555 Интегрирани дизайни на таймерите

Пътят към любителското радио започва като правило с опит за сглобяване на прости вериги. Ако веднага след сглобяването веригата започне да показва признаци на живот - мига, звучи, щраква или говори, тогава пътят към любителското радио е почти отворен. Що се отнася до „говоренето“, най-вероятно няма да работи веднага, защото за това ще трябва да прочетете много книги, да спойкате и да настроите редица схеми, може би да изгорите голям или малък куп части (за предпочитане малък).

Но мигачи и пищялки се получават от почти всички наведнъж. И по-добър елемент от интегриран таймер NE555 намери за тези експерименти, просто няма да успее. Първо, нека да разгледаме схемите на генератора, но преди това нека се обърнем към собствената документация - DATA SHEET. На първо място, обърнете внимание на графичните очертания на таймера, които са показани на фигура 1.

И фигура 2 показва изображението на таймер от домашната директория. Тук е дадено просто за възможността да се сравняват обозначенията на сигналите за тях и нашите, в допълнение, „нашата” функционална схема е показана по-подробно и ясно.

Следват още две чертежи, взети от лист с данни. Е, просто като препоръка от производител.

Фигура 1

Фигура 2

555 Единичен вибратор

Фигура 3 показва единична вибрационна верига. Не, това не е половината от мултивибратора, въпреки че самият той не може да генерира трептения. Има нужда от външна помощ, дори и малко.

Фигура 3. Единична диаграма на вибратора

Логиката на еднократното действие е доста проста. При задействане на вход 2 се прилага краткосрочен импулс на ниско ниво, както е показано на фигурата. В резултат на това изход 3 произвежда правоъгълен импулс с продължителност ΔT = 1,1 * R * C. Ако заместим R в ома във формулата и C във фаради, тогава времето Т ще се окаже за секунди. Съответно, при кило-оми и микрофаради резултатът ще бъде в милисекунди.

И Фигура 4 показва как да се формира задействащ импулс с помощта на обикновен механичен бутон, въпреки че може да е полупроводников елемент - микросхема или транзистор.

Фигура 4

Като цяло един удар (понякога наричан единичен изстрел, а смел военен е използвал думата кип реле) работи както следва. Когато се натисне бутон, импулс с ниско ниво на щифт 2 причинява изхода на таймера 3 да зададе високо ниво. По уважителна причина този сигнал (пин 2) в домашните директории се нарича спусък.

Транзисторът, свързан към клема 7 (DISCHARGE), е затворен в това състояние. Следователно, нищо не пречи да се зареди кондензаторът за настройка на времето C. По време на релето за кип, разбира се, нямаше 555, всичко се правеше на лампи, в най-добрия случай на дискретни транзистори, но алгоритъмът на работа беше същият.

Докато кондензаторът се зарежда, на изхода се поддържа напрежение на високо ниво. Ако по това време се приложи друг импулс към вход 2, състоянието на изхода няма да се промени, продължителността на изходния импулс не може да бъде намалена или увеличена по този начин и еднократният кадър няма да се рестартира.

Друго нещо е, ако приложите нулиране на импулс (ниско ниво) на 4 пина. Изход 3 веднага ще покаже ниско ниво. Сигналът „нулиране“ има най-висок приоритет и затова може да бъде даден по всяко време.

С увеличаването на заряда напрежението в кондензатора се увеличава и в крайна сметка достига нивото на 2 / 3U. Както е описано в предишна статия, това е нивото на отговор, прагът на горния компаратор, което води до нулиране на таймера, което е краят на изходния импулс.

На щифт 3 се появява ниско ниво и в същия момент транзисторът VT3 се отваря, който разтоварва кондензатора С. Това завършва образуването на импулс.Ако след края на изходния импулс, но не по-рано, дадете друг пулсов импулс, тогава изходът ще се формира изход, същият като първия.

Разбира се, за нормална работа на един изстрел пулсовият импулс трябва да бъде по-кратък от пулса, генериран на изхода.

Фигура 5 показва един график на вибратора.

Фигура 5. Единична схема на вибратор

Как мога да използвам един вибратор?

Или както котката Матроскин казваше: "Каква ще бъде ползата от този един удар?" Може да се отговори, че е достатъчно голям. Факт е, че диапазонът от закъснения във времето, който може да се получи от този един изстрел, може да достигне не само няколко милисекунди, но и да достигне няколко часа. Всичко зависи от параметрите на веригата за синхронизиране на RC.

Ето ви, почти готово решение за осветяване на дълъг коридор. Достатъчно е да допълните таймера с изпълнително реле или обикновена тиристорна верига и да поставите няколко бутона в краищата на коридора! Той натисна бутона, коридорът мина и нямаше нужда да се притеснявате да изключите електрическата крушка. Всичко ще се случи автоматично в края на забавянето на времето. Е, това е само информация за разглеждане. Осветлението в дълъг коридор, разбира се, не е единствената възможност за използване на единичен вибратор.

Как да проверите 555?

Най-простият начин е да спойкате обикновена схема, за това почти няма да има нужда от шарнирни части, с изключение на единствения променлив резистор и светодиод, който да показва състоянието на изхода.

Микросхемата трябва да свърже щифтове 2 и 6 и да приложи напрежение към тях, променено от променлив резистор. Можете да свържете волтметър или светодиод към изхода на таймера, разбира се, с ограничаващ резистор.

Но не можете да спойкате нищо, освен това провеждате експерименти дори с „присъствието на отсъствие” на действителната микросхема. Подобни изследвания могат да бъдат направени с помощта на програмния симулатор Multisim. Разбира се, такова проучване е много примитивно, но въпреки това ви позволява да се запознаете с логиката на таймера 555. Резултатите от "лабораторната работа" са показани на фигури 6, 7 и 8.

Фигура 6

На тази фигура можете да видите, че входното напрежение се регулира от променлив резистор R1. В близост до него можете да разгледате надписа „Ключ = А“, който казва, че стойността на резистора може да бъде променена чрез натискане на клавиш А. Минималната стъпка на регулиране е 1%, само натъжава, че регулирането е възможно само в посока на увеличаване на съпротивлението, а намаляването е възможно само с „мишката“ . "

На тази фигура резисторът се "изтегля" до самата "земя", напрежението на неговия двигател е близо до нула (за яснота се измерва с мултицет). При това положение на двигателя изходът на таймера е висок, така че изходният транзистор е затворен, а LED1 не свети, както показват белите му стрелки.

Следващата фигура показва, че напрежението леко се е увеличило.

Фигура 7

Но увеличението се случи не просто така, а в съответствие с определени граници, а именно праговете за работа на сравнители. Факт е, че 1/3 и 2/3, изразени в десетични проценти, ще бъдат съответно 33,33 ... и 66,66 .... Процентно е показана входната част на променливия резистор в програмата Multisim. С 12V захранващо напрежение това ще се окаже 4 и 8 волта, което е достатъчно удобно за изследване.

И така, фигура 6 показва, че резисторът е въведен на 65%, а напрежението върху него е 7,8 V, което е малко по-малко от изчислените 8 волта. В този случай изходният светодиод е изключен, т.е. изходът на таймера все още е висок.

Фигура 8

По-нататъшното леко увеличение на напрежението на входове 2 и 6, само с 1 процент (програмата не позволява по-малко) води до запалване на LED1, както е показано на фигура 8, - стрелките в близост до светодиода придобиха червен нюанс. Това поведение на схемата подсказва, че симулаторът Multisim работи доста точно.

Ако продължите да увеличавате напрежението на щифтове 2 и 6, тогава на изхода на таймера няма да има промяна.

555 Таймер генератори

Честотният обхват, генериран от таймера, е доста широк: от най-ниската честота, периодът на която може да достигне няколко часа, до честоти от няколко десетки килогерца. Всичко зависи от елементите на веригата за синхронизация.

Ако не се изисква строго правоъгълна форма на вълната, може да се генерира честота до няколко мегагерца. Понякога това е напълно приемливо - формата не е важна, но има импулси. Най-често такава небрежност относно формата на импулсите е разрешена в цифровите технологии. Например брояч на импулси реагира на нарастващ ръб или падащ импулс. Съгласете се, в този случай "квадратността" на пулса няма значение.

Генератор на квадратен вълнен импулс

Един от възможните варианти на генератор на импулси с форма на меандър е показан на фигура 9.

Фигура 9. Схема на импулсни генератори с форма на меандър

Временните диаграми на генератора са показани на фигура 10.

Фигура 10. Временни диаграми на генератора

Горната графика илюстрира изходния сигнал (щифт 3) на таймера. И долната графика показва как напрежението в кондензатора за настройка на времето се променя.

Всичко се случва точно така, както вече беше разгледано в схемата с един вибратор, показана на фигура 3, но тя не използва единичен пулсов импулс на щифт 2.

Факт е, че когато веригата на кондензатора С1 е включена, напрежението е равно на нула, именно той ще завърти изхода на таймера в състояние на високо ниво, както е показано на фигура 10. Кондензаторът С1 започва да се зарежда през резистора R1.

Напрежението в кондензатора нараства експоненциално, докато достигне горния праг на прага 2/3 * U. В резултат на това таймерът преминава в нулево състояние, следователно кондензаторът C1 започва да се разтоварва до долния праг на работа 1/3 * U. При достигане на този праг се задава високо ниво на изхода на таймера и всичко започва отначало. Формира се нов период на трептене.

Тук трябва да обърнете внимание на факта, че кондензаторът C1 се зарежда и разрежда през същия резистор R1. Следователно времената на заряд и разряд са равни и следователно формата на трептенията на изхода на такъв генератор е близка до меандъра.

Честотата на трептенията на такъв генератор се описва с много сложна формула f = 0.722 / (R1 * C1). Ако съпротивлението на резистора R1 в изчисленията е посочено в Ома, а капацитетът на кондензатора е С1 във Фарад, тогава честотата ще бъде в Херц. Ако в тази формула съпротивлението се изрази в кило-оми (KΩ), а капацитетът на кондензатора в микрофаради (μF), резултатът ще бъде в килогерц (KHz). За да получите осцилатор с регулируема честота, достатъчно е да замените резистора R1 с променлива.

Генератор на импулси с променлив работен цикъл

Меандърът, разбира се, е добър, но понякога възникват ситуации, които изискват регулиране на работния цикъл на импулсите. Така се осъществява регулирането на скоростта на постояннотокови двигатели (PWM регулатори), които са с постоянен магнит.

Импулсите на квадратна вълна се наричат ​​меандър, при който времето на импулса (високо ниво t1) е равно на времето на пауза (ниско ниво t2). Такова име в електрониката идва от архитектурата, където меандър се нарича рисунка на тухлена зидария. Общите времена на пулс и пауза се наричат ​​период на импулси (T = t1 + t2).

Дежурен и дежурен цикъл

Отношението на периода на импулса към неговата продължителност S = T / t1 се нарича работен цикъл. Тази стойност е безразмерна. В меандъра този показател е 2, тъй като t1 = t2 = 0.5 * T. В литературата по английски език вместо работния цикъл често се използва реципрочният, - работен цикъл (англ. Duty cycle) D = 1 / S, изразен като процент.

Ако леко подобрите генератора, показан на фигура 9, можете да получите генератор с регулируем работен цикъл. Диаграма на такъв генератор е показана на фигура 11.

Фигура 11.

В тази схема зарядът на кондензатора С1 става през веригата R1, RP1, VD1.Когато напрежението през кондензатора достигне горния праг от 2/3 * U, таймерът преминава на ниско ниво и кондензатор С1 се разтоварва през веригата VD2, RP1, R1, докато напрежението в кондензатора спадне до долния праг на 1/3 * U, след при което цикълът се повтаря.

Промяната на позицията на двигателя RP1 дава възможност да се коригира продължителността на зареждането и разреждането: ако продължителността на заряда се увеличи, времето за разреждане намалява. В този случай периодът на повторение на импулса остава непроменен, променя се само работният цикъл или работният цикъл. Е, по-удобно е за всеки.

Въз основа на таймера 555 можете да проектирате не само генератори, но и много повече полезни устройства, които ще бъдат разгледани в следващата статия. Между другото, има програми - калкулатори за изчисляване на честотата на генераторите на 555 таймера, а в програмата - симулатора Multisim има специален раздел за тези цели.

Борис Аладишкин, https://e.imadeself.com

Продължение на статията: 555 Интегриран таймер Пътуване на информационния лист