Integrated Timer NE555 - ประวัติการออกแบบและการใช้งาน

ประวัติความเป็นมาของการสร้างชิปยอดนิยมและคำอธิบายของโครงสร้างภายใน

หนึ่งในตำนานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ก็คือ ชิปวงจรรวม NE555. มันได้รับการพัฒนาย้อนกลับไปในปี 1972 อายุการใช้งานดังกล่าวอยู่ไกลจากชิปทุกตัวและไม่ใช่แม้แต่ทรานซิสเตอร์ทุกตัว แล้วอะไรคือความพิเศษของ microcircuit นี้ซึ่งมีสาม fives ในการทำเครื่องหมาย

Signetics เปิดตัวชุดการผลิตชิป NE555 หนึ่งปีหลังจากนั้น มันถูกพัฒนาโดย Hans R. Kamensind. สิ่งที่น่าทึ่งที่สุดในเรื่องนี้ก็คือในเวลานั้น Kamensind ตกงานอย่างแท้จริง: เขาลาออกจาก PR Mallory แต่ไม่ได้ไปไหน ในความเป็นจริงมันเป็น "การบ้าน"

ชิปมองเห็นแสงสว่างของวันและได้รับชื่อเสียงและความนิยมที่ยอดเยี่ยมเช่นนี้เนื่องจากความพยายามของ Signetics ผู้จัดการ Art Fury ซึ่งเป็นเพื่อนของ Kamensind เขาเคยทำงานให้กับเจเนอรัลอิเล็กทริกดังนั้นเขาจึงรู้ว่าตลาดอิเล็กทรอนิกส์ต้องการอะไรและมีวิธีดึงดูดความสนใจของผู้ซื้อที่มีศักยภาพ

ตามบันทึกความทรงจำของ Kamensinda A. Fury เป็นคนที่กระตือรือร้นและรักงานฝีมือของเขาอย่างแท้จริง ที่บ้านเขามีห้องปฏิบัติการทั้งหมดที่เต็มไปด้วยส่วนประกอบวิทยุซึ่งเขาทำการศึกษาและการทดลองต่าง ๆ สิ่งนี้ทำให้มันเป็นไปได้ที่จะสะสมประสบการณ์การปฏิบัติมากมายและความรู้ทางทฤษฎีที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น

ในเวลานั้นผลิตภัณฑ์ Signetics ถูกเรียกว่า "5 **" และ A. Fury ที่มีประสบการณ์ซึ่งมีความรู้สึกเหนือธรรมชาติของตลาดอิเล็กทรอนิกส์ตัดสินใจว่าการทำเครื่องหมาย 555 (สามห้า) จะได้รับการต้อนรับมากที่สุดสำหรับชิปใหม่ และเขาก็ไม่ได้ผิดพลาด: ไมโครเซอร์กิตนั้นก็เหมือนกับเค้กร้อนมันอาจจะกลายเป็นสิ่งที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ทั้งหมดของการสร้างไมโครเซอร์กิต สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือ microcircuit ไม่ได้สูญเสียความเกี่ยวข้องมาจนถึงทุกวันนี้

หลังจากนั้นไม่กี่ตัวอักษรสองตัวปรากฏขึ้นในการทำเครื่องหมายของ microcircuit มันก็กลายเป็นที่รู้จักในฐานะ NE555 แต่ตั้งแต่ในสมัยนั้นมีความยุ่งเหยิงอย่างสมบูรณ์ในระบบจดสิทธิบัตรตัวจับเวลาแบบบูรณาการจึงรีบปล่อยทุกคนที่ไม่ขี้เกียจตามธรรมชาติโดยใส่ตัวอักษรสามตัว (อ่านของคุณ) ต่อหน้าห้าคน ต่อมาพัฒนาจากตัวจับเวลา 555 แบบ dual (IN556N) และ quadruple (IN558N) ตัวจับเวลาได้รับการพัฒนาแน่นอนในหลายกรณี แต่พื้นฐานก็ยังคงเหมือนเดิม NE555

มะเดื่อ 1. ตัวจับเวลา NE555 ในตัว

555 ในสหภาพโซเวียต

คำอธิบายแรกของ 555 ในวรรณกรรมทางเทคนิควิทยุในประเทศปรากฏตัวแล้วในปี 1975 ในวารสารอิเล็กทรอนิกส์ ผู้เขียนบทความกล่าวถึงความจริงที่ว่าชิปนี้จะได้รับความนิยมไม่น้อยไปกว่าแอมปลิฟายเออร์ในการดำเนินงานที่เป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายในเวลานั้น และพวกเขาไม่ได้ผิดพลาดเลย Microcircuit ทำให้มันเป็นไปได้ในการสร้างการออกแบบที่เรียบง่ายมากและเกือบทั้งหมดของพวกเขาเริ่มทำงานได้ทันทีโดยไม่ต้องปรับความเจ็บปวด แต่เป็นที่ทราบกันว่าการทำซ้ำของการออกแบบที่บ้านเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของ "ความเรียบง่าย"

ในสหภาพโซเวียตในช่วงปลายยุค 80 มีการพัฒนาอะนาล็อกที่สมบูรณ์ของ 555 ซึ่งเรียกว่า KR1006VI1. การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมครั้งแรกของอะนาล็อกในประเทศอยู่ในเครื่องบันทึกวิดีโอ Vm12 Electronics

ผู้ผลิตชิป NE555:

ชิปอุปกรณ์ภายใน NE555

ก่อนที่จะคว้าหัวแร้งและเริ่มการประกอบโครงสร้างบนตัวจับเวลาสำคัญก่อนอื่นมาทำความเข้าใจกับสิ่งที่อยู่ภายในและการทำงานของมัน หลังจากนั้นมันจะง่ายขึ้นมากที่จะเข้าใจว่ารูปแบบการปฏิบัติเฉพาะงาน

ตัวจับเวลารวมมีมากกว่ายี่สิบ ทรานซิสเตอร์การเชื่อมต่อซึ่งจะแสดงในรูป - https://e.imadeself.com/th/555ic.jpg

อย่างที่คุณเห็นแผนภาพวงจรค่อนข้างซับซ้อนและให้ไว้ที่นี่สำหรับข้อมูลทั่วไปเท่านั้นท้ายที่สุดคุณไม่สามารถใช้หัวแร้งบัดกรีได้ แต่คุณจะไม่สามารถซ่อมแซมได้ ตามความเป็นจริงนี่เป็นสิ่งที่ microcircuits อื่น ๆ ทั้งดิจิตอลและอนาล็อกมองจากภายใน (ดู - ชิปอนาล็อกในตำนาน) นั่นคือเทคโนโลยีสำหรับการผลิตวงจรรวม นอกจากนี้ยังเป็นไปไม่ได้ที่จะเข้าใจตรรกะของอุปกรณ์โดยรวมของโครงร่างดังกล่าวดังนั้นรูปแบบการทำงานจะแสดงอยู่ด้านล่างและให้คำอธิบาย

ข้อมูลทางเทคนิค

แต่ก่อนที่คุณจะจัดการกับตรรกะของชิปคุณอาจนำพารามิเตอร์ทางไฟฟ้ามาใช้ ช่วงแรงดันไฟฟ้าของซัพพลายนั้นกว้างพอที่ 4.5 ... 18V และกระแสไฟขาออกสามารถถึง 200mA ซึ่งช่วยให้สามารถใช้รีเลย์ที่ใช้พลังงานต่ำแม้เป็นโหลด ชิปนั้นกินไฟน้อยมาก: เพิ่มเพียง 3 ... 6 mA ในกระแสโหลด ในขณะเดียวกันความแม่นยำของตัวจับเวลานั้นไม่ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้า - เพียง 1 เปอร์เซ็นต์ของค่าที่คำนวณได้ ดริฟท์เพียง 0.1% / โวลต์ ดริฟท์อุณหภูมิยังเล็ก - เพียง 0, 005% / ° C อย่างที่คุณเห็นทุกอย่างค่อนข้างเสถียร

แผนภาพการทำงานของ NE555 (KR1006VI1)

ดังที่ได้กล่าวมาแล้วในสหภาพโซเวียตพวกเขาสร้างอะนาล็อกของชนชั้นกลาง NE555 และเรียกมันว่า KR1006VI1 อะนาล็อกกลายเป็นว่าประสบความสำเร็จไม่เลวร้ายยิ่งกว่าต้นฉบับดังนั้นคุณสามารถใช้มันได้โดยไม่ต้องกลัวหรือสงสัย รูปที่ 3 แสดงแผนภาพการทำงานของตัวจับเวลารวม KR1006VI1 มันสอดคล้องอย่างสมบูรณ์กับชิป NE555

รูปที่ 3 แผนภาพการทำงานของตัวจับเวลาแบบรวม KR1006VI1

ตัวชิปเองนั้นไม่ใหญ่มาก - มันมีอยู่ในแพ็คเกจแปดพินเช่นเดียวกับ SOIC8 ขนาดเล็ก หลังชี้ให้เห็นว่า 555 สามารถใช้สำหรับการแก้ไข SMD ในคำอื่น ๆ นักพัฒนายังคงมีความสนใจในมัน

นอกจากนี้ยังมีองค์ประกอบภายใน microcircuit น้อย ที่สำคัญคือ RS ที่พบมากที่สุดคือทริกเกอร์ DD1 เมื่อหน่วยโลจิคัลถูกป้อนไปยังอินพุต R ทริกเกอร์จะถูกรีเซ็ตเป็นศูนย์และเมื่อหน่วยโลจิคัลถูกป้อนไปยังอินพุต S จะถูกตั้งเป็นธรรมชาติ เพื่อสร้างสัญญาณควบคุมบน RS - อินพุต วงจรพิเศษบนตัวเปรียบเทียบซึ่งจะมีการหารือในภายหลังเล็กน้อย

แน่นอนว่าระดับทางกายภาพของหน่วยโลจิคัลขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้แล้วและอยู่ในช่วงตั้งแต่ Upit / 2 ไปจนถึง Upit เกือบเต็ม มีการประมาณอัตราส่วนเดียวกันกับวงจรไมโครตรรกะของโครงสร้าง CMOS ศูนย์โลจิคัลคือตามปกติภายใน 0 ... 0.4V แต่ระดับเหล่านี้อยู่ใน microcircuit คุณสามารถเดาได้ แต่คุณไม่สามารถรู้สึกได้ด้วยมือคุณมองไม่เห็นด้วยตา

ขั้นตอนการส่งออก

เพื่อเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักของชิปสเตจเอาต์พุตอันทรงพลังบนทรานซิสเตอร์ VT1, VT2 เชื่อมต่อกับเอาท์พุทของทริกเกอร์

หากรีเซ็ตทริกเกอร์ RS - แล้วเอาต์พุต (ขา 3) จะมีแรงดันไฟฟ้าเป็นศูนย์ตรรกะ, เช่น ทรานซิสเตอร์เปิด VT2 ในกรณีที่ติดตั้งทริกเกอร์ที่เอาต์พุตระดับของหน่วยโลจิคัลก็เป็นเช่นกัน

สเตจเอาท์พุททำโดยวงจรแบบกดดึงซึ่งช่วยให้คุณเชื่อมต่อโหลดระหว่างเอาท์พุทและสายสามัญ (เทอร์มินัล 3.1) หรือบัสเพาเวอร์ (เทอร์มินัล 3.8)

คำพูดเล็ก ๆ เกี่ยวกับขั้นตอนการส่งออก เมื่อทำการซ่อมและปรับอุปกรณ์ในวงจรไมโครดิจิตอลหนึ่งในวิธีการตรวจสอบวงจรคือการส่งสัญญาณระดับต่ำไปยังอินพุตและเอาต์พุตของวงจรไมโคร ตามกฎแล้วสิ่งนี้ทำโดยการลัดวงจรไปที่สายสามัญของอินพุตและเอาต์พุตเหล่านี้ด้วยความช่วยเหลือของเข็มเย็บผ้าในขณะที่ไม่ก่อให้เกิดอันตรายต่อ microcircuit

ในบางวงจรแหล่งจ่ายไฟ NE555 เป็น 5V ดังนั้นดูเหมือนว่านี่เป็นตรรกะดิจิตอลและคุณสามารถทำได้อย่างอิสระเช่นกัน แต่ในความเป็นจริงมันไม่เป็นเช่นนั้น ในกรณีของชิป 555 หรือมากกว่าที่มีเอาท์พุทแบบพุช - พุชเช่น "การทดลอง" ไม่สามารถทำได้: ถ้าทรานซิสเตอร์เอาท์พุท VT1 เปิดอยู่ในขณะนี้เปิดวงจรไฟฟ้าลัดวงจรและทรานซิสเตอร์ก็จะไหม้ และถ้าแรงดันไฟฟ้าใกล้เคียงกับค่าสูงสุดแล้วจุดสิ้นสุดที่น่าเสียดายก็คงหนีไม่พ้น

ทรานซิสเตอร์เพิ่มเติม (พิน 7)

นอกจากทรานซิสเตอร์ที่กล่าวถึงแล้วยังมีทรานซิสเตอร์ VT3 ด้วย ตัวสะสมของทรานซิสเตอร์นี้เชื่อมต่อกับเอาท์พุทของชิป 7 "ปล่อย" โดยมีวัตถุประสงค์คือเพื่อปลดปล่อยตัวเก็บประจุการตั้งค่าเวลาเมื่อใช้ microcircuit เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าชีพจร การคายประจุของตัวเก็บประจุเกิดขึ้นเมื่อทริกเกอร์ DD1 ถูกรีเซ็ต หากเราจำคำอธิบายของทริกเกอร์ได้ที่เอาท์พุทผกผัน (ระบุโดยวงกลมในแผนภาพ) ในขณะนี้มีหน่วยโลจิคัลซึ่งนำไปสู่การเปิดทรานซิสเตอร์ VT3

เกี่ยวกับสัญญาณรีเซ็ต (ขา 4)

คุณสามารถรีเซ็ตทริกเกอร์ได้ตลอดเวลา - สัญญาณ“ รีเซ็ต” มีลำดับความสำคัญสูง ในการทำเช่นนี้จะมีอินพุตพิเศษ R (พิน 4) ที่ระบุในรูปเป็น Usbr ดังที่สามารถเข้าใจได้จากตัวเลขการรีเซ็ตจะเกิดขึ้นหากมีการใช้พัลส์ระดับต่ำไม่เกิน 0.7V กับเอาต์พุตที่ 4 ในเวลาเดียวกันแรงดันไฟฟ้าในระดับต่ำจะปรากฏขึ้นที่เอาท์พุทของ microcircuit (ขา 3)

ในกรณีที่ไม่ได้ใช้อินพุตนี้จะใช้ระดับหน่วยทางลอจิคัลเพื่อกำจัดเสียงรบกวน วิธีที่ง่ายที่สุดในการทำเช่นนี้คือการเชื่อมต่อพิน 4 โดยตรงกับบัสพลังงาน ไม่ว่าในกรณีใดคุณควรปล่อยทิ้งไว้ตามที่กล่าวใน "อากาศ" จากนั้นคุณจะต้องสงสัยและคิดเป็นเวลานานและทำไมวงจรจึงไม่เสถียร?

บันทึกทริกเกอร์ทั่วไป

เพื่อไม่ให้สับสนอย่างสมบูรณ์เกี่ยวกับสถานะของทริกเกอร์มันควรจะจำได้ว่าในการอภิปรายเกี่ยวกับทริกเกอร์สถานะของการออกโดยตรงนั้นจะถูกนำมาพิจารณาเสมอ ทีนี้ถ้ามีการกล่าวว่าทริกเกอร์นั้น "ติดตั้ง" จากนั้นในสถานะโดยตรงของหน่วยตรรกะ หากพวกเขาบอกว่าทริกเกอร์คือ "รีเซ็ต" ดังนั้นการส่งออกโดยตรงจะมีสถานะเป็นศูนย์ตรรกะ

ในการส่งออกผกผัน (ทำเครื่องหมายด้วยวงกลมเล็ก ๆ ) ทุกอย่างจะตรงข้ามกันดังนั้นมักจะเรียกเอาท์พุทเรียกว่า paraphase เพื่อไม่ให้สับสนทุกอย่างอีกครั้งเราจะไม่พูดถึงเรื่องนี้อีก

ใครก็ตามที่อ่านถึงสถานที่นี้อย่างระมัดระวังอาจถามว่า: "ขอโทษนะมันเป็นเพียงทริกเกอร์ที่มีทรานซิสเตอร์ที่ทรงพลังที่เอาท์พุท และตัวจับเวลาอยู่ที่ไหน” และเขาจะพูดถูกเพราะเรื่องยังไม่ถึงเวลา ในการรับเวลาพ่อของเขาผู้สร้าง Hans R. Kamensind ได้คิดค้นวิธีดั้งเดิมในการควบคุมทริกเกอร์นี้ เคล็ดลับของวิธีนี้คือการสร้างสัญญาณควบคุม

การสร้างสัญญาณใน RS - อินพุตของทริกเกอร์

แล้วเราจะได้อะไร? DD1 ทริกเกอร์ควบคุมทุกอย่างภายในตัวจับเวลา: ถ้าตั้งค่าไว้ที่หนึ่งแรงดันไฟฟ้าขาออกสูงและหากมีการรีเซ็ตสัญญาณขาออก 3 จะต่ำและทรานซิสเตอร์ VT3 ก็จะเปิดขึ้นเช่นกัน วัตถุประสงค์ของทรานซิสเตอร์นี้คือเพื่อปลดปล่อยตัวเก็บประจุไทม์มิ่งในวงจรเช่นเครื่องกำเนิดพัลส์

ทริกเกอร์ DD1 ถูกควบคุมโดยใช้เครื่องมือเปรียบเทียบ DA1 และ DA2 เพื่อควบคุมการทำงานของทริกเกอร์ที่เอาท์พุทของตัวเปรียบเทียบมันจำเป็นต้องได้รับสัญญาณระดับสูง R และ S แรงดันอ้างอิงจะถูกนำไปใช้กับหนึ่งในอินพุตของแต่ละตัวเปรียบเทียบซึ่งสร้างขึ้นโดยตัวหารความแม่นยำบนตัวต้านทาน R1 ... R3 ความต้านทานของตัวต้านทานจะเหมือนกันดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับพวกมันจะถูกแบ่งออกเป็น 3 ส่วนเท่า ๆ กัน

การสร้างสัญญาณควบคุมทริกเกอร์

เริ่มจับเวลา

แรงดันไฟฟ้าโดยตรงของ 1 / 3U ถูกนำไปใช้กับอินพุตโดยตรงของตัวเปรียบเทียบ DA2 และแรงดันไฟฟ้าภายนอกสำหรับการเริ่มจับเวลา Uzap ผ่านพิน 2 ถูกนำไปใช้กับอินพุตอินเวอร์สของตัวเปรียบเทียบ เพื่อที่จะดำเนินการกับอินพุต S ของทริกเกอร์ DD1 ที่เอาท์พุทของตัวเปรียบเทียบนี้จำเป็นต้องได้รับในระดับสูง นี่เป็นไปได้ถ้าแรงดันไฟฟ้า Ustap จะอยู่ในช่วง 0 ... 1 / 3U

แม้แต่ชีพจรระยะสั้นของแรงดันไฟฟ้าเช่นนี้ก็จะทริกเกอร์ DD1 ทริกเกอร์และรูปลักษณ์ของตัวจับเวลาแรงดันไฟฟ้าระดับสูง หากอินพุต Ucap ได้รับผลกระทบจากแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า 1 / 3U และสูงถึงแรงดันไฟฟ้าจากนั้นจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นที่เอาท์พุทของ microcircuit

จับเวลาหยุด

ในการหยุดตัวจับเวลาคุณเพียงแค่รีเซ็ตทริกเกอร์ภายใน DD1 และสำหรับสิ่งนี้ที่เอาท์พุทของตัวเปรียบเทียบ DA1 สร้างสัญญาณระดับสูง R เครื่องมือเปรียบเทียบ DA1 นั้นเปิดใช้งานแตกต่างจาก DA2 เล็กน้อยแรงดันอ้างอิงของ 2 / 3U ถูกนำไปใช้กับอินเวอร์เตอร์อินพุทและสัญญาณควบคุม "เกณฑ์การตอบสนอง" Ufor จะถูกนำไปใช้กับอินพุตโดยตรง

ด้วยการรวมนี้ระดับสูงที่เอาท์พุทของตัวเปรียบเทียบ DA1 จะเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อแรงดันไฟฟ้า Upoor ที่อินพุตโดยตรงเกินแรงดันอ้างอิง 2 / 3U ในการเปลี่ยนกลับ ในกรณีนี้ทริกเกอร์ DD1 จะถูกรีเซ็ตและสัญญาณระดับต่ำจะถูกสร้างขึ้นที่เอาท์พุทของ microcircuit (ขา 3) นอกจากนี้ทรานซิสเตอร์“ ปล่อย” VT3 จะเปิดขึ้นซึ่งจะปล่อยประจุตัวตั้งเวลา

หากแรงดันไฟฟ้าขาเข้าอยู่ในช่วง 1 / 3U ... 2 / 3U จะไม่มีตัวเปรียบเทียบตัวใดตัวหนึ่งทำงานการเปลี่ยนแปลงสถานะที่เอาต์พุตของตัวจับเวลาจะไม่เกิดขึ้น ในเทคโนโลยีดิจิตอลแรงดันไฟฟ้านี้เรียกว่า "ระดับสีเทา" หากคุณเชื่อมต่อหมุด 2 และ 6 คุณจะได้รับเครื่องมือเปรียบเทียบกับระดับการตอบสนอง 1 / 3U และ 2 / 3U และแม้ไม่มีรายละเอียดเพิ่มเติมเพียงครั้งเดียว!

การเปลี่ยนแปลงแรงดันอ้างอิง

สรุป 5 ที่กำหนดเป็น Uobr ในรูปถูกออกแบบมาเพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้าอ้างอิงหรือการเปลี่ยนแปลงโดยใช้ตัวต้านทานเพิ่มเติม นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่จะจ่ายแรงดันไฟฟ้าควบคุมให้กับอินพุตนี้เพื่อให้สามารถรับความถี่หรือสัญญาณมอดูเลตเฟส แต่บ่อยครั้งที่ข้อสรุปนี้ไม่ได้ใช้และเพื่อลดอิทธิพลของสัญญาณรบกวนมันถูกเชื่อมต่อกับสายสามัญผ่านตัวเก็บประจุขนาดเล็ก

Microcircuit ขับเคลื่อนผ่านหมุด 1 - GND, 2 + U

นี่คือคำอธิบายที่แท้จริงของตัวจับเวลา NE555 ในตัว ตัวจับเวลาได้รวบรวมวงจรมากมายทุกประเภทซึ่งจะกล่าวถึงในบทความต่อไปนี้

Boris Aladyshkin 

ความต่อเนื่องของบทความ: 555 การออกแบบตัวจับเวลาแบบบูรณาการ