Integrētais taimeris NE555 - vēsture, dizains un darbība

Ļoti populāras mikroshēmas izveides vēsture un tās iekšējās struktūras apraksts

Viena no elektronikas leģendām ir integrētās shēmas mikroshēma NE555. Tas tika izstrādāts 1972. gadā. Šāda ilgmūžība ir tālu no katras mikroshēmas, un pat ne katrs tranzistors nevar lepoties. Tātad, kas ir tik īpašs šajā mikroshēmā, kuras marķējumā ir trīs pieci?

Signetics uzsāk sērijas NE555 mikroshēmas ražošanu tieši pēc gada to izstrādāja Hanss R. Kamensinds. Pārsteidzošākais šajā stāstā bija tas, ka tajā laikā Kamensinds bija praktiski bez darba: viņš aizgāja no PR Mallory, bet nekādi nespēja nokļūt. Faktiski tas bija “mājas darbs”.

Mikroshēma ieraudzīja dienas gaismu un ieguva tik lielu slavu un popularitāti, pateicoties Signetics vadītāja Art Fury centieniem, kurš, protams, bija Kamensind draugs. Viņš kādreiz strādāja uzņēmumā General Electric, tāpēc zināja elektronikas tirgu, kas tur ir vajadzīgs un kā piesaistīt potenciālā pircēja uzmanību.

Pēc Kamensindas memuāriem, A. Fūrijs bija patiess sava amata entuziasts un cienītājs. Mājās viņam bija visa laboratorija, kas piepildīta ar radio komponentiem, kur viņš veica dažādus pētījumus un eksperimentus. Tas ļāva uzkrāt plašu praktisko pieredzi un padziļināt teorētiskās zināšanas.

Tajā laikā Signetics produktus sauca par “5 **”, un pieredzējušais A. Fūrijs, kuram bija pārdabisks izjūta elektronikas tirgū, nolēma, ka 555 (trīs pieci) marķējums būtu visnotaļ gaidīts jaunajai mikroshēmai. Un viņš nekļūdījās: mikroshēma gāja gluži kā karstas kūkas, tā kļuva, iespējams, par masīvāko visā mikroshēmu radīšanas vēsturē. Interesantākais ir tas, ka mikroshēma nav zaudējusi savu aktualitāti līdz šai dienai.

Nedaudz vēlāk mikroshēmas marķējumā parādījās divi burti, tas kļuva pazīstams kā NE555. Bet tā kā tajās dienās patentēšanas sistēmā valdīja pilnīgs sajukums, integrētais taimeris steidza atbrīvot visus, kas nav slinki, dabiski, trīs piecu priekšā ievietojot trīs (lasīt jūsu) vēstules. Vēlāk, pamatojoties uz taimeri 555, tika izstrādāti divkāršie (IN556N) un četrkāršie (IN558N) taimeri, protams, vairākos gadījumos ar vairākiem kontaktiem. Bet pamats joprojām bija tas pats NE555.

Att. 1. Integrēts taimeris NE555

555 PSRS

Pirmais 555 apraksts vietējā radiotehniskajā literatūrā parādījās jau 1975. gadā žurnālā Electronics. Raksta autori atzīmēja faktu, ka šī mikroshēma izbaudīs ne mazāk popularitāti nekā tajā laikā plaši pazīstamie operācijas pastiprinātāji. Un viņi nemaz nekļūdījās. Mikroshēma ļāva izveidot ļoti vienkāršus dizainus, un gandrīz visi no tiem sāka darboties nekavējoties, bez sāpīgas pielāgošanas. Bet ir zināms, ka dizaina atkārtojamība mājās palielinās proporcionāli tā “vienkāršības” kvadrātam.

Padomju Savienībā 80. gadu beigās tika izstrādāts pilnīgs 555 analogs, kuru sauca KR1006VI1. Pirmais vietējā analoga rūpnieciskais pielietojums bija videomagnetofonā VCR12 Electronics.

Čipu ražotāji NE555:

Iekšējās ierīces mikroshēma NE555

Pirms satvert lodāmurs un sākt konstrukcijas montāžu uz integrētā taimera, vispirms izdomāsim, kas atrodas iekšpusē un kā tas viss darbojas. Pēc tam būs daudz vieglāk saprast, kā darbojas konkrēta praktiskā shēma.

Integrētajā taimerī ir vairāk nekā divdesmit tranzistorikuras savienojums parādīts attēlā - https://e.imadeself.com/lv/555ic.jpg

Kā redzat, shēmas shēma ir diezgan sarežģīta, un šeit tā ir sniegta tikai vispārīgai informācijai.Galu galā jūs jebkurā gadījumā nevarat tajā iekļūt ar lodāmuru, jūs to nevarēsit salabot. Faktiski tas ir tieši tas, ko visas pārējās mikroshēmas, gan digitālās, gan analogās, izskatās no iekšpuses (sk. Leģendārie analogie čipi) Tāda ir tehnoloģija integrālo shēmu ražošanai. Ar šādu shēmu nebūs iespējams izprast arī ierīces loģiku kopumā, tāpēc zemāk ir parādīta funkcionālā shēma un sniegts tās apraksts.

Tehniskie dati

Bet, pirms jūs nodarbojaties ar mikroshēmas loģiku, jums, iespējams, vajadzētu nogādāt tās elektriskos parametrus. Barošanas spriegumu diapazons ir pietiekami plašs - 4.5 ... 18V, un izejas strāva var sasniegt 200mA, kas ļauj kā slodzi izmantot pat mazjaudas relejus. Pati mikroshēma patērē ļoti maz: slodzes strāvai tiek pievienoti tikai 3 ... 6 mA. Tajā pašā laikā paša taimera precizitāte praktiski nav atkarīga no barošanas sprieguma, - tikai 1 procents no aprēķinātās vērtības. Drifts ir tikai 0,1% / volt. Arī temperatūras novirze ir neliela - tikai 0, 005% / ° C. Kā redzat, viss ir diezgan stabils.

NE555 (KR1006VI1) funkcionālā shēma

Kā minēts iepriekš, PSRS viņi izgatavoja buržuāziskā NE555 analogu un sauca to par KR1006VI1. Analogs izrādījās ļoti veiksmīgs, ne sliktāks par oriģinālu, tāpēc jūs varat to izmantot bez bailēm un šaubām. 3. attēlā parādīta integrētā taimera KR1006VI1 funkcionālā shēma. Tas pilnībā atbilst NE555 mikroshēmai.

3. attēls. Integrētā taimera KR1006VI1 funkcionālā shēma

Pati mikroshēma nav tik liela - tā ir pieejama astoņu pin DIP8 iepakojumā, kā arī maza izmēra SOIC8. Pēdējais liek domāt, ka 555 var izmantot SMD rediģēšanai, citiem vārdiem sakot, izstrādātāji joprojām ir ieinteresēti tajā.

Mikroshēmas iekšpusē ir arī maz elementu. Galvenais ir visizplatītākais RS ir sprūda DD1. Kad loģiskā vienība tiek padota ieejai R, sprūda tiek atiestatīta uz nulli, un, kad loģiskā vienība tiek padota ieejai S, tā dabiski tiek iestatīta uz vienu. Lai ģenerētu vadības signālus RS ieejās īpaša ķēde uz komparatoriem, kas tiks apspriests nedaudz vēlāk.

Loģiskās vienības fiziskie līmeņi, protams, ir atkarīgi no izmantotā barošanas sprieguma un praktiski svārstās no Upit / 2 līdz gandrīz pilnam Upit. Aptuveni tāda pati attiecība tiek novērota CMOS struktūras loģiskajām mikroshēmām. Loģiskā nulle, kā parasti, ir no 0 līdz 0,4 V. Bet šie līmeņi atrodas mikroshēmas iekšpusē, par tiem var tikai uzminēt, bet jūs tos nevarat sajust ar rokām, jūs nevarat redzēt ar acīm.

Iznākšanas posms

Lai palielinātu mikroshēmas kravnesību, sprūda izejai ir pievienots jaudīgs izejas posms tranzistoros VT1, VT2.

Ja RS - sprūda tiek atiestatīta, tad izejā (3. tapa) ir loģisks nulles spriegums, t.i. atvērts tranzistors VT2. Gadījumā, ja sprūda ir uzstādīta izejā, ir arī loģiskās vienības līmenis.

Izejas pakāpi veido push-pull shēma, kas ļauj savienot slodzi starp izeju un kopējo vadu (spailes 3.1) vai strāvas kopni (spailes 3.8).

Neliela piezīme izvades posmā. Remontējot un pielāgojot ierīces ciparu mikroshēmām, viena no shēmas pārbaudes metodēm ir zema līmeņa signāla padeve mikroshēmu ieejām un izejām. Parasti to veic, ar šūšanas adatas palīdzību atvienojot šo ieeju un izeju kopējo vadu, vienlaikus neradot kaitējumu mikroshēmai.

Dažās shēmās NE555 barošanas avots ir 5 V, tāpēc šķiet, ka tā ir arī digitālā loģika, un arī jūs to varat darīt diezgan brīvi. Bet patiesībā tas tā nav. 555 mikroshēmas gadījumā vai drīzāk ar tās push-pull izvadi šādus “eksperimentus” nevar veikt: ja izejas tranzistors VT1 šajā brīdī ir atvērts, rodas īssavienojums un tranzistors vienkārši izdeg. Un, ja barošanas spriegums ir tuvu maksimālajam, tad nožēlojamas beigas ir vienkārši neizbēgamas.

Papildu tranzistors (7. tapa)

Papildus minētajiem tranzistoriem ir arī tranzistors VT3. Šī tranzistora kolektors ir savienots ar mikroshēmas 7 izeju "Izlāde". Tās mērķis ir izlādēt laika iestatīšanas kondensatoru, kad mikroshēmu izmanto kā impulsu ģeneratoru. Kondensatora izlāde notiek, kad sprūda DD1 ir atiestatīta. Ja mēs atsaucam atmiņā sprūda aprakstu, tad apgrieztā izejā (diagrammā apzīmēts ar apli) šajā brīdī ir loģiska vienība, kas ved uz tranzistora VT3 atvēršanu.

Par atiestatīšanas signālu (4. tapa)

Jūs varat jebkurā laikā atiestatīt sprūdu - signālam “atiestatīšana” ir augsta prioritāte. Lai to izdarītu, ir īpaša ieeja R (4. tapa), kas attēlā norādīta kā Usbr. Kā var saprast no attēla, atiestatīšana notiks, ja 4. izvadei tiek pielietots zema līmeņa impulss, kas nepārsniedz 0,7 V. Tajā pašā laikā pie mikroshēmas izejas (3. tapa) parādīsies zems spriegums.

Gadījumos, kad šī ievade netiek izmantota, tai tiek piemērots loģisks vienības līmenis, lai atbrīvotos no impulsa trokšņa. Vienkāršākais veids, kā to izdarīt, ir 4. spraudni tieši savienot ar strāvas kopni. Nekādā gadījumā neatstājiet to, kā viņi saka, "gaisā". Tad jums būs jābrīnās un ilgi jādomā, un kāpēc ķēde darbojas tik nestabili?

Vispārīgas piezīmes

Lai pilnībā netiktu sajaukts par sprūda stāvokli, jāatceras, ka diskusijās par sprūdu vienmēr tiek ņemts vērā tā tiešās izejas stāvoklis. Nu, ja tiek teikts, ka sprūda ir “uzstādīta”, tad tiešajā izejā loģiskās vienības stāvoklis. Ja viņi saka, ka sprūda ir "atiestatīta", tad tiešajai izvadei noteikti ir loģiskas nulles stāvoklis.

Apgrieztā izvadē (apzīmēts ar nelielu apli) viss būs tieši pretēji, tāpēc sprūda izvadi bieži sauc par parafāzi. Lai visu atkal nesajauktu, par to vairs nerunāsim.

Ikviens, kurš ir rūpīgi lasījis līdz šai vietai, var jautāt: “Piedodiet, tas ir tikai sprūds ar jaudīgu tranzistora kaskādi izejā. Un kur ir pats taimeris? ” Un viņam būs taisnība, jo jautājums vēl nav sasniedzis laiku. Lai iegūtu taimeri, viņa tēvs, Hansa R. Kamensinda radītājs, izgudroja oriģinālu veidu, kā kontrolēt šo sprūdu. Šīs metodes triks ir vadības signālu veidošanās.

Signāla ģenerēšana RS - sprūda ieejas

Ko tad mēs ieguvām? DD1 sprūda kontrolē visu taimera iekšpusē: ja tas ir iestatīts uz vienu, izejas spriegums ir augsts, un, ja tas tiek atiestatīts, tad 3. izeja ir zema, un papildus tam ir atvērts VT3 tranzistors. Šī tranzistora mērķis ir izlādēt laika kondensatoru ķēdē, piemēram, impulsu ģeneratorā.

DD1 sprūda tiek kontrolēta, izmantojot salīdzināšanas ierīces DA1 un DA2. Lai kontrolētu sprūda darbību pie komparatoru izejām, ir jāiegūst augsta līmeņa signāli R un S. Atsauces spriegums tiek pielietots katra salīdzinātāja ieejai, ko ģenerē ar precizitātes dalītāju uz rezistoriem R1 ... R3. Rezistoru pretestība ir vienāda, tāpēc tiem pieliktais spriegums ir sadalīts 3 vienādās daļās.

Palaišanas vadības signāla ģenerēšana

Taimera sākums

Tiešais spriegums 1 / 3U tiek pielietots kompaktora DA2 tiešajai ieejai, un ārējais spriegums taimera Uzap iedarbināšanai caur 2. tapu tiek piemērots salīdzinošajam apgrieztajam ievadam. Lai darbotos uz sprūda DD1 ieeju S šī salīdzinātāja izejā, ir jāiegūst augsts līmenis. Tas ir iespējams, ja Ustap spriegums būs diapazonā no 0 ... 1 / 3U.

Pat īslaicīgs šāda sprieguma impulss izsauks DD1 sprūdu un augsta līmeņa sprieguma taimera parādīšanos. Ja ieeja Ucap ir pakļauta spriegumam virs 1 / 3U un līdz barošanas spriegumam, tad izmaiņas mikroshēmas izejā nenotiks.

Taimera pietura

Lai apturētu taimeri, jums vienkārši jāatiestata iekšējais sprūda DD1 un šim nolūkam, izmantojot DA2 salīdzināšanas ierīci, jārada augsta līmeņa signāls R. Salīdzinātājs DA1 ir ieslēgts nedaudz savādāk nekā DA2.Apgriešanās ieejai tiek pielietots 2 / 3U atskaites spriegums, bet tiešajai ieejai - kontrolsignāls "Reakcijas slieksnis" Ufor.

Ar šo iekļaušanu augsts līmenis salīdzinājuma DA1 izejā notiks tikai tad, kad spriegums Upoor tiešajā ieejā pārsniedz atsauces spriegumu 2 / 3U uz apgrieztā sprieguma. Šajā gadījumā DD1 sprūda tiks atiestatīta, un mikroshēmas izejā (3. tapa) tiks izveidots zema līmeņa signāls. Atvērsies arī “izlādes” VT3 tranzistors, kas izlādēs laika iestatīšanas kondensatoru.

Ja ieejas spriegums ir 1 / 3U ... 2 / 3U robežās, neviens no salīdzinātājiem nedarbosies, stāvokļa izmaiņas taimera izejā nenotiks. Digitālajā tehnoloģijā šo spriegumu sauc par “pelēko līmeni”. Ja jūs vienkārši savienojat 2. un 6. tapu, jūs iegūsit salīdzināšanas ierīci ar reakcijas līmeņiem 1 / 3U un 2 / 3U. Un pat bez vienas papildu detaļas!

Atsauces sprieguma izmaiņas

5. tapa, kas attēlā apzīmēta ar Uobr, ir paredzēta, lai kontrolētu sprieguma atsauci vai mainītu to, izmantojot papildu rezistorus. Šai ieejai ir iespējams arī piegādāt vadības spriegumu, kas ļauj iegūt frekvences vai fāzes modulētu signālu. Bet biežāk šis secinājums netiek izmantots, un, lai samazinātu traucējumu ietekmi, tas ir savienots ar kopēju vadu caur mazas ietilpības kondensatoru.

Mikroshēma tiek darbināta caur tapām 1 - GND, 2 + U.

Šeit ir NE555 integrētā taimera faktiskais apraksts. Taimeris ir savācis daudz un dažādas ķēdes, par kurām runāsim turpmākajos rakstos.

Boriss Aladyshkin 

Raksta turpinājums: 555 integrētie taimera modeļi