La proiectarea dispozitivelor electronice este adesea necesar să se genereze impulsuri de o anumită lungime sau să se genereze un semnal dreptunghiular cu o anumită frecvență și un anumit raport lungime/pauză. Un proiectant experimentat nu ar trebui să întâmpine dificultăți în proiectarea unui astfel de dispozitiv din elemente digitale individuale, dar este mai convenabil să se utilizeze un cip specializat în acest scop.
Cuprins
Ce este NE555 și unde poate fi utilizat
NE555 a fost dezvoltat în anii 1970 și este încă foarte popular printre profesioniști și amatori. Este un dispozitiv temporizator găzduit într-un pachet cu 8 pini. Acesta este disponibil în versiuni DIP sau cu montare pe suprafață (SMD).
Microcircuitul conține două comparatoare, un comparator superior și unul inferior. Pe intrările acestora se formează o tensiune de referință egală cu 2/3 și 1/3 din tensiunea de alimentare. Divizorul este format din rezistențe Rezistență de 5 kΩ. Comparatoarele controlează declanșatorul RS. Un amplificator tampon și un comutator cu tranzistor sunt conectate la ieșirea acestuia. Fiecare comparator are o intrare liberă și este utilizat pentru semnale de control externe. Comparatorul superior se declanșează atunci când apare un nivel ridicat și stabilește ieșirea cipului la un nivel scăzut. Comparatorul inferior "monitorizează" reducerea tensiunii sub 1/3 VCC și setează ieșirea temporizatorului la 1 logic.
Principalele caracteristici ale cipului NE555
Caracteristicile cronometrului pot varia ușor de la un producător la altul, dar niciun producător nu are diferențe fundamentale (cu excepția cipurilor de origine necunoscută, vă puteți aștepta la orice de la ei):
- Tensiunea de alimentare este specificată ca fiind de la +5V la +15V ca standard, deși fișele tehnice specifică o gamă de 4,5...18V.
- Curentul de ieșire este de 200 mA.
- Tensiunea de ieșire este de maximum VCC minus 1,6 V, dar nu mai puțin de 2 V la o tensiune de alimentare de 5 V.
- Consumul de curent la 5 V max. 5 mA, la 15 V max. 13 mA.
- Eroare de formare a lățimii impulsului - nu mai mult de 2,25%.
- Frecvența maximă de funcționare este de 500 kHz.
Toți parametrii sunt specificați pentru o temperatură ambiantă de +25°C.
Alocarea și aranjamentul pinilor
Indiferent de designul carcasei, ieșirile temporizatorului sunt aranjate într-un mod standard, de la 1 la 8, în ordine crescătoare în sens invers acelor de ceasornic (atunci când sunt privite de sus). Fiecărui pin i se atribuie o funcție diferită:
- GND - este cablul comun de alimentare a dispozitivului.
- TRIG - Atunci când se aplică un nivel scăzut, declanșează al doilea comparator (mai jos în diagramă), ieșirea sa este un unu logic, care setează declanșatorul RS intern la 0. Un lanț temporal RC extern este conectat la acesta. Acesta are prioritate față de THR.
- OUT - ieșire. Nivelul ridicat al semnalului este chiar sub tensiunea de alimentare, iar nivelul scăzut al semnalului este de 0,25V.
- RESET - reset. Independent de semnalele de pe celelalte intrări, dacă este scăzut, resetează ieșirea la 0 și inhibă funcționarea temporizatorului.
- CTRL - control. Acesta are întotdeauna un nivel de 2/3 din tensiunea de alimentare a magistralei de alimentare. Aici se poate aplica un semnal extern, iar ieșirea poate fi modulată cu acesta.
- THR - Când se atinge un nivel ridicat (mai mult de 2/3 din tensiunea de alimentare), primul declanșator (partea superioară a circuitului) este setat la 1 și declanșatorul intern Declanșator RS 1. Declanșatorul RS intern revine la 1 logic.
- DIS - Descărcarea condensatorului de timp. Atunci când ieșirea de declanșare este ridicată, tranzistorul intern se deschide și are loc o descărcare rapidă. Temporizatorul este pregătit pentru următorul ciclu de funcționare.
- VCC - ieșirea sursei de alimentare. La acesta se poate aplica o tensiune de 5 până la 15 V.
Descrierea modurilor de funcționare a NE555
Deși arhitectura temporizatorului îi permite să fie utilizat într-o varietate de moduri, există trei moduri tipice de funcționare a NE555.
Vibrator simplu (Multivibrator de rezervă)
Poziția inițială:
- La intrarea 2, nivelul logic este ridicat;
- Intrările de declanșare R și S sunt zerouri;
- Ieșire de declanșare - 1;
- tranzistorul circuitului de descărcare este deschis, condensatorul C este conectat;
- la ieșirea 3 - nivelul 0.
Când apare nivelul zero pe intrarea 2, comparatorul inferior trece la 1, resetând declanșatorul la 0. La ieșirea cipului apare un nivel ridicat. În același timp, tranzistorul se închide, nu mai șuntând condensatorul. Acesta începe să se încarce prin intermediul rezistenței R. De îndată ce tensiunea de pe acesta atinge 2/3 din VCC, comparatorul superior se va declanșa, fixând declanșatorul înapoi la 1 și ieșirea temporizatorului la 0. Tranzistorul se deschide și descarcă condensatorul. Aceasta generează un impuls pozitiv la ieșire, al cărui început este determinat de semnalul extern de la intrarea 2 și al cărui sfârșit depinde de timpul de încărcare a condensatorului, care se calculează conform formulei t=1,1⋅R⋅C.
Multivibrator
Când se aplică alimentarea, condensatorul este descărcat, intrarea 2 (și 6) este 0 logic, iar ieșirea temporizatorului este 1 (acest proces este descris în secțiunea anterioară). Odată ce condensatorul este încărcat prin R1 și R2 la 2/3 VCC, nivelul ridicat de la intrarea 6 va reseta ieșirea 3 la zero și tranzistorul de descărcare se va deschide. Dar condensatorul nu va fi descărcat direct, ci prin R2. În cele din urmă, circuitul va reveni la poziția inițială și ciclul se va repeta la nesfârșit. Din descrierea procesului se poate observa că timpul de încărcare este determinat de suma rezistențelor R1, R2 și de capacitatea condensatorului, iar timpul de descărcare este stabilit de R1 și C. În locul lui R1 și R2, pot fi furnizate rezistențe variabile, iar frecvența și frecvența impulsurilor pot fi controlate în mod operațional. Formulele de calcul sunt următoarele:
- durata impulsului t1=0,693⋅(R1+R2)⋅C;
- durata pauzei t2=0,693⋅R2⋅C;
- frecvența de repetiție a impulsurilor f=1/(0,693(R1+2⋅R2)⋅C.
Timpul de pauză nu poate depăși timpul de impuls. Pentru a depăși această limitare, circuitele de descărcare și de încărcare sunt separate prin includerea în circuit a unei diode (catodul la pinul 6, anodul la pinul 7).
Declanșator Schmitt
Un declanșator Schmitt poate fi construit pe un cip 555. Acesta va converti un semnal care se schimbă lent (sinusoidal, formă de undă etc.) în undă pătrată. Aici nu se utilizează circuite de temporizare, semnalul este aplicat la intrările 2 și 6 conectate împreună. La atingerea pragului de 2/3 VCC, tensiunea de ieșire sare la 1, iar la scăderea la 1/3 sare de asemenea la zero. Zona de ambiguitate este de 1/3 din tensiunea de alimentare.
Avantaje și dezavantaje
Principalul avantaj al cipului NE555 este ușurința de utilizare - un pachet mic și bine calculat este tot ce este necesar pentru a construi circuitul. În același timp, costul dispozitivului este scăzut.
Principalul dezavantaj al temporizatorului este o dependență pronunțată a duratei impulsului de tensiunea de alimentare. Acest lucru se datorează faptului că condensatorul dintr-un circuit flip-flop sau flip-flop este încărcat prin intermediul unui rezistor (sau a două), iar pinul de sus al rezistorului este conectat la șina de alimentare. Curentul prin rezistor este generat de tensiunea VCC - cu cât tensiunea este mai mare, cu atât curentul este mai mare, cu atât condensatorul se va încărca mai repede, cu atât mai devreme se va declanșa comparatorul, cu atât mai scurt va fi intervalul de timp generat. Dintr-un motiv necunoscut, acest punct lipsește din documentația tehnică, dar este cunoscut de către dezvoltatori.
Un alt dezavantaj al temporizatorului este că tensiunile de prag ale comparatoarelor sunt formate de divizoare interne și nu pot fi ajustate. Acest lucru restrânge opțiunile de aplicare pentru NE555.
Există și o altă caracteristică neplăcută. Datorită construcției push-pull a etajului de ieșire, în momentul comutării (atunci când tranzistorul din amonte este deschis, iar cel din aval nu este încă închis, sau invers.) există un impuls de curent. Durata sa este mică, dar duce la o încălzire suplimentară a microcircuitului și formează interferențe în circuitul de alimentare.
Care sunt analogii
De la existența cronometrului, a dezvoltat și a lansat un număr mare de clone. Acestea sunt produse de firme diferite, dar toate conțin numărul 555 în denumire. Printre fabricile care produc analogi, există atât producători populari de componente electronice, cât și producători necunoscuți din Asia de Sud-Est. În timp ce primele sunt capabile să ofere performanța anunțată, cele din urmă nu pot fi considerate responsabile pentru nicio garanție. Abaterile de la caracteristicile declarate pot fi mari.
URSS a dezvoltat un KR1006VI1 analog. Funcționalitatea sa este identică cu cea originală, cu o singură excepție: pinul 2 are prioritate față de pinul 6 (și nu invers, ca în cazul NE555). Acest lucru trebuie luat în considerare la proiectarea circuitelor. Încă un lucru: denumirea KR înseamnă că cipul este disponibil numai în pachet DIP8.
Exemple de aplicații practice
Domeniul de aplicare practică este vast și nu putem acoperi întregul subiect în cadrul prezentei analize. Dar merită să analizăm cele mai frecvente exemple.
În modul cu un singur oscilator, se poate construi o blocare a codului cu apelare limitată în timp pe mai multe microcipuri. O altă modalitate este de a-l utiliza ca alarmă de nivel de prag (lumină, nivel de capacitate etc.) în combinație cu diverși senzori.
În modul multivibrator (modul astabil), temporizatorul are cea mai largă gamă de aplicații. Un comutator în lanț cu control separat al frecvenței de intermitență, al timpului de activare și al timpului de pauză poate fi construit pe mai multe temporizatoare. Puteți utiliza NE555 ca bază pentru un releu temporizat și puteți forma timpul de conectare a consumatorilor de la 1 la 25 de secunde. Este posibil să se construiască un metronom pentru un muzician. Acesta este cel mai utilizat mod al cipului și este imposibil să descriem toate utilizările.
În calitate de declanșator Schmitt, temporizatorul nu este utilizat prea des. Dar în modul bistabil, fără drivere de frecvență, NE555 este utilizat ca un supresor de ricoșeu de contact sau ca un comutator cu două butoane în modul start/stop. De fapt, este utilizat doar declanșatorul RS integrat. De asemenea, se știe că se poate construi un controler PWM bazat pe temporizator.
Există cărți de circuite care descriu diverse utilizări ale temporizatorului NE555. Există mii de moduri de utilizare a cipului. Dar nici măcar acest lucru nu este suficient pentru mintea curioasă a proiectantului, care va găsi o utilizare suplimentară, încă nedescrisă, pentru cronometru. Capacitățile proiectanților de cipuri permit acest lucru.
Articole conexe:
