Minuterie intégrée NE555 - historique, conception et fonctionnement

L'histoire de la création d'une puce très populaire et une description de sa structure interne

L'une des légendes de l'électronique est puce de circuit intégré NE555. Il a été développé en 1972. Une telle longévité est loin de chaque puce et même chaque transistor ne peut pas être fier. Alors, quelle est la particularité de ce microcircuit, qui a trois cinq dans son marquage?

Signetics lance la production en série de la puce NE555 exactement un an après il a été développé par Hans R. Kamensind. La chose la plus étonnante dans cette histoire était qu'à cette époque, Kamensind était pratiquement sans emploi: il a quitté PR Mallory, mais n'a pas réussi à aller nulle part. En fait, c'était un «devoir».

La puce a vu le jour et a gagné en renommée et en popularité grâce aux efforts du directeur de Signetics, Art Fury, qui était, bien sûr, un ami de Kamensind. Il avait l'habitude de travailler pour General Electric, donc il connaissait le marché de l'électronique ce qui était nécessaire et comment attirer l'attention d'un acheteur potentiel.

Selon les mémoires de Kamensinda A. Fury était un vrai passionné et amoureux de son métier. À la maison, il avait tout un laboratoire rempli de composants radio, où il a mené diverses études et expériences. Cela a permis d'accumuler une vaste expérience pratique et d'approfondir les connaissances théoriques.

À cette époque, les produits Signetics s'appelaient «5 **», et l'expérimenté A. Fury, qui avait un sens surnaturel du marché de l'électronique, a décidé que le marquage 555 (trois cinq) serait le bienvenu pour la nouvelle puce. Et il ne s'y est pas trompé: le microcircuit s'est simplement passé comme des petits pains, il est peut-être devenu le plus massif de toute l'histoire de la création des microcircuits. La chose la plus intéressante est que le microcircuit n'a pas perdu sa pertinence à ce jour.

Un peu plus tard, deux lettres sont apparues dans le marquage du microcircuit, il est devenu connu sous le nom de NE555. Mais comme à cette époque il y avait un gâchis complet dans le système de brevetage, la minuterie intégrée s'est précipitée pour laisser sortir tous ceux qui n'étaient pas paresseux, naturellement, mettant d'autres (lisez vos) lettres devant trois cinq. Plus tard, sur la base du temporisateur 555, des temporisateurs doubles (IN556N) et quadruples (IN558N) ont été développés, bien sûr, dans des cas à plusieurs broches. Mais la base était toujours la même NE555.

Fig. 1. Minuterie intégrée NE555

555 en URSS

La première description de 555 dans la littérature radio-technique nationale est déjà apparue en 1975 dans la revue Electronics. Les auteurs de l'article ont noté que cette puce ne jouira pas moins de popularité que les amplificateurs opérationnels largement connus à l'époque. Et ils ne se trompaient pas du tout. Le microcircuit a permis de créer des designs très simples, et presque tous ont commencé à fonctionner immédiatement, sans ajustement douloureux. Mais on sait que la répétabilité du design à la maison augmente proportionnellement au carré de sa «simplicité».

En Union soviétique à la fin des années 80, un analogue complet de 555 a été développé, appelé KR1006VI1. La première application industrielle de l'analogue domestique a été dans le magnétoscope VCR12 Electronics.

Fabricants de puces NE555:

Puce de périphérique interne NE555

Avant de saisir le fer à souder et de commencer l'assemblage de la structure sur la minuterie intégrée, voyons d'abord ce qu'il y a à l'intérieur et comment tout cela fonctionne. Après cela, il sera beaucoup plus facile de comprendre comment fonctionne un schéma pratique spécifique.

La minuterie intégrée contient plus de vingt transistorsdont la connexion est indiquée sur la figure - https://e.imadeself.com/fr/555ic.jpg

Comme vous pouvez le voir, le schéma de circuit est assez complexe et n'est donné ici qu'à titre indicatif.Après tout, vous ne pouvez pas y entrer avec un fer à souder de toute façon, vous ne pourrez pas le réparer. En fait, c'est exactement ce que tous les autres microcircuits, numériques et analogiques, regardent de l'intérieur (voir - Puces analogiques légendaires) Telle est la technologie pour la production de circuits intégrés. Il ne sera pas non plus possible de comprendre la logique du dispositif dans son ensemble par un tel schéma, par conséquent le schéma fonctionnel est illustré ci-dessous et sa description est donnée.

Données techniques

Mais, avant de vous occuper de la logique de la puce, vous devez probablement apporter ses paramètres électriques. La plage de tensions d'alimentation est suffisamment large de 4,5 à 18 V et le courant de sortie peut atteindre 200 mA, ce qui permet d'utiliser même des relais de faible puissance comme charge. La puce elle-même consomme très peu: seulement 3 ... 6 mA sont ajoutés au courant de charge. Dans le même temps, la précision de la minuterie elle-même est pratiquement indépendante de la tension d'alimentation, - seulement 1% de la valeur calculée. La dérive n'est que de 0,1% / volt. La dérive de température est également faible - seulement 0, 005% / ° C. Comme vous pouvez le voir, tout est assez stable.

Diagramme fonctionnel du NE555 (KR1006VI1)

Comme mentionné ci-dessus, en URSS, ils ont fait un analogue du NE555 bourgeois et l'ont appelé KR1006VI1. L'analogue s'est avéré très réussi, pas pire que l'original, vous pouvez donc l'utiliser sans aucune crainte ou doute. La figure 3 montre le schéma fonctionnel de la minuterie intégrée KR1006VI1. Il est parfaitement compatible avec la puce NE555.

Figure 3. Schéma fonctionnel de la minuterie intégrée KR1006VI1

La puce elle-même n'est pas si grande - elle est disponible dans un boîtier DIP8 à huit broches, ainsi que dans un SOIC8 de petite taille. Ce dernier suggère que le 555 peut être utilisé pour l'édition SMD, en d'autres termes, les développeurs s'y intéressent toujours.

Il y a aussi peu d'éléments à l'intérieur du microcircuit. Le principal est le RS le plus courant est un déclencheur DD1. Lorsqu'une unité logique est alimentée à l'entrée R, le déclencheur est remis à zéro et lorsqu'une unité logique est alimentée à l'entrée S, elle est naturellement réglée sur un. Pour générer des signaux de contrôle sur les entrées RS circuit spécial sur les comparateurs, qui sera discuté un peu plus tard.

Les niveaux physiques d'une unité logique dépendent, bien sûr, de la tension d'alimentation utilisée et vont pratiquement d'Upit / 2 à Upit presque plein. Environ le même rapport est observé pour les microcircuits logiques de la structure CMOS. Le zéro logique se situe, comme d'habitude, entre 0 et 0,4 V. Mais ces niveaux sont à l'intérieur du microcircuit, vous ne pouvez que les deviner, mais vous ne pouvez pas les sentir avec vos mains, vous ne pouvez pas voir avec vos yeux.

Étape de sortie

Pour augmenter la capacité de charge de la puce, un puissant étage de sortie sur les transistors VT1, VT2 est connecté à la sortie du déclencheur.

Si le déclencheur RS est réinitialisé, la sortie (broche 3) contient une tension zéro logique, c'est-à-dire transistor ouvert VT2. Dans le cas où le déclencheur est installé en sortie, le niveau de l'unité logique l'est également.

L'étage de sortie est réalisé par un circuit push-pull, qui permet de connecter la charge entre la sortie et le fil commun (bornes 3.1) ou le bus de puissance (bornes 3.8).

Une petite remarque sur l'étage de sortie. Lors de la réparation et du réglage de dispositifs sur des microcircuits numériques, l'une des méthodes de vérification du circuit consiste à fournir un signal de bas niveau aux entrées et sorties des microcircuits. En règle générale, cela se fait en court-circuitant le fil commun de ces entrées et sorties à l'aide d'une aiguille à coudre, sans endommager le microcircuit.

Dans certains circuits, l'alimentation du NE555 est de 5V, il semble donc que ce soit aussi une logique numérique et vous pouvez le faire assez librement aussi. Mais en réalité, ce n'est pas le cas. Dans le cas de la puce 555, ou plutôt, avec sa sortie push-pull, de telles «expériences» ne peuvent pas être faites: si le transistor de sortie VT1 est à ce moment ouvert, il en résultera un court-circuit et le transistor va simplement griller. Et si la tension d'alimentation est proche du maximum, une fin déplorable est tout simplement inévitable.

Transistor supplémentaire (broche 7)

En plus des transistors mentionnés, il existe également un transistor VT3. Le collecteur de ce transistor est connecté à la sortie de la puce 7 "Décharge". Son but est de décharger le condensateur de mise à l'heure lors de l'utilisation du microcircuit comme générateur d'impulsions. La décharge du condensateur se produit lorsque le déclencheur DD1 est réinitialisé. Si nous rappelons la description du déclencheur, alors à la sortie inverse (indiquée par un cercle dans le diagramme) à ce moment il y a une unité logique, conduisant à l'ouverture du transistor VT3.

À propos du signal de réinitialisation (broche 4)

Vous pouvez réinitialiser un déclencheur à tout moment - le signal de «réinitialisation» a une priorité élevée. Pour ce faire, il existe une entrée spéciale R (broche 4), indiquée sur la figure comme Usbr. Comme le montre la figure, une réinitialisation se produira si une impulsion de bas niveau ne dépassant pas 0,7 V est appliquée à la 4e sortie. Dans le même temps, une tension de bas niveau apparaîtra à la sortie du microcircuit (broche 3).

Dans les cas où cette entrée n'est pas utilisée, un niveau d'unité logique lui est appliqué pour se débarrasser du bruit impulsif. La façon la plus simple de le faire est de connecter la broche 4 directement au bus d'alimentation. Vous ne devez en aucun cas le laisser, comme on dit, dans «l'air». Ensuite, vous devrez vous demander et réfléchir pendant longtemps, et pourquoi le circuit fonctionne-t-il si instablement?

Notes de déclenchement générales

Afin de ne pas être complètement confus sur l'état du déclencheur, il convient de rappeler que dans les discussions sur le déclencheur, l'état de sa sortie directe est toujours pris en compte. Eh bien, s'il est dit que le déclencheur est «installé», alors sur la sortie directe l'état de l'unité logique. S'ils disent que le déclencheur est "réinitialisé", alors la sortie directe aura certainement un état de zéro logique.

Sur la sortie inverse (marquée d'un petit cercle), tout sera exactement le contraire, par conséquent, souvent la sortie de déclenchement est appelée paraphase. Afin de ne plus tout confondre, nous n'en parlerons plus.

Quiconque a lu attentivement cet endroit peut demander: «Excusez-moi, c'est juste un déclencheur avec une puissante cascade de transistors à la sortie. Et où est la minuterie elle-même? " Et il aura raison, car l'affaire n'a pas encore atteint la minuterie. Pour obtenir une minuterie, son père, le créateur de Hans R. Kamensind, a inventé une façon originale de contrôler ce déclencheur. L'astuce de cette méthode est la formation de signaux de commande.

Génération de signaux sur les RS - entrées du déclencheur

Alors qu'avons-nous obtenu? Le déclencheur DD1 contrôle tout à l'intérieur de la minuterie: s'il est réglé sur un, la tension de sortie est élevée et s'il est réinitialisé, la sortie 3 est faible et, en outre, le transistor VT3 est ouvert. Le but de ce transistor est de décharger un condensateur de temporisation dans un circuit, par exemple un générateur d'impulsions.

Le déclencheur DD1 est contrôlé à l'aide des comparateurs DA1 et DA2. Afin de contrôler le fonctionnement du déclencheur aux sorties des comparateurs, il est nécessaire d'obtenir des signaux de haut niveau R et S. Une tension de référence est appliquée à l'une des entrées de chaque comparateur, qui est générée par un diviseur de précision sur les résistances R1 ... R3. La résistance des résistances est la même, donc la tension qui leur est appliquée est divisée en 3 parties égales.

Génération du signal de commande de déclenchement

Démarrage de la minuterie

La tension continue de 1 / 3U est appliquée à l'entrée directe du comparateur DA2, et la tension externe pour démarrer le temporisateur Uzap par la broche 2 est appliquée à l'entrée inverse du comparateur. Pour agir sur l'entrée S du déclencheur DD1 en sortie de ce comparateur, il faut obtenir un niveau haut. Ceci est possible si la tension Ustap se situe dans la plage 0 ... 1 / 3U.

Même une impulsion à court terme d'une telle tension déclenchera le déclencheur DD1 et l'apparition d'une minuterie de haute tension. Si l'entrée Ucap est exposée à des tensions supérieures à 1 / 3U et jusqu'à la tension d'alimentation, aucun changement ne se produira à la sortie du microcircuit.

Arrêt de la minuterie

Pour arrêter le chronomètre, il suffit de réinitialiser le déclencheur interne DD1, et pour cela, à la sortie du comparateur DA1, générer un signal de haut niveau R. Le comparateur DA1 est activé un peu différemment de DA2.La tension de référence de 2 / 3U est appliquée à l'entrée inverseuse et le signal de commande "Seuil de réponse" Ufor est appliqué à l'entrée directe.

Avec cette inclusion, un niveau élevé à la sortie du comparateur DA1 ne se produira que lorsque la tension Upoor à l'entrée directe dépasse la tension de référence 2 / 3U sur l'inverseur. Dans ce cas, le déclencheur DD1 sera réinitialisé et un signal de bas niveau sera établi à la sortie du microcircuit (broche 3). De plus, le transistor VT3 «à décharge» s'ouvrira, ce qui déchargera le condensateur de mise à l'heure.

Si la tension d'entrée est comprise entre 1 / 3U et 2 / 3U, aucun des comparateurs ne fonctionnera, aucun changement d'état à la sortie du temporisateur ne se produira. En technologie numérique, cette tension est appelée «niveau de gris». Si vous connectez simplement les broches 2 et 6, vous obtiendrez un comparateur avec les niveaux de réponse de 1 / 3U et 2 / 3U. Et même sans un seul détail supplémentaire!

Changement de tension de référence

La broche 5, désignée comme Uobr sur la figure, est conçue pour contrôler la référence de tension ou la modifier à l'aide de résistances supplémentaires. Il est également possible de fournir une tension de commande à cette entrée, de sorte qu'il soit possible d'obtenir un signal modulé en fréquence ou en phase. Mais le plus souvent, cette conclusion n'est pas utilisée, et pour réduire l'influence des interférences, elle est connectée à un fil commun via un condensateur de petite capacité.

Le microcircuit est alimenté par les broches 1 - GND, 2 + U.

Voici la description réelle de la minuterie intégrée NE555. La minuterie a collecté beaucoup de toutes sortes de circuits, qui seront discutés dans les articles suivants.

Boris Aladyshkin 

Suite de l'article: 555 conceptions de minuterie intégrées