Микросхема таймер NE555 включает около 20 транзисторов, 15 резисторов, 2 диода. Выходной ток 200 мА, ток потребления примерно на 3 мА больше. Напряжение питания от 4,5 до 18 вольт. Точность таймера не зависит от изменения напряжения питания и составляет не более 1% от расчетного значения.
Datasheet микросхемы NE555, а также калькулятор для расчета обвязки можно скачать в конце статьи.
Назначение выводов:
Вывод №1 — Земля.
Вывод подключается к минусу питания или к общему проводу схемы.
Вывод №2 — Запуск.
Этот вывод является одним из входов №2. При подаче на этот вход импульса низкого уровня, который должно быть не более 1/3 напряжения питания, происходит запуск таймера и на выводе №3 появляется напряжение высокого уровня на время, которое задается внешним сопротивлением Ra+Rb и конденсатором С. Данный режим работы называется — режим моностабильного . Импульс, подаваемый на вывод №2, может быть как прямоугольным, так и синусоидным и по длительности он должен быть меньше чем время заряда конденсатора С.
Вывод №3 — Выход.
Высокий уровень равен напряжению питания минус 1,7 Вольта. Низкий уровень равен примерно 0,25 вольта. Время переключения с одного уровня на другой происходит примерно за 100 нс.
Вывод №4 — Сброс.
При подаче на этот вывод напряжения низкого уровня (не более 0,7в) произойдет сброс таймера и на выходе его установится напряжение низкого уровня. Если в схеме нет необходимости в режиме сброса, то данный вывод необходимо подключить к плюсу питания.
Вывод №5 — Контроль.
Обычно, этот вывод не используется. Однако его применение может значительно расширить функциональность таймера. При подаче напряжения на этот вывод можно управлять длительностью выходных импульсов таймера, а значит отказаться от RC времязадающей цепочки. Подаваемое напряжение на этот вход в режиме моностабильного мультивибратора может составлять от 45% до 90% напряжения питания. А в режиме мультивибратора от 1,7в и до напряжения питания. Соответственно на выходе получится FM модулированный сигнал.
Если этот вывод не используется, то его лучше подключить через 0,01мкФ к общему проводу.
Вывод №6 — Стоп.
Этот вывод является одним из входов компаратора №1. При подаче на этот вывод импульса высокого уровня (не менее 2/3 напряжения питания), работа таймера останавливается, и на выходе таймера устанавливается напряжение низкого уровня. Как и на вывод №2, на этот вывод можно подавать импульсы как прямоугольные, так и синусоидные.
Вывод №7 — Разряд.
Этот вывод соединен с коллектором транзистора Т1, эмиттер которого соединен с общим проводом. При открытом транзисторе конденсатор С разряжается через переход коллектор-эмиттер и остается в разряженном состоянии пока не закроется транзистор. Транзистор закрыт, когда на выходе таймера высокий уровень и открыт, когда на выходе низкий уровень.
Вывод №8 — Питание.
Напряжение питания таймера составляет от 4,5 до16 вольт.
Таймер может работать в двух режимах: моностабильный мультивибратор и генератор прямоугольных импульсов.
1. Моностабильный мультивибратор.
Моностабильный означает, что стабильное состояние у таймера только одно, когда он выключен. Во включенное состояние его можно перевести временно, подав на вход таймера какой-либо сигнал. Время нахождения таймера в активном режиме определяется RC цепочкой.
В начальном состоянии, на выходе таймера (вывод №3) низкий уровень — примерно 0,25 вольт, транзистор Т1 открыт и соответственно конденсатор разряжен. Это состояние таймера стабильное. При поступлении на вход (вывод №2) импульса низкого уровня, включается компаратор №2, который переключает триггер таймера, и как результат на выходе таймера устанавливается высокий уровень. Транзистор Т1 закрывается и через резистор R начинает заряжаться конденсатор С. И пока заряжается конденсатор С на выходе таймера сохраняется высокий уровень. За это время изменения сигнала на входе (вывод №2) не вызовут никакое воздействие на таймер. После того как напряжение на конденсаторе С достигнет 2/3 напряжения питания, включается компаратор №1 и тем самым переключает триггер. В результате на выходе (вывод №3) установится низкий уровень, и таймер восстановит исходное, стабильное состояние. Транзистор Т1 откроется и разрядит конденсатор С.
2. Генератор прямоугольных импульсов.
Таймер генерирует последовательность прямоугольных импульсов определяемых RC цепочкой.
В начальном состоянии конденсатор С разряжен и на входах обоих компараторов низкий уровень, близкий к нулю. Компаратор №2 переключает внутренний триггер и как следствие этого на выходе таймера (вывод №3) устанавливается высокий уровень. Транзистор Т1 закрывается и конденсатор С начинает заряжаться через цепочку резисторов R1 и R2.
Когда, в результате зарядки, напряжение на конденсаторе достигает 2/3 напряжения питания, компаратор №1 переключает триггер, который в свою очередь устанавливает низкий уровень на выходе таймера (вывод №3). Транзистор Т1 открывается и через резистор R2 начинает разряжаться конденсатор С. Как только напряжение на конденсаторе достигнет 1/3 напряжения питания, компаратор №2 снова переключит триггер и на выходе таймера (вывод №3) снова появится высокий уровень. Транзистор Т1 закроется и конденсатор С снова начнет заряжаться.
Часть первая. Теоретическая.
Наверное нет такого радиолюбителя (Мяу, и его кота! - Здесь и далее прим. Кота), 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. 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:
Производитель |
Название микросхемы |
Texas Instruments |
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.
Начнем с корпуса и выводов.
|
Микросхема выпускается в двух типах корпусов - пластиковом DIP и круглом металлическом. Правда, в металлическом корпусе она все же выпускалась - сейчас остались только DIP-корпуса. Но на случай, если вам вдруг достанется такое счастье, привожу оба рисунка корпуса. Назначения выводов одинаковые в обоих корпусах. Помимо стандартных, выпускается еще две разновидности микросхем - 556 и 558. 556 - это сдвоенная версия таймера, 558 - счетверенная.
Функциональная схема таймера показана на рисунке прямо над этим предложением.
Микросхема содержит около 20 транзисторов, 15 резисторов, 2 диода. Состав и количество компонентов могут несущественно меняться в зависимости от производителя.
Выходной ток может достигать 200 мА, потребляемый - на 3- 6 мА больше. Напряжение питания может изменяться от 4,5 до 18 вольт. При этом точность таймера практически не зависит от изменения напряжения питания и составляет 1% от расчетного. Дрейф составляет 0,1%/вольт, а температурный дрейф - 0,005%/С.
Теперь мы посмотрим на принципиальную схему таймера и перемоем ему кости, вернее ноги - какой вывод для чего нужен и что все это значит.
Итак, выводы (Мяу! Это он про ноги... ):
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) 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. 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 (Мяу! Тихой паники?! ) 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. 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.
Итак, предположим, что мы подали питание на микросхему. Вход находится в состоянии высокого уровня, на выходе - низкий уровень, конденсатор С разряжен. Все спокойно, все спят. И тут БАХ - мы подаем серию прямоугольных импульсов на вход таймера. Что происходит?
Первый же импульс низкого уровня переключает выход таймера в состояние высокого уровня. Транзистор Т6 закрывается и конденсатор начинает заряжаться через резистор R. Все то время пока конденсатор заряжается, выход таймера остается во включенном состоянии - на нем сохраняется высокий уровень напряжения. Как только конденсатор зарядится до 2/3 напряжения питания, выход микросхемы выключается и на нем появляется низкий уровень. Транзистор T6 открывается и конденсатор С разряжается.
Однако есть два нюанса, которые показаны на графике пунктирными линиями.
Первый - если после окончания заряда конденсатора на входе сохраняется низкий уровень напряжения - в таком случае выход остается активным - на нем сохраняется высокий уровень до тех пор, пока на входе не появится высокий уровень. Второй - если мы активируем вход Сброс напряжением низкого уровня. В этом случае выход сразу же выключится, не смотря на то, что конденсатор все еще заряжается.
Так, лирическую часть закончили - перейдем к суровым цифрам и расчетам. Как же нам определить время, на которое будет включаться таймер и номиналы RC цепочки, необходимые для задания этого времени?
Время, за которое конденсатор заряжается до 63,2% (2/3) напряжения питания называется временной константой, обозначим её буковкой t. Вычисляется это время потрясающей по своей сложности формулой.
Вот она:
t = R*C
, где R - сопротивление резистора в МегаОм-ах, С - емкость конденсатора в микроФарад-ах. Время получается в секундах.
К формуле мы еще вернемся, когда будем подробно рассматривать режимы работы таймера. А сейчас пока посмотрим на простенький тестер для этой микросхемы, который запросто скажет вам - работает ваш экземпляр таймера или нет.
Если после включения питания мигают оба светодиода - значит все хорошо и микросхема во вполне рабочем состоянии. Если же хотя бы один из диодов не горит или наоборот - горит постоянно, значит такую микросхемы можно спустить в унитаз с чистой совестью или вернуть назад продавцу, если вы её только что купили. Напряжение питания - 9 вольт. Например, от батареи "Крона".
Теперь рассмотрим режимы работы этой микросхемы.
Собственно говоря, режимов у нее две штуки. Первый - моностабильный мультивибратор
. Моностабильный - потому что стабильное состояние у такого мультивибратора одно - выключен. А во включенное состояние мы его переводим временно, подав на вход таймера какой-либо сигнал. Как уже отмечалось выше, время, на которое мультивибратор переходит в активное состояние, определяется RC цепочкой. Эти свойства могут быть использованы в самых разнообразных схемах. Для запуска чего-либо на определенное время или наоборот - для формирования паузы на заданное время.
Второй режим - это генератор импульсов. Микросхема может выдавать последовательность прямоугольных импульсов, параметры которых определяются все той же RC цепочкой. (Мяу! Хочу цепочку. На хвост. Ну или браслетик. Антистатический.
)
Все-таки Кот у нас - зануда.
Начнем сначала, то есть с первого режима.
Схема включения микросхемы показана на рисунке. RC цепочка включена между плюсом и минусом питания. К соединению резистора и конденсатора подключен вывод 6 - Останов. Это вход компаратора №1. Сюда же подключен вывод 7 - Разряд. Входной импульс подается на вывод 2 - Запуск. Это вход компаратора №2. Совершенно простецкая схема - один резистор и один конденсатор - куда уж проще? Для повышения помехоустойчивости можно подключить вывод 5 на общий провод через конденсатор емкостью 10нФ.
Итак, в исходном состоянии, на выходе таймера низкий уровень - около нуля вольт, конденсатор разряжен и заряжаться не хочет, поскольку открыт транзистор Т6. Это состояние стабильное, оно может продолжаться неопределенно долгое время.
При поступлении на вход импульса низкого уровня, срабатывает компаратор №2 и переключает внутренний триггер таймера. В результате на выходе устанавливается высокий уровень напряжения. Транзистор Т6 закрывается и начинает заряжаться конденсатор С через резистор R. Все то время, пока он заряжается, на выходе таймера сохраняется высокий уровень. Таймер не реагирует ни на какие внешние раздражители, буде они поступают на вывод 2. То есть, после срабатывания таймера от первого импульса дальнейшие импульсы не оказывают никакого действия
на состояние таймера - это очень важно.
Так, что там у нас происходит то? А, да - заряжается конденсатор. Когда он зарядится до напряжения 2/3Vпит, сработает компаратор №1 и в свою очередь переключит внутренний триггер. В результате на выходе установится низкий уровень напряжения, и схема вернется в свое исходное, стабильное состояние. Транзистор Т6 откроется и разрядит конденсатор С.
Перейдем ко второму режиму.
В эту схему добавлен еще один резистор. Входы обоих компараторов соединены и подключены к соединению резистора R2 и конденсатора. Вывод 7 включен между резисторами. Конденсатор заряжается через резисторы R1 и R2.
Теперь посмотрим, что же произойдет, когда мы подадим питание на схему. В исходном состоянии конденсатор разряжен и на входах обоих компараторов низкий уровень напряжения, близкий к нулю. Компаратор №2 переключает внутренний триггер и устанавливает на выходе таймера высокий уровень. Транзистор Т6 закрывается и конденсатор начинает заряжаться через резисторы R1 и R2.
Когда напряжение на конденсаторе достигает 2/3 напряжения питания, компаратор №1 в свою очередь переключает триггер и выключает выход таймер - напряжение на выходе становится близким к нулю. Транзистор Т6 открывается и конденсатор начинает разряжаться через резистор R2. Как только напряжение на конденсаторе опустится до 1/3 напряжения питания, компаратор №2 опять переключит триггер и на выходе микросхемы снова появится высокий уровень. Транзистор Т6 закроется и конденсатор снова начнет заряжаться... фууу, чет у меня голова закружилась уже.
Короче говоря, в результате всего этого шаманства, на выходе мы получаем последовательность прямоугольных импульсов.
Частота импульсов, как вы вероятно уже догадались, зависит от величин C, R1 и R2.
Определяется она по формуле:
Значения R1 и R2 подставляются в Омах, C - в фарадах, частота получается в Герцах.
Время между началом каждого следующего импульса называется периодом и обозначается буковкой t. Оно складывается из длительности самого импульса - t1 и промежутком между импульсами - t2. t = t1+t2
.
Частота и период - понятия обратные друг другу и зависимость между ними следующая:
f = 1/t
.
t1 и t2 разумеется тоже можно и нужно посчитать. Вот так:
t1 = 0.693(R1+R2)C
;
t2 = 0.693R2C
;
Ну, с теоретической частью вроде бы покончили. В следующей части рассмотрим конкретные примеры включения таймера 555 в различных схемах и для самого разнообразного использования.
Если у вас еще остались вопросы - их можно задать .
ID: 5
|
Как вам эта статья? |
Продолжаем обзор таймера 555 . В данной статье рассмотрим примеры практического применения данной микросхемы. Теоретический обзор можно прочитать .
Пример №1 — Сигнализатор темноты.
Схема издает звуковой сигнал при наступлении темноты. Пока фоторезистор освещен, на выводе №4 установлен низкий уровень, а значит, NE555 находится в режиме сброса. Но как только освещение падает, сопротивление фоторезистора возрастает и на выводе №4 появляется высокий уровень и как следствие таймер запускается, издавая звуковой сигнал.
Пример №2 — Модуль сигнализации.
Схема представляет один из модулей автосигнализации, который подает сигнал при изменении угла наклона автомобиля. В качестве датчика применен ртутный выключатель. В исходном состоянии датчик не замкнут и на выходе NE555 установлен низкий уровень. При изменении угла наклона автомобиля ртутная капля замыкает контакты, и низкий уровень на выводе №2 запускает таймер.
В результате чего на выходе появляется высокий уровень, который управляет каким-либо исполнительным устройством. Даже после размыкания контактов датчика таймер все равно останется в активном состоянии. Отключить его можно, если остановить работу таймера, подав на вывод №4 низкий уровень. C1 — керамический конденсатор емкостью 0.1мкФ ().
Пример №3 — Метроном.
Метроном — устройство, используемое музыкантами. Он отсчитывает необходимый ритм, который может быть отрегулирован переменным резистором. Схема построена по схеме генератора прямоугольных импульсов. Частота метронома определяется RC-цепочкой.
Пример №4 — Таймер.
Таймер на 10 минут. Таймер включается путем нажатия на кнопку «Пуск», при этом загорается светодиод HL1. По прошествии выбранного временного интервала загорается светодиод HL2. Переменным резистором можно подстроить временной интервал.
Пример №5 — Триггер Шмитта на 555 таймере.
Это очень простая, но эффективная схема . Схема позволяет, подавая на вход зашумленный аналоговый сигнал, получить чистый прямоугольный сигнал на выходе
Пример №6 — Точный генератор.
Генератор повышенной точности и стабильности. Частота подстраивается резистором R1. Диоды — любые германиевые. Можно также применить диоды Шоттки.
Продолжение «Применения таймера NE555 — часть 2» читайте .
Смотреть видео: Применение таймера 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% / o С, 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 U 0 .
Таймеры — NA555 , NE555 , SA555 , SE555
1 Особенности
- Диапазон времени от микросекунд до часов
- Астабильный или моностабильный режимы
- Регулируемый коэффициент заполнения
- ТТЛ —совместимый выход может быть использован как сток или исток (до 200 мА)
- Изделие соответствует стандарту MIL-PRF-38535
2 Применение
- Биометрия отпечатков пальцев
- Биометрия сетчатки глаза
- RFID — считыватели
3 Описание
Эти устройства предназначены для работы в прецизионных времязадающих цепях и могут производить точные временные задержки или колебания. В режиме временной задержки или в моностабильном режиме временной интервал задается одним внешним резистором или конденсатором.
Пороговый уровень и уровень переключения располагаются в двух третях и одной трети от напряжения питания соответственно. Эти уровни могут быть изменены, путем изменения напряжения на выводе управления. Когда на вход trigger подается сигнал низкого уровня, таймер срабатывает и подает на вывод output высокий уровень напряжения. Если уровни сигналов на выводах trigger и threshold выше порогового уровня то триггер срабатывает и устанавливает низкий уровень напряжения на выводе output . Вывод reset (сброс) может переопределить значения напряжения на всех других выводах, чтобы запустить новый цикл синхронизации. Когда на вывод reset подается низкий уровень напряжения, триггер сбрасывается и устанавливает на выводе output тоже низкий уровень напряжения. Когда на выходе устанавливается низкий уровень, вывод discharge (разряд) замыкается через низкоомный канал на землю.
Выходная цепь способна поддерживать ток до 200 мА. Может работать с напряжением питания от 5 В до 15 В. При напряжении питания 5 В уровни напряжения на выходах совместимы с ТТЛ-входами.
| Серийный номер | Корпус | Размеры |
|---|---|---|
| xx555 | PDIP (8) | 9.81 мм × 6.35 мм |
| SOP (8) | 6.20 мм× 5.30 мм | |
| TSSOP (8) | 3.00 мм× 4.40 мм | |
| SOIC (8) | 4.90 мм× 3.91 мм |
6 Расположение и назначение выводов
NA555…D или P корпусNE555…D, P, PS, или PW корпус
SA555…D или P корпус
SE555…D, JG, или P корпус (Вид сверху)
SE555…FK корпус (NC — не задействованные выводы)
| ВЫВОД | I/O | Описание | ||
|---|---|---|---|---|
| Название | D, P, PS, PW, JG | FK | ||
| NO. | ||||
| CONT | 5 | 12 | I/O | Управляет пороговым напряжением компаратора, позволяет отказаться от подключения конденсатора. |
| DISCH | 7 | 17 | O | При открытом транзисторе через него происходит разряд времязадающего конденсатора. |
| GND | 1 | 2 | – | Земля |
| NC | 1, 3, 4, 6, 8, 9, 11, 13, 14, 16, 18, 19 | – | Внутренне не подключенные выводы | |
| OUT | 3 | 7 | O | Выход таймера для подключения нагрузки |
| RESET | 4 | 10 | I | При подаче напряжения низкого уровня на этот вывод таймер сбрасывается и на выводах OUT и DISCH |
| THRES | 6 | 15 | I | Остановка работы таймера. Когда напряжение на THRES > CONT на выводах OUT и DISCH устанавливается низкий уровень напряжения |
| TRIG | 2 | 5 | I | Запуск таймера. При подаче напряжения на TRIG < ½ CONT на выводах OUT и DISCH устанавливается высокий уровень напряжения |
| V CC | 8 | 20 | – | Напряжение питания, от 4.5 В до 16 В. (SE555 максимум 18 В) |
7 Характеристики
7.1 Абсолютные максимальные значения
| Мин. | Макс. | Ед. изм. | |||
|---|---|---|---|---|---|
| V CC | Напряжение питания | 18 | В | ||
| V I | Входное напряжение | CONT, RESET, THRES, TRIG | V CC | В | |
| I O | Выходной ток | ±225 | мA | ||
| θ JA | D корпус | 97 | °C/Вт | ||
| P корпус | 85 | ||||
| PS корпус | 95 | ||||
| PW корпус | 149 | ||||
| θ JC | Тепловое сопротивление для корпусов | FK корпус | 5.61 | °C/Вт | |
| JG корпус | 14.5 | ||||
| T J | Рабочая температура | 150 | °C | ||
| Температура корпуса в течении 60 с. | FK корпус | 260 | °C | ||
| Температура пайки для корпуса в течении 60 с. | JG корпус | 300 | °C | ||
(1) Абсолютные максимальные значения указывают пределы, превышение которых, может привести к повреждению устройства. Электрические характеристики не применяются при работе с устройством за пределами своих заявленных условий эксплуатации. Воздействие абсолютных максимальных значений на устройство в течении длительного времени, может повлиять на его надежность.
(2) Все напряжения указаны по отношению к земле.
(3) Максимальная рассеиваемая мощность является функцией от T J (max), θ JA , и T A . при любой допустимой равна P D = (T J (max) — T A) / θ JA
(4) Тепловое сопротивление для корпуса рассчитывается по стандарту JESD 51-7.
(5) Максимальная рассеиваемая мощность является функцией от T J (max), θ JC , и T C . Максимально допустимая рассеиваемая мощность при любой допустимой температуре окружающего воздуха равна P D = (T J (max) — T С) / θ JС . Работа на абсолютном максимуме T J от 150°C может повлиять на надежность.
(6) Тепловое сопротивление для корпуса рассчитывается по стандарту MIL-STD-883.
7.2 Температура хранения
В рабочем диапазоне температур на открытом воздухе (если не указано иное)
| MIN | MAX | Ед. изм. | |||
|---|---|---|---|---|---|
| V CC | Напряжение питания | NA555, NE555, SA555 | 4.5 | 16 | В |
| SE555 | 4.5 | 18 | |||
| V I | Входное напряжение | CONT, RESET, THRES, and TRIG | V CC | В | |
| I O | Выходной ток | ±200 | мA | ||
| T A | Рабочая температура на открытом воздухе | NA555 | –40 | 105 | °C |
| NE555 | 0 | 70 | |||
| SA555 | –40 | 85 | |||
| SE555 | –55 | 125 | |||
7.4 Электрические характеристики
| Параметр | Условия испытаний | SE555 | NA555 NE555 SA555 |
Ед. изм. | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MIN | TYP | MAX | MIN | TYP | MAX | ||||
| Уровень напряжения на выводе THRES | V CC = 15 В | 9.4 | 10 | 10.6 | 8.8 | 10 | 11.2 | В | |
| V CC = 5 В | 2.7 | 3.3 | 4 | 2.4 | 3.3 | 4.2 | |||
| Ток через вывод THRES | 30 | 250 | 30 | 250 | нA | ||||
| Уровень напряжения на выводеTRIG | V CC = 15 В | 4.8 | 5 | 5.2 | 4.5 | 5 | 5.6 | В | |
| T A = от –55°C до 125°C | 3 | 6 | |||||||
| V CC = 5 В | 1.45 | 1.67 | 1.9 | 1.1 | 1.67 | 2.2 | |||
| T A = от –55°C до 125°C | 1.9 | ||||||||
| Ток через вывод TRIG | при 0 В на TRIG | 0.5 | 0.9 | 0.5 | 2 | мкA | |||
| Уровень напряжения на выводе RESET | 0.3 | 0.7 | 1 | 0.3 | 0.7 | 1 | В | ||
| T A = от –55°C до 125°C | 1.1 | ||||||||
| Ток через вывод RESET | при V CC на RESET | 0.1 | 0.4 | 0.1 | 0.4 | мA | |||
| при 0 В на RESET | –0.4 | –1 | –0.4 | –1.5 | |||||
| Переключающий ток на DISCH в закрытом состоянии | 20 | 100 | 20 | 100 | нA | ||||
| Переключающее напряжение на DISCH в открытом состоянии | V CC = 5 В, I O = 8 мA | 0.15 | 0.4 | В | |||||
| Напряжение на CONT | V CC = 15 В | 9.6 | 10 | 10.4 | 9 | 10 | 11 | В | |
| T A = от –55°C до 125°C | 9.6 | 10.4 | |||||||
| V CC = 5 В | 2.9 | 3.3 | 3.8 | 2.6 | 3.3 | 4 | |||
| T A = от –55°C до 125°C | 2.9 | 3.8 | |||||||
| Низкий уровень напряжения на выходе | V CC = 15 В, I OL = 10 мA | 0.1 | 0.15 | 0.1 | 0.25 | В | |||
| T A = от –55°C до 125°C | 0.2 | ||||||||
| V CC = 15 В, I OL = 50 мА | 0.4 | 0.5 | 0.4 | 0.75 | |||||
| T A = от –55°C до 125°C | 1 | ||||||||
| V CC = 15 В, I OL = 100 мА | 2 | 2.2 | 2 | 2.5 | |||||
| T A = от –55°C до 125°C | 2.7 | ||||||||
| V CC = 15 В, I OL = 200 мA | 2.5 | 2.5 | |||||||
| V CC = 5 В, I OL = 3.5 мA | T A = от –55°C до 125°C | 0.35 | |||||||
| V CC = 5 В, I OL = 5 мA | 0.1 | 0.2 | 0.1 | 0.35 | |||||
| T A = от –55°C до 125°C | 0.8 | ||||||||
| V CC = 5 В, I OL = 8 мA | 0.15 | 0.25 | 0.15 | 0.4 | |||||
| Высокий уровень напряжения на выходе | V CC = 15 В, I OH = –100 мA | 13 | 13.3 | 12.75 | 13.3 | В | |||
| T A = от –55°C до 125°C | 12 | ||||||||
| V CC = 15 В, I OH = –200 мA | 12.5 | 12.5 | |||||||
| V CC = 5 В, I OH = –100 мA | 3 | 3.3 | 2.75 | 3.3 | |||||
| T A = от –55°C до 125°C | 2 | ||||||||
| Потребляемый ток | V CC = 15 В | 10 | 12 | 10 | 15 | мA | |||
| V CC = 5 В | 3 | 5 | 3 | 6 | |||||
| Низкий уровень на выходе, без нагрузки | V CC = 15 В | 9 | 10 | 9 | 13 | ||||
| V CC = 5 В | 2 | 4 | 2 | 5 | |||||
(1) Этот параметр влияет на максимальные значения времязадающих резисторов R A и R B в цепи Рис. 12. Для примера, когда V CC = 5 V R = R A + R B ≉ 3.4 МОм, и для V CC = 15 В максимальное значение равно 10 мОм.
7.5 Эксплуатационные характеристики
V CC = от 5 В до 15 В, T A = 25°C (если не указано иное)
| Параметр | Условия испытаний | SE555 | NA555 NE555 SA555 |
Ед. изм. | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Мин. | Тип. | Макс. | Мин. | Тип. | Макс. | ||||
| Начальная погрешность интервалов времени | T A = 25°C | 0.5 | 1.5 | 1 | 3 | % | |||
| Каждый таймер, астабильный | 1.5 | 2.25 | |||||||
| Температурный коэффициент временного интервала | Каждый таймер, моностабильный | T A = MIN to MAX | 30 | 100 | 50 | ppm/ °C |
|||
| Каждый таймер, астабильный | 90 | 150 | |||||||
| Изменение временного интервала от напряжения питания | Каждый таймер, моностабильный Рис.2 Выходное напряжение низкого уровня от выходного тока низкого уровня для напряжения питания 10 В. Рис. 5 Потребляемый ток от напряжения питания Рис. 8 Время задержки распространения сигнала от запускающего импульса низкого уровня. | ||||||||
8 Подробное описание
8.1 Обзор
Таймеры серии xx555 популярны и просты в использовании и зачастую применяются для синхронизации временных интервалов от 1 мкс до часов или частот от <1 мГц до 100 кГц. В режиме временной задержки или моностабильном режиме заданный интервал регулируется одним внешним компонентом (резистором и конденсатором). В астабильном режиме работы частоту и коэффициент заполнения можно изменять независимо друг от друга двумя внешними резисторами и конденсатором.
8.2 Функциональная блок-схема
- RESET может быть заменен TRIG, который можно заменить THRES.
8.3 Описание характеристик
8.3.1 Моностабильный режим работы
Для работы в моностабильном режиме любой из таймеров этой серии может быть подключен как показано на Рис. 9.
Рис. 9 Схема включения для моностабильного режима работа.
|
|
|
Рис. 10 Осциллограмма напряжений для моностабильного режима работы.
Рис 11 Длительность выходного импульса от емкости конденсатара8.3.2 Астабильный режим работы
Рис. 12 Схема включения для астабильного режима работы.
Рис. 13 Осциллограмма напряжений для астабильного режима работы.
9. Применение
9.1 Информация для применения
В таймерах серии xx555 используются резистор и конденсатор для формирования времени задержки или рабочей частоты. В данном разделе представлена упрощенная информация для разработки схем.
9.2 Типичные схемы применения
9.2.1 Индикатор пропуска импульсов
Рис. 16 Схема индикатора пропуска импульсов
9.2.2 Требования к проектированию
Входная ошибка (отсутствие импульса) должна быть большой. Небольшой входной сигнал не будет обнаружен, так как времязадающий конденсатор «C» будет разряжен.
9.2.1.1 Подробное описание проектирования
Следует подобрать величину R A и C таким образом, чтобы R A × C>[максимальной длительности входного импульса]. R L улучшает V OH , но не является обязательным для совместимости с ТТЛ-логикой.
9.2.1.2 Диаграмма напряжений
Рис. 17 Осциллограмма выполнения синхронизации для индикатора пропуска импульсов
9.2.2 ШИМ регулятор на 555
Работа таймера может регулироваться, с помощью изменения внутреннего порога срабатывания и переключения, которое осуществляется подачей внешнего напряжения или тока на вывод CONT. На показана схема для широтно-импульсной модуляции. Непрерывная последовательность входных импульсов запускает моностабильный мультивибратор, а управляющий сигнал модулирует пороговое напряжение. На показана, полученная на выходе широтно-импульсная модуляция. В то врем как синусоидальный модулирующий сигнал может быть любой формы.
Рис. 18 Схема ШИМ-регулятора на 555
Номера выводов показаны для корпусов D, JG, P, PS, и PW.
- Модулирующий сигнал может быть подключен напрямую или через емкость к выводу CONT. Для подключения напрямую воздействие напряжения и сопротивления источника модуляции на отклонение таймера, должно учитываться.
9.2.2.1 Требования к проектированию
На вход синхронизации должны подаваться V OL и V OH больше и меньше 1/3 напряжения питания. Напряжение на входе модулирующего сигнала должно изменяться относительно земли. Подключаемая нагрузка должна быть терпима к нелинейности передаточной функции; связь между модуляцией и шириной импульса не является линейной, поскольку заряд конденсатора в RC-цепочке идет по отрицательной экспоненциальной кривой.
9.2.2.2 Подробное описание проектирования
Следует подобрать R A и C таким образом, чтобы R A × C = 1/4 [периода синхронизации]. R L улучшает V OH , но не является обязательным для совместимости с ТТЛ-логикой.
9.2.2.3 Диаграмма напряжений
Рис. 19 Осциллограмма ШИМ-модуляции.
9.2.3 Фазово-импульсная модуляция
На показана схема включения 555 для работы в качестве фазово-импульсного регулятора. В этой схеме регулируется пороговое напряжение и, тем самым, время задержки, связанное с несинхронизируемым генератором.На показан сигнал треугольной формы для этой цепи; однако сигнал может быть любой формы.
Рис. 20 Схема включения для фазово-импульсной модуляции
9.2.3.1 Требования к проектированию
Постоянный и переменный ток на входе модулирующего сигнала, будут изменять верхние и нижние пороговые значения напряжения времязадающего конденсатора. Частота и коэффициент заполнения будут измениться в зависимости от модулирующего сигнала.
9.2.3.2 Подробное описание проектирования
Номинальная выходная частота и коэффициент заполнения можно вычислить по формуле для астабильного мультивибратора. R L улучшает V OH , но не является обязательным для совместимости с ТТЛ-логикой.
9.2.3.3 Диаграмма напряжений
Рис. 21 Осциллограмма напряжений для фазово-импульсной модуляции
9.2.4 Последовательный таймер
Многие устройства, например такие как компьютеры требуют сигналы для инициализации условий во время запуска. Другие, такие как испытательное оборудование требуют активирующих тестовых сигналов в последовательности импульсов. Данная схема может быть подключена, чтобы обеспечить такое последовательное управление. Таймеры могут использоваться в различных комбинациях, как с астабильной так и моностабильной схемой подключения, с модуляцией и без для исключительно гибкого управления формой сигнала. На показана последовательная схема с возможность применения во многих системах, а на показана диаграмма напряжений на выходе.
Рис. 22 Последовательный таймер на 555
9.2.4.1 Требования к проектированию
Последовательный таймер представляет собой цепочку из нескольких, соединенных между собой, таймеров, подключенных по моностабильной схеме. Подключенные компоненты — резисторы 33 кОм и конденсаторы 0.001 мкФ.
9.2.4.2 Подробное описание проектирования
Величину времязадающих конденсаторов и резисторов можно рассчитать по формуле: t w = 1.1 × R × C.
9.2.4.3 Диаграмма напряжений
Рис. 23 Осциллограммы напряжений на выходах
