор R2:

1/3 Vcc = 2/3 Vcc + (0-2/3 Vcc)*(1-e-t/R2*C)

2/3*(1-e-t/R2*C) = 1/3

1-e-t/R2*C = 1/2

e-t/R2*C = 1/2

t/R2*C = -ln(1/2)

Отсюда получаем длительность паузы мультивибратора:

tп = -ln(1/2)*R2*C ≈ 0,693*R2*C

Ну и дальше уже несложно посчитать для нашего мультивибратора период импульса и частоту:

T = tи + tп = -ln(1/2)*(R1+2*R2)*C ≈ 0,693*(R1+2*R2)*C

f = 1/T

Продолжение: Генератор прямоугольных импульсов с регулируемой скважностью, на 555-м таймере.

Источник: http://radiohlam.ru/?p=1290

Одновибратор (таймер) на NE555 — DRIVE2

Однажды в студенную зимнюю поруНет, просто однажды, понадобился мне надежно работающий одновибратор.Классикой жанра в этом вопросе считается микросхема таймера NE555.Нужно ли говорить, что, несмотря на простоту конструкции, из схем, “переползающих” из сайта на сайт, 100% рабочую найти не удалось? — все были по тем или иным причинам неработоспособны.

Поэтому, пришлось рисовать (если уж она окажется похожей на где -то уже приведенную схему — “звиняйте бананів в нас нема”)

Экскурс в историю (нагло стыренный, но измененный)
Наверное нет такого радиолюбителя, который не использовал бы в своей практике эту замечательную микросхему. Ну а уж слышали о ней так точно все.

Её история началась в 1971 году, когда компания Signetics Corporation выпустила микросхему SE555/NE555 под названием “Интегральный таймер” (The IC Time Machine).

На тот момент это была единственная “таймерная” микросхема доступная массовому потребителю, поэтому сразу после поступления в продажу, микросхема завоевала бешеную популярность и среди любителей и среди профессионалов. Появилась куча статей, описаний, схем, использующих сей девайс.

За прошедшие 35 лет практически каждый уважающий себя производитель полупроводников считал свои долгом выпустить свою версию этой микросхемы, в том числе и по более современным техпроцессам. Например, компания Motorola выпускает CMOS версию MC1455.

Но при всем при этом в функциональности и расположении выводов никаких различий у всех этих версий нет. Все они полные аналоги друг друга.Наши отечественные производители тоже не остались в стороне и выпускают эту микросхему под названием КР1006ВИ1.А вот список заморских производителей, которые выпускают таймер 555 и их коммерческие обозначения:

В некоторых случаях указано два названия. Это означает, что выпускается две версии микросхемы — гражданская, для коммерческого применения, и военная. Военная версия отличается большей точностью, широким диапазоном рабочих температур и выпускается в металлическом или керамическом корпусе. Ну и дороже, разумеется.

Описание микросхемыМного писать не буду — все это легко гуглится, приведу только назначение выводов

1. Земля. Особо комментировать тут нечего — вывод, который подключается к минусу питания и к общему проводу схемы.
2. Запуск. Вход компаратора №2. При подаче на этот вход импульса низкого уровня (не более 1/3 Vпит) таймер запускается и на выходе устанавливается напряжение высокого уровня на время, которое определяется внешним сопротивлением R (Ra+Rb, см. функциональную схему чуть ниже) и конденсатором С — это так называемый режим моностабильного мультивибратора. Входной импульс может быть как прямоугольным, так и синусоидальным. Главное, чтобы по длительности он был короче, чем время заряда конденсатора С. Если же входной импульс по длительности все-таки превысит это время, то выход микросхемы будет оставаться в состоянии высокого уровня до тех пор, пока на входе не установится опять высокий уровень. Ток, потребляемый входом, не превышает 500нА.

Функциональная схема

3. Выход. Выходное напряжение меняется вместе с напряжением питания и равно Vпит-1,7В (высокий уровень на выходе). При низком уровне выходное напряжение равно примерно 0,25в (при напряжении питания +5в). Переключение между состояниями низкий — высокий уровень происходит приблизительно за 100 нс.
4. Сброс.

Читайте также: Изготовление предохранителя из проволоки на любой ток

При подаче на этот вывод напряжения низкого уровня (не более 0,7в) происходит сброс выхода в состояние низкого уровня не зависимо от того, в каком режиме находится таймер на данный момент и чем он занимается. Reset, знаете ли, он и в Африке reset. Входное напряжение не зависит от величины напряжения питания — это TTL-совместимый вход.

Для предотвращения случайных сбросов этот вывод настоятельно рекомендуется подключить к плюсу питания, пока в нем нет необходимости.
5. Контроль. Этот вывод позволяет получить доступ к опорному напряжению компаратора №1, которое равно 2/3Vпит. Обычно, этот вывод не используется.

Однако его использование может весьма существенно расширить возможности управления таймером. Все дело в том, что подачей напряжения на этот вывод можно управлять длительностью выходных импульсов таймера и таким образом, забить на RC времязадающую цепочку.

Подаваемое напряжение на этот вход в режиме моностабильного мультивибратора может составлять от 45% до 90% напряжения питания. А в режиме мультивибратора от 1,7в до напряжения питания. При этом мы получаем ЧМ (FM) модулированный сигнал на выходе.

Если же этот вывод таки не используется, то его рекомендуется подключить к общему проводу через конденсатор 0,01мкФ (10нФ) для уменьшения уровня помех и всяких других неприятностей.
6. Останов. Этот вывод является одним из входов компаратора №1. Он используется как эдакий антипод вывода 2.

То есть используется для остановки таймера и приведения выхода в состояние низкого уровня. При подаче импульса высокого уровня (не менее 2/3 напряжения питания), таймер останавливается, и выход сбрасывается в состояние низкого уровня. Так же как и на вывод 2, на этот вывод можно подавать как прямоугольные импульсы, так и синусоидальные.
7. Разряд.

Транзистор открыт, когда на выходе микросхемы низкий уровень и закрыт, когда выход активен, то есть на нем высокий уровень. Этот вывод может также применяться как вспомогательный выход. Нагрузочная способность его примерно такая же, как и у обычного выхода таймера.
8. Плюс питания. Как и в случае с выводом 1 особо ничего не скажешь. Напряжение питания таймера может находиться в пределах 4,5-16 вольт. У военных версий микросхемы верхний диапазон находится на уровне 18 вольт.

Простой одновибраторСказать здесь особо нечего проще привести то, что наваял

Данный девайс выдает на выходе OUT напряжение равное (напряжениe питания минус 1,7 Вольта) в течении времени пока вход IN замкнут на землю или времени удержания Т, которое вычисляется как произведение сопротивления резистора R1 в Омах и конденсатора С1 в Фарадах (или МегаОмах и микоФарадах, соответственно). Тут нужно помнить, что R1 может быть в дипазоне от 10кОм до 15Мом (на различного вида форумах рекомендуют до 300кОм) С1 — от 95пФ.Как видно по приведенному расчету, на рисунке приведена схема задержки на 1,1 секунды.Схема была опробована на макетке
но на печатную плату не переносилась, так как “концепция поменялась”.

“По просьбам трудящихся” добавляю осциллограмму работы одновибратора с временем задержки 0,61сИзмерения производились на 2 (входной) и 3 (выходной) ножках микросхемы

Универсальный таймер от 1 до 26cТак как плата универсального таймера со временем задержки от 1 до 26с была прорисована, то привожу ее для “общего блага”

Печатка (вид со стороны деталей)
И эта же плата в формате Sprint Layout — leman.cc.ua/timer.lay6

Источник: https://www.drive2.ru/b/453014734636058002/

Легендарный таймер NE555 – описание и применение микросхемы

Таймер NE555 является, пожалуй, самой популярной интегральной микросхемой своего времени. Несмотря на то, что он был разработан более 40 лет назад (в 1972 году) он до сих пор выпускается многими производителями. В этой статье, постараемся подробно осветить вопросы описания и применения таймера 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.

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.

Максимальная частота более чем 500 кГц.
Длина одного импульса от 1 мсек до часа.
Может работать в режиме моностабильного мультвибратора.
Высокий выходной ток (до 200 мА)
Регулируемая скважность импульса (отношение периода импульса к его длительности).
Совместимость с TTL уровнями.
Температурная стабильность 0,005% на 1 градус Цельсия.

Микросхема NE555 в своем составе содержит чуть более 20 транзисторов и 10 резисторов. На следующем рисунке приводится структурная схема таймера от Philips Semiconductors.

В следующей таблице перечислены основные свойства NE555

Назначение выводов таймера NE555

№2 — Запуск (триггер)

Триггер переключается, если на этом выводе напряжение упадет ниже 1/3 напряжения питания. Данный вывод имеет высокое входное сопротивление, более 2 мОм. В нестабильном режиме используется для контроля напряжения на времязадающем конденсаторе, в бистабильном режиме к нему подключается элемент коммутации, например, кнопка.

№4 – Сброс

Если напряжение на этом выводе ниже 0,7 вольт, то происходит сброс внутреннего компаратора. В случае неиспользования, на данный вывод таймера NE555 необходимо подать напряжение питания. Сопротивление вывода составляет около 10 кОм.

№5 — Контроль

Может использоваться для регулировки длительности импульсов на выходе путем подачи напряжения 2/3 от напряжения питания. Если это вывод не используется, то его желательно подключить к минусу источника питания через конденсатор 0,01 мкф.

№6 — Стоп (компаратор)

Останавливает функционирование таймера, если напряжение на этом выводе будет выше 2/3 напряжения питания. Вывод имеет высокое входное сопротивление, более 10 мОм. Он обычно используется для измерения напряжения на времязадающем конденсаторе.

№7 — Разряд

Вывод через внутренний транзистор подключается к «земле», когда внутренний триггер находится в активном состоянии. Вывод (открытый коллектор) используется в основном для разряда времязадающего конденсатора.

№3 – Выход

Микросхема NE555 имеет всего один выход с током до 200 мА. Это значительно больше, чем у обычных интегральных микросхем.

Вывод способен управлять, например, светодиодами (с токоограничивающим резистором), небольшими лампочками, пьезоэлектрическим преобразователем, динамиком (с конденсатором), электромагнитным реле (с защитным диодом) или даже маломощными двигателями постоянного тока. Если требуется более высокий выходной ток, то можно подключить подходящий транзистор в качестве усилителя.

Таймер NE555 — схема включения

Способность вывода 3 таймера NE555 создавать как высокий уровень напряжения, так и низкий (практически 0 вольт) позволяет управлять нагрузкой подключенной как к минусу питания, так и к плюсу. Как пример, подключение светодиодов. Это, конечно, не является обязательным требованием, и нагрузка (светодиод) может быть подключен либо к минусу, либо плюсу питания.

Если таймер NE555 работает в нестабильном состоянии (режим генератора), то к выходу его можно подключить динамик.

Он подключается после разделительного конденсатора (например, 100 мкф) и должен иметь сопротивление не менее 64 Ом из-за ограниченного максимального тока нагрузки выхода таймера.

Конденсатор предназначен для отделения постоянной составляющей сигнала и проводит только аудиосигнал.

Динамик с сопротивлением катушки ниже чем 64 Ом можно подключить либо через конденсатор с меньшей емкостью (реактивное сопротивление), являющегося дополнительным сопротивлением либо с помощью усилителя. Усилитель также может быть использован для подключения более мощного громкоговорителя.

Как и все интегральных микросхемы, выход таймера NE555 управляющий индуктивной нагрузкой (реле) должен быть защищена от скачков повышенного напряжения, созданное в индуктивности в момент отключения. Диод (например, 1N4148) всегда подключается параллельно к катушке реле в обратном направлении.

Однако, для микросхемы NE555 требуется второй диод, включенный последовательно с катушкой реле. Он ограничивает низкое напряжение, которое находится на выходе 3 таймера и предотвращает возбуждение реле небольшим током.

Таким диодом может быть, например, 1N4001 (1N4148 диод не подходит) либо светодиод.

Скачать калькулятор и datasheet для таймера NE555 (скачено: 3 353)

Источник: http://fornk.ru/1320-legendarnyj-tajmer-ne555-opisanie-i-primenenie-mikrosxemy/

Микросхема 555: описание и практическое применение :

Микросхемы 555 применяются довольно часто в радиолюбительской практике – они практичны, многофункциональны и очень просты в использовании. На таких микросхемах можно реализовать любую конструкцию – как простейшие триггеры Шмитта с парочкой дополнительных элементов, так и многоступенчатые кодовые замки.

NE555 была разработана уже довольно давно, даже в советских журналах «Радио», «Моделист-конструктор», на аналогах этой микросхемы можно было встретить немало самоделок. На сегодняшний день эта микросхема активно применяется в конструкциях со светодиодами.

Описание микросхемы

Это разработка компании из США Signetics. Именно ее специалисты смогли реализовать на практике работы Камензинда Ганса. Это, можно сказать, отец интегральной микросхемы – в тяжелых условиях высокой конкуренции инженерам удалось сделать продукт, который вышел на мировой рынок и завоевал широкую популярность.

В те годы у микросхемы 555 серии не было в мире аналогов – очень высокая плотность монтажа элементов в устройстве и крайне низкая себестоимость. Именно благодаря этим параметрам она заслужила высокую популярность среди конструкторов.

Отечественные аналоги

После началось массовое копирование этого радиоэлемента – советский аналог микросхемы носил название КР1006ВИ1. Между прочим, она во всех отношениях является уникальной разработкой, даже несмотря на то, что у нее много аналогов.

Только у отечественных микросхем вход остановки приоритетнее, чем вход запуска. Ни в одной из зарубежных конструкций нет такой особенности.

Но эту особенность обязательно нужно учитывать при проектировании схем, в которых оба входа активно используются.

Где применяется?

Но нужно заметить, что приоритеты входов не очень сильно влияют на работоспособность микросхемы. Это только мелкий нюанс, который нужно учитывать в редких случаях. Для снижения потребляемой мощности в середине 70-х был налажен выпуск КМОП-элементов. В СССР микросхемы на полевиках носили название КР1441ВИ1.

Генераторы на микросхеме 555 очень часто используются в конструкциях радиолюбителей.

Несложно реализовать на этой микросхеме и реле времени, причем задержку можно установить от нескольких миллисекунд до часов.

Существуют и более сложные элементы, в основе которых находится 555 схема – они содержат в себе устройства по предотвращению дребезжания контактов, ШИМ-контроллеры, восстановления сигнала цифрового типа.

Преимущества и недостатки микросхемы

Внутри таймера имеется встроенный делитель напряжения – именно он позволяет задать строго фиксированный нижний и верхний порог, при котором происходит срабатывание компараторов.

Именно отсюда можно сделать вывод о главном недостатке – пороговыми значениями невозможно управлять, а из конструкции исключить делитель тоже нельзя, существенно сужается область практического применения микросхемы 555.

Схемы мультивибраторов и одновибраторов построить можно, но более сложные конструкции не получится.

При изготовлении таймеров на биполярных транзисторах выскакивает один большой недостаток – выходной каскад переходит в противоположное состояние. И при каждом переключении появляется сквозной паразитный ток, пиковое значение его может быть около 400 мА. При этом существенно увеличиваются потери на тепло.

Как избавиться от недостатков?

Но избавиться от такой проблемы можно, достаточно установить полярный конденсатор не более 0,1 мкФ между управляющим выводом и минусом питания.

А чтобы существенно повысить помехоустойчивость, в цепи питания устанавливается неполярный конденсатор емкостью 1 мкФ.

При практическом применении микросхем 555 важно учитывать, влияют ли на их работу пассивные элементы – резисторы и конденсаторы.

Но нужно заметить одну особенность – при использовании таймеров на КМОП-элементах эти все недостатки просто уходят, нет необходимости применять дополнительные конденсаторы.

Основные параметры микросхем

Если вы решите изготовить таймер на микросхеме 555, то нужно знать ее основные особенности. Всего в приборе имеется пять узлов, их можно разглядеть на диаграмме. По входу находится делитель напряжение резистивного типа.

С его помощью происходит формирование двух опорных напряжений, необходимых для работы компараторов. Выходы компараторов соединяются с RS-триггером и внешним контактом для сброса.

И только после этого на усилительное устройство, где увеличивается значение сигнала.

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.

Эксплуатация микросхемы

Условия эксплуатации зависят напрямую от того, какая фирма производит микросхему. В качестве примера можно привести два аналога – NE555 и SE555. У первой диапазон температур, в котором она нормально будет работать, находится в интервале 0-70 градусов.

У второй же он намного шире – от -55 до +125 градусов. Поэтому такие параметры всегда нужно учитывать при проектировании устройств. Желательно ознакомиться со всеми типовыми значениями напряжений и токов на выводах Reset, TRIG, THRES, CONT.

Для этого можно воспользоваться даташитом к конкретной модели – в ней вы найдете исчерпывающую информацию.

От этого зависит и практическое применение схемы. Радиолюбителями микросхема 555 используется довольно часто – в системах управления даже существуют задающие генераторы для радиопередатчиков на этом элементе.

Преимущество его перед любым транзисторным или ламповым вариантом – невероятно высокая стабильность частоты. И нет надобности подбирать элементы с высокой стабильностью, устанавливать дополнительные устройства для выравнивания напряжения.

Достаточно установить простую микросхему и усилить сигнал, который будет вырабатываться на выходе.

Назначение выводов ИМС

На микросхемах 555 серии присутствует всего восемь выводов, тип корпуса PDIP8, SOIC, TSSOP. Но во всех случаях назначение выводов одинаковое. УГО элемента – это прямоугольник, подписанный «G1» в случае генератора одиночных импульсов и «GN» для мультивибратора. Назначение выводов:

GND – общий, по порядку он первый (если считать от ключа-метки). На этот вывод подается минус от источника питания.
TRIG – вход запуска. Именно на этот вывод подается низкоуровневый импульс и он поступает на второй компаратор. В результате происходит запуск ИМС и появляется на выходе сигнал с высоким уровнем. Причем длительность сигнала зависит от значений С и R.
OUT – выход, на котором появляется сигнал высокого и низкого уровней. Переключение между ними занимает не более 0,1 мкс.
RESET – сброс. Этот вход обладает наивысшим приоритетом, он управляет таймером, причем не зависит это от того, есть ли напряжение на остальных ножках микросхемы. Чтобы разрешить запуск, нужно наличие напряжения свыше 0,7В. В том случае, если импульс меньше 0,7В, то работа микросхемы 555 запрещается.
CTRL – контрольный вход, который соединяется с делителем напряжения. И если нет никаких внешних факторов, которые могут повлиять на работу, выдается на этом выходе напряжение 2/3 от питающего. При подаче управляющего сигнала на этот вход на выходе образуется модулированный импульс. В случае с простыми схемами этот выход соединяется к конденсатору.
THR – остановка. Это вход 1-го компаратора, в случае появления на нем напряжения 2/3 от питающего происходит остановка работы триггера и таймер переводится в пониженный уровень. Но обязательное условие – на ножке TRIG не должно быть сигнала запуска (так как у него приоритет).
DIS – разряд. Он соединяется непосредственно с транзистором, расположенным внутри микросхемы 555. У него коллектор общий. В цепи эмиттер-коллектор устанавливается конденсатор, который необходим для того чтобы задать время.
VCC – подключение к плюсу источника питания.

Режим одновибратора

Всего существует три работы режима микросхемы NE555, один из них – одновибратор. Чтобы осуществить формирование импульсов, приходится применять конденсатор полярного типа и резистор.

Работа схемы происходит таким образом:

Ко входу таймера прикладывается напряжение – низкоуровневый импульс.
Происходит переключение режима работы микросхемы.
На выводе «3» появляется сигнал с высоким уровнем.

Рассчитать время, в течение которого проходит сигнал, можно по простой формуле:

t=1,1*R*C.

По прошествии этого времени на выходе произойдет формирование низкоуровневого сигнала. В режиме мультивибратора выводы «4» и «8» соединяются. При разработке схем на основе одновибратора нужно учитывать такие нюансы:

Напряжение питания не может влиять на время импульса. При увеличении напряжения скорость зарядки конденсатора, который задает время, больше. Следовательно, увеличивается амплитуда сигнала на выходе.
Если произвести подачу дополнительного импульса на вход (уже после основного), то он не повлияет на работоспособность таймера до окончания времени t.

Чтобы повлиять на функционирование генератора, можно воспользоваться одним из способов:

На вывод RESET подать низкоуровневый сигнал. При этом таймер вернется в состояние по умолчанию.
Если на вход «2» идет низкоуровневый сигнал, то на выходе всегда будет высокий импульс.

При помощи одиночных импульсов, подаваемых на вход, и изменения параметров времязадающих компонентов, можно на выходе получить прямоугольный сигнал нужной длительности.

Схема мультивибратора

Изготовить металлоискатель на микросхеме 555 сможет любой начинающий радиолюбитель, но для этого нужно изучить особенности работы этого прибора. Мультивибратор – это специальный генератор, который вырабатывает с определенной периодичностью прямоугольные импульсы. Причем строго задается амплитуда, длительность и частота – зависят значения от того, какая задача стоит перед устройством.

Для формирования повторяющихся сигналов применяются резисторы и конденсаторы. Длительность сигнала t1, паузы t2, частоту f, и период T можно найти по следующим формулам:

t1=ln2*(R1+R2)*C=0,693*(R1+R2)*C;
t2=0,693*C*(R1+2*R2);
T=0,693*C*(R1+2*R2);
f=1/(0,693*C*(R1+2*R2)).

Исходя из этих выражений, можно увидеть, что пауза по длительности не должна быть больше времени сигнала. Другими словами, скважность не будет никогда больше 2. От этого напрямую зависит практическое применение микросхемы 555.

Схемы различных устройств и конструкций строятся по даташитам – инструкциям. В них даны все возможные рекомендации для сборки приборов. Скважность можно найти по формуле S=T/t1. Чтобы увеличить этот показатель, необходимо добавить в схему полупроводниковый диод.

Его катод соединяется с шестой ножкой, а анод с седьмой.

Если посмотреть в даташит, то в нем указывается обратная величина скважности – ее можно посчитать по формуле D=1/S. Измеряется она в процентах. Работу схемы мультивибратора можно описать следующим образом:

При подаче питания конденсатор полностью разряжен.
Таймер переводится в высокоуровневое состояние.
Конденсатор накапливает заряд и на нем напряжение достигает максимума – 2/3 от питающего.
Происходит переключение микросхемы и на выходе появляется низкоуровневый сигнал.
Конденсатор разряжается в течение t1 до уровня 1/3 от питающего напряжения.
Микросхема 555 переключается снова и на выходе образуется опять высокоуровневый сигнал.

Такой режим работы называется автоколебательным. На выходе постоянно изменяется величина сигнала, микросхема-таймер 555 равные промежутки времени находится в различных режимах.

Прецизионный триггер Шмитта

В таймерах типа NE555 и аналогичных имеется встроенный компаратор с двумя порогами – нижним и верхним. Кроме того, в нем присутствует специальный RS-триггер. Именно это позволяет реализовать конструкцию прецизионного триггера Шмитта.

Напряжение, поступающее на вход, делится при помощи компаратора на три равные части. И как только достигает уровень значения порога, происходит переключение режима работы микросхемы. Гистерезис при этом увеличивается, его величина достигает значения 1/3 от напряжения питания.

Используется прецизионный триггер в конструкциях систем с автоматическим регулированием.

Источник: https://www.syl.ru/article/356824/mikroshema-opisanie-i-prakticheskoe-primenenie

Схемы NE555

Примером создания электронной схемы, небольшой, но достаточно полезной во многих случаях, является придумка еще в 1970-е годы микрочипа универсального таймера 555. Что это, шедевр электронной схемотехники?

Электронные интегральные схемы — такая отрасль нашей науки и техники, возможности которой еще далеко не исчерпаны. Видимо, это и есть ростки того самого искусственного интеллекта, о котором так много уже сказано.

Причем, если наш природный интеллект строится на элементах — нейронах — которые можно назвать электронно-химическими, то созданные руками человека интегральные схемы в природе не встречаются. Это чистое изобретение человеческого разума.

Оно получено в результате долгой работы по совершенствованию самых обыкновенных электроприборов, которые понадобились людям сразу после открытия электричества — выключателей, резисторов, конденсаторов, полупроводниковых приборов.

Совершенствование шло как в направлении усложнения схем, так и в стремлении уместить большое количество элементов на ограниченной площади или в ограниченном объеме. А также создать из все тех же схемных примитивов нечто универсальное, долгоиграющее и омниполезное.

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.

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.

Применение: варианты подключения NE555 (или NE555 аналогов)

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.

Источник: https://domelectrik.ru/baza/komponenty/shemy-ne555

Микросхема 555 практическое применение

Рассмотрим примеры практического применения данной микросхемы

Триггер Шмидта.

Это очень простая, но эффективная схема. Схема позволяет, подавая на вход аналоговый сигнал, получить чистый прямоугольный сигнал на выходе

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Простой таймер.

Практическое применение в статье Простой таймер включения устройства в ~220V.

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Схема для получения более точных интервалов.

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Простой ШИМ

Практическое применение в статье ШИМ для вентилятора

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Сумеречный выключатель.

Схема встроена в Дополнительный термостат к котлу

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Управление устройством с помощью одной кнопки.

Вариант исполнения такой схемы находится в этом блоге.

Аналогичная схема управление одной кнопкой на микросхеме CD4013 (аналог 561TM2)

Прилагается схема в Proteus 7.7 SP2 и печатная плата

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Датчик влаги.

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Контроль уровня воды.

Два датчика уровня жидкости могут служить для контроля за количеством воды в баке . Один датчик сообщает о малом количестве воды в баке, а второй о том , что бак полный. При небольшой доработке схемы выходные сигналы схемы можно подключить к более серьёзным нагрузкам :).

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

ON/OFF сенсор.

Схема для включения светодиодной подсветки от автономного питания, на 10- 30секунд.

Один вариант из применения, встраивается во входную дверь в районе замочной скважины.

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Подсветка включается посредством нажатия кнопки на дверной ручке – в результате не возникнет проблем с открытием замка при отсутствии естественного либо искусственного освещения.

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Кодовый замок на таймере NE555.

Подобной разработки кодового замка на таймере NE555, в интернете я пока не встречал, поэтому эта разработка посвящается всем любителям этой чудесной микросхемы. Схему на микросхеме NE555 в виде кодового замка на дверь или сейф, нетрудно реализовать на этом таймере.

Еще я знаю, что 555 нормально работает при отрицательных температурах,(если предстоит эксплуатация на улице) и более широкий диапазон напряжения питания до 16V. Надежность микросхемы не подлежит сомнению.

И так привожу в пример схему, цифровой код в которой будет состоять из 4 цифр (технически схему можно реализовать и на одной кнопке, но это будет слишком банально, я думаю что 4 цифры для начала самый раз, наращивать количество цифр в коде этой схемы можно до бесконечности ,(одинаковыми частями по блочно, обвел на схеме U2).

В приведенной схеме все 4 таймера работают по одной схеме, имеются небольшие отличия в таймерах U1, U4. Схема U2 и U3 повторяются один в один. Каждый таймер в этой схеме может быть настроен на своё рабочее время, на это задействована время задающая цепочка R1, R2, C1. А также секретность кода можно увеличить подключив доп. коммутирующие диоды.

( в качестве примера привел включение одного диода D1, большее не рисовал, так как думаю, что тогда схема будет восприниматься очень сложно). Главное отличие этой схемы на таймерах 555, от подобных схем, наличие настройки рабочего времени каждого таймера, при простоте этой схемы, вероятность подбора кода посторонним лицом будет очень невелик.

Работа схемы; – Нажимаем кнопку ноль, запускается таймер U1, его рабочее время настроено на удержание логической единицы (вывод 3) в течении 30 сек, после этого можно нажать кнопку 1. – Нажимаем кнопку 1 таймер U2, его рабочее время настроено на 2 сек.

, в течении этого времени надо нажать кнопку 2 (иначе U2 удержание логической единицы (вывод 3) сбрасывается и нажатие кн. 2 не будет иметь смысла) – Нажимаем кнопку 2, таймер U3 настроен на удержание логической единицы (вывод 3) в течении 25 сек, после этого можно нажать кнопку 3, но ………..

смотрим на коммутирующий диод D1, из за него кнопку 3 нет смысла быстро нажимать, пока не закончится 30 секундное рабочее время таймера U1, – После нажатия кнопки 3, таймер U4 выдает логическую единицу (U4 вывод 3)на исполнительное устройство.

Еще остается добавить что, в действующем устройстве цифровой код будет расположен не по порядку номеров, а хаотично, и любое нажатие других кнопок будет сбрасывать таймеры в 0. Ну в общем пока всё, все варианты использования тут не описать, вижу что не все, я здесь в описании затронул …… в общем если есть идея, ее техническая реализация всегда найдётся.

Все настройки, рабочего времени микросхем U1…….U4 являются тестовыми, и описаны здесь для примера. 🙂 (в охранных системах для непрошеных гостей самое трудное, это индивидуальные решения, доказано временем ) Прикладываю архив со схемой в протеус, в нем работу схемы можно оценить наглядно.

Скачать архив схемы в протеусе.

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

Назначение восьми ног микросхемы.

1. Земля.

Вывод, который подключается к минусу питания и к общему проводу схемы.
2. Запуск.
Вход компаратора №2.

При подаче на этот вход импульса низкого уровня (не более 1/3 Vпит) таймер запускается и на выходе устанавливается напряжение высокого уровня на время, которое определяется внешним сопротивлением R (Ra+Rb, ) и конденсатором С – это так называемый режим моностабильного мультивибратора. Входной импульс может быть как прямоугольным, так и синусоидальным.

Главное, чтобы по длительности он был короче, чем время заряда конденсатора С. Если же входной импульс по длительности все-таки превысит это время, то выход микросхемы будет оставаться в состоянии высокого уровня до тех пор, пока на входе не установится опять высокий уровень. Ток, потребляемый входом, не превышает 500нА.
3. Выход.

Выходное напряжение меняется вместе с напряжением питания и равно Vпит-1,7В (высокий уровень на выходе). При низком уровне выходное напряжение равно примерно 0,25в (при напряжении питания +5в). Переключение между состояниями низкий – высокий уровень происходит приблизительно за 100 нс.

4. Сброс.

Входное напряжение не зависит от величины напряжения питания – это TTL-совместимый вход. Для предотвращения случайных сбросов этот вывод рекомендуется подключить к плюсу питания, пока в нем нет необходимости.

5. Контроль.

Этот вывод позволяет получить доступ к опорному напряжению компаратора №1, которое равно 2/3Vпит. Обычно, этот вывод не используется. Однако его использование может весьма существенно расширить возможности управления таймером.

Все дело в том, что подачей напряжения на этот вывод можно управлять длительностью выходных импульсов таймера и таким образом, забить на RC времязадающую цепочку.

6. Останов.

Этот вывод является одним из входов компаратора №1. Он используется как эдакий антипод вывода 2. То есть используется для остановки таймера и приведения выхода в состояние низкого уровня.

При подаче импульса высокого уровня (не менее 2/3 напряжения питания), таймер останавливается, и выход сбрасывается в состояние низкого уровня.

Так же как и на вывод 2, на этот вывод можно подавать как прямоугольные импульсы, так и синусоидальные.

7. Разряд.

Этот вывод подсоединен к коллектору транзистора Т6, эмиттер которого соединен с землей. Таким образом, при открытом транзисторе конденсатор С разряжается через переход коллектор-эмиттер и остается в разряженном состоянии пока не закроется транзистор. Транзистор открыт, когда на выходе микросхемы низкий уровень и закрыт, когда выход активен, то есть на нем высокий уровень. Этот вывод может также применяться как вспомогательный выход. Нагрузочная способность его примерно такая же, как и у обычного выхода таймера.

8. Плюс питания.

Напряжение питания таймера может находиться в пределах 4,5-16 вольт.

Программа параметров и расчета NE555.rar 1,3Mb.

Работа схемы таймера 555 в протеусе.

Скачать архив проекта в протеус

Источник: http://cxema.my1.ru/publ/razdel_skhem_dlja_nachinajushhikh_radioljubitelej/konstrukcii_prostoj_slozhnosti/mikroskhema_555_prakticheskoe_primenenie/23-1-0-5931