Zintegrowany zegar NE555 - historia, konstrukcja i działanie

Historia powstania bardzo popularnego układu i opis jego wewnętrznej struktury

Jedną z legend elektroniki jest układ scalony NE555. Został opracowany w 1972 roku. Taka długowieczność jest daleka od każdego układu i nawet każdy tranzystor może być dumny. Więc co jest takiego specjalnego w tym mikroukładzie, który ma trzy piątki w swoim oznaczeniu?

Signetics rozpoczyna seryjną produkcję układu NE555 dokładnie rok później został opracowany przez Hansa R. Kamensinda. Najbardziej niezwykłą rzeczą w tej historii było to, że w tamtym czasie Kamensind był praktycznie bezrobotny: rzucił PR Mallory, ale nigdzie się nie udało. W rzeczywistości była to „praca domowa”.

Chip ujrzał światło dzienne i zyskał tak wielką sławę i popularność dzięki staraniom menedżera Signetics Art Fury, który był oczywiście przyjacielem Kamensind. Pracował dla General Electric, więc wiedział, że rynek elektroniki jest tam potrzebny i jak przyciągnąć uwagę potencjalnego nabywcy.

Według wspomnień Kamensindy A. Fury był prawdziwym entuzjastą i miłośnikiem swojego rzemiosła. W domu miał całe laboratorium wypełnione komponentami radiowymi, gdzie przeprowadzał różne badania i eksperymenty. Umożliwiło to zgromadzenie ogromnego doświadczenia praktycznego i pogłębienie wiedzy teoretycznej.

W tym czasie produkty Signetics nosiły nazwę „5 **”, a doświadczony A. Fury, który miał nadprzyrodzone wyczucie rynku elektroniki, zdecydował, że oznaczenie 555 (trzy piątki) będzie bardzo mile widziane dla nowego układu. I nie pomylił się: mikroukład poszedł po prostu jak ciepłe bułeczki, stał się być może najbardziej masywnym w całej historii tworzenia mikroukładów. Najciekawsze jest to, że mikroukład nie stracił na aktualności.

Nieco później dwie litery pojawiły się w oznaczeniu mikroukładu, który stał się znany jako NE555. Ale ponieważ w tamtych czasach w systemie patentowym był kompletny bałagan, zintegrowany zegar rzucił się, aby uwolnić wszystkich, którzy nie są leniwi, naturalnie, umieszczając trzy litery (przeczytaj swoje) przed trzema piątkami. Później, w oparciu o licznik 555, opracowano liczniki podwójne (IN556N) i poczwórne (IN558N), oczywiście w większej liczbie przypadków z wieloma pinami. Ale podstawą wciąż był ten sam NE555.

Ryc. 1. Zintegrowany zegar NE555

555 w ZSRR

Pierwszy opis 555 w krajowej literaturze radiotechnicznej pojawił się już w 1975 r. W czasopiśmie Electronics. Autorzy artykułu zauważyli, że ten układ będzie cieszył się nie mniejszą popularnością niż powszechnie znane wzmacniacze operacyjne w tym czasie. I wcale się nie mylili. Mikroukład umożliwił tworzenie bardzo prostych projektów i prawie wszystkie z nich zaczęły działać natychmiast, bez bolesnej regulacji. Wiadomo jednak, że powtarzalność projektu w domu wzrasta proporcjonalnie do kwadratu jego „prostoty”.

W Związku Radzieckim pod koniec lat 80. opracowano kompletny analog 555, zwany KR1006VI1. Pierwsze przemysłowe zastosowanie analogu krajowego miało miejsce w magnetowidzie VCR12 Electronics.

Producenci chipów NE555:

Wewnętrzny układ urządzenia NE555

Przed chwyceniem lutownicy i rozpoczęciem montażu konstrukcji na zintegrowanym zegarze, najpierw dowiedzmy się, co jest w środku i jak to wszystko działa. Po tym znacznie łatwiej będzie zrozumieć, jak działa konkretny schemat praktyczny.

Zintegrowany zegar zawiera ponad dwadzieścia tranzystoryktórego połączenie pokazano na rysunku - https://e.imadeself.com/pl/555ic.jpg

Jak widać, schemat połączeń jest dość złożony i podano go jedynie w celu uzyskania ogólnych informacji.W końcu i tak nie możesz się do niego dostać za pomocą lutownicy, nie będziesz w stanie go naprawić. W rzeczywistości dokładnie tak wyglądają wszystkie inne mikroukłady, zarówno cyfrowe, jak i analogowe, od wewnątrz (patrz - Legendarne układy analogowe) Taka jest technologia produkcji układów scalonych. Taki schemat nie będzie również w stanie zrozumieć logiki urządzenia jako całości, dlatego schemat funkcjonalny pokazano poniżej i podano jego opis.

Dane techniczne

Ale zanim zajmiesz się logiką układu, prawdopodobnie powinieneś przynieść jego parametry elektryczne. Zakres napięć zasilających jest wystarczająco szeroki 4,5 ... 18 V, a prąd wyjściowy może osiągnąć 200 mA, co pozwala na zastosowanie nawet przekaźników małej mocy jako obciążenia. Sam układ zużywa bardzo niewiele: do prądu obciążenia dodaje się tylko 3 ... 6 mA. Jednocześnie dokładność samego timera jest praktycznie niezależna od napięcia zasilania, - tylko 1 procent obliczonej wartości. Dryft wynosi tylko 0,1% / wolt. Dryft temperatury jest również niewielki - tylko 0, 005% / ° C. Jak widać, wszystko jest dość stabilne.

Schemat działania NE555 (KR1006VI1)

Jak wspomniano powyżej, w ZSRR stworzyli analog burżuazyjnego NE555 i nazwali go KR1006VI1. Analog okazał się bardzo udany, nie gorszy niż oryginał, więc możesz go używać bez obaw i wątpliwości. Rysunek 3 pokazuje schemat działania zintegrowanego timera KR1006VI1. Jest w pełni zgodny z układem NE555.

Rysunek 3. Schemat działania zintegrowanego timera KR1006VI1

Sam układ nie jest tak duży - jest dostępny w ośmiopinowym pakiecie DIP8, a także w niewielkim SOIC8. To ostatnie sugeruje, że 555 może być użyte do edycji SMD, innymi słowy, programiści nadal są nim zainteresowani.

W mikroukładzie znajduje się również kilka elementów. Głównym jest najczęstszym RS jest wyzwalacz DD1. Kiedy jednostka logiczna jest podawana na wejście R, wyzwalacz jest resetowany do zera, a gdy jednostka logiczna jest podawana na wejście S, jest naturalnie ustawiona na jeden. Generowanie sygnałów sterujących na wejściach RS specjalny obwód na komparatorach, które zostaną omówione nieco później.

Poziomy fizyczne jednostki logicznej zależą oczywiście od zastosowanego napięcia zasilania i praktycznie wynoszą od Upit / 2 do prawie pełnego Upit. W przybliżeniu taki sam stosunek obserwuje się dla mikroukładów logicznych struktury CMOS. Logiczne zero wynosi, jak zwykle, w granicach 0 ... 0,4 V. Ale te poziomy są w mikroukładzie, możesz tylko zgadywać, ale nie możesz ich wyczuć rękami, nie możesz zobaczyć oczami.

Stopień wyjściowy

Aby zwiększyć pojemność układu, potężny stopień wyjściowy na tranzystorach VT1, VT2 jest podłączony do wyjścia wyzwalacza.

Jeśli wyzwalacz RS zostanie zresetowany, wówczas wyjście (pin 3) zawiera logiczne napięcie zerowe, tj. otwarty tranzystor VT2. W przypadku, gdy wyzwalacz jest zainstalowany na wyjściu, poziom jednostki logicznej również.

Stopień wyjściowy jest wykonany przez obwód push-pull, który pozwala podłączyć obciążenie między wyjściem a wspólnym przewodem (zaciski 3.1) lub szyną zasilającą (zaciski 3.8).

Mała uwaga na etapie wyjściowym. Podczas naprawy i regulacji urządzeń na mikroukładach cyfrowych jedną z metod sprawdzania obwodu jest doprowadzenie sygnału niskiego poziomu do wejść i wyjść mikroukładów. Z reguły odbywa się to poprzez zwarcie do wspólnego drutu tych wejść i wyjść za pomocą igły do ​​szycia, nie powodując przy tym żadnego uszkodzenia mikroukładu.

W niektórych obwodach zasilacz NE555 ma napięcie 5 V, więc wydaje się, że jest to również logika cyfrowa i można to zrobić całkiem swobodnie. Ale w rzeczywistości tak nie jest. W przypadku układu 555, a raczej z jego wyjściem push-pull, takich „eksperymentów” nie można wykonać: jeśli tranzystor wyjściowy VT1 jest w tym momencie otwarty, nastąpi zwarcie i tranzystor po prostu się wypali. A jeśli napięcie zasilania jest bliskie maksimum, to godne ubolewania zakończenie jest po prostu nieuniknione.

Dodatkowy tranzystor (pin 7)

Oprócz wspomnianych tranzystorów istnieje również tranzystor VT3. Kolektor tego tranzystora jest podłączony do wyjścia układu 7 „Rozładowanie”. Jego celem jest rozładowanie kondensatora regulującego czas podczas korzystania z mikroukładu jako generatora impulsów. Rozładowanie kondensatora następuje po zresetowaniu wyzwalacza DD1. Jeśli przypomnimy sobie opis wyzwalacza, wówczas na wyjściu odwrotnym (wskazanym przez okrąg na schemacie) w tym momencie znajduje się jednostka logiczna, prowadząca do otwarcia tranzystora VT3.

Informacje o sygnale resetowania (pin 4)

Możesz zresetować wyzwalacz w dowolnym momencie - sygnał „reset” ma wysoki priorytet. Aby to zrobić, istnieje specjalne wejście R (pin 4), oznaczone na rysunku jako Usbr. Jak można zrozumieć na podstawie rysunku, reset nastąpi, jeśli impuls niskiego poziomu nie większy niż 0,7 V zostanie przyłożony do 4. wyjścia. Jednocześnie na wyjściu mikroukładu pojawi się niskie napięcie (styk 3).

W przypadkach, gdy to wejście nie jest używane, stosuje się do niego logiczny poziom jednostki, aby pozbyć się szumu impulsowego. Najłatwiej to zrobić, podłączając pin 4 bezpośrednio do szyny zasilającej. W żadnym wypadku nie należy pozostawiać tego, jak mówią, w „powietrzu”. Będziesz musiał się zastanawiać i długo myśleć, a dlaczego obwód działa tak niestabilnie?

Ogólne uwagi na temat wyzwalaczy

Aby nie być całkowicie zdezorientowanym co do stanu wyzwalacza, należy przypomnieć, że w dyskusjach na temat wyzwalacza zawsze bierze się pod uwagę stan jego bezpośredniego wyjścia. Cóż, jeśli powie się, że wyzwalacz jest „zainstalowany”, to na wyjściu bezpośrednim stan jednostki logicznej. Jeśli powiedzą, że wyzwalacz jest „resetowany”, wówczas bezpośrednie wyjście z pewnością będzie miało stan logicznego zera.

Na wyjściu odwrotnym (zaznaczonym małym kółkiem) wszystko będzie dokładnie odwrotnie, dlatego często wyjście wyzwalające nazywa się parafrazą. Aby nie mylić wszystkiego ponownie, nie będziemy już o tym rozmawiać.

Każdy, kto dokładnie przeczytał to miejsce, może zapytać: „Przepraszam, to tylko wyzwalacz z potężną kaskadą tranzystorów na wyjściu. A gdzie jest sam licznik? I będzie miał rację, ponieważ sprawa nie dotarła jeszcze do timera. Aby uzyskać zegar, jego ojciec, twórca Hansa R. Kamensinda, wynalazł oryginalny sposób kontrolowania tego wyzwalacza. Sztuką tej metody jest tworzenie sygnałów sterujących.

Generowanie sygnału na RS - wejścia wyzwalacza

Co więc dostaliśmy? Wyzwalacz DD1 steruje wszystkim wewnątrz timera: jeśli jest ustawiony na jeden, napięcie wyjściowe jest wysokie, a jeśli jest resetowane, wówczas wyjście 3 jest niskie, a tranzystor VT3 jest również otwarty. Celem tego tranzystora jest rozładowanie kondensatora synchronizującego w obwodzie, na przykład generatora impulsów.

Wyzwalacz DD1 jest sterowany za pomocą komparatorów DA1 i DA2. Aby kontrolować działanie wyzwalacza na wyjściach komparatorów, konieczne jest uzyskanie sygnałów wysokiego poziomu R i S. Napięcie odniesienia jest przykładane do jednego z wejść każdego komparatora, który jest generowany przez dzielnik dokładności na rezystorach R1 ... R3. Rezystancja rezystorów jest taka sama, więc napięcie przyłożone do nich jest podzielone na 3 równe części.

Generowanie sygnału sterującego wyzwalacza

Uruchomienie timera

Napięcie bezpośrednie 1 / 3U jest przyłożone do bezpośredniego wejścia komparatora DA2, a zewnętrzne napięcie rozruchowe timera Uzap przez pin 2 jest przyłożone do odwrotnego wejścia komparatora. Aby oddziaływać na wejście S wyzwalacza DD1 na wyjściu tego komparatora, konieczne jest uzyskanie wysokiego poziomu. Jest to możliwe, jeśli napięcie Ustap będzie w zakresie 0 ... 1 / 3U.

Nawet krótkotrwały impuls takiego napięcia spowoduje wyzwolenie wyzwalacza DD1 i pojawienie się przekaźnika napięcia wysokiego poziomu. Jeśli wejściowy Ucap jest narażony na napięcia powyżej 1 / 3U i do napięcia zasilania, wówczas na wyjściu mikroukładu nie wystąpią żadne zmiany.

Zatrzymanie timera

Aby zatrzymać zegar, wystarczy zresetować wewnętrzny wyzwalacz DD1, a do tego na wyjściu komparatora DA1 wygenerować sygnał wysokiego poziomu R. Komparator DA1 jest włączony nieco inaczej niż DA2.Napięcie odniesienia 2 / 3U jest podawane na wejście odwracające, a sygnał sterujący „Próg odpowiedzi” Ufor jest podawany na wejście bezpośrednie.

Po takim włączeniu wysoki poziom na wyjściu komparatora DA1 wystąpi tylko wtedy, gdy napięcie Upoor na bezpośrednim wejściu przekroczy napięcie odniesienia 2 / 3U na odwracającym. W takim przypadku wyzwalacz DD1 zostanie zresetowany, a sygnał wyjściowy niskiego poziomu zostanie ustanowiony na wyjściu mikroukładu (pin 3). Otworzy się również tranzystor „rozładowujący” VT3, który rozładuje kondensator ustawiający czas.

Jeśli napięcie wejściowe mieści się w zakresie 1 / 3U ... 2 / 3U, żaden z komparatorów nie będzie działał, zmiana stanu na wyjściu timera nie nastąpi. W technologii cyfrowej napięcie to nazywa się „poziomem szarości”. Jeśli po prostu połączysz piny 2 i 6, otrzymasz komparator o poziomach odpowiedzi 1 / 3U i 2 / 3U. I nawet bez jednego dodatkowego szczegółu!

Zmiana napięcia odniesienia

Wniosek 5, oznaczony na rysunku jako Uobr, jest przeznaczony do sterowania napięciem odniesienia lub jego zmianami za pomocą dodatkowych rezystorów. Możliwe jest również doprowadzenie napięcia sterującego do tego wejścia, dzięki czemu możliwe jest uzyskanie sygnału modulowanego częstotliwościowo lub fazowo. Ale częściej ten wniosek nie jest stosowany, a aby zmniejszyć wpływ zakłóceń, jest on podłączony do wspólnego przewodu poprzez kondensator o małej pojemności.

Mikroukład zasilany jest przez piny 1 - GND, 2 + U.

Oto rzeczywisty opis zintegrowanego timera NE555. Timer zebrał wiele różnych rodzajów obwodów, które zostaną omówione w kolejnych artykułach.

Boris Aladyshkin 

Kontynuacja artykułu: 555 Zintegrowane projekty timerów