Двадцать таймерят. Какие практические схемы можно сделать на таймере NE555

Микросхема интегрального таймера NE555 — это настоящий прорыв в области электроники. Она была создана в 1972 году сотрудником компании Signetics Гансом Р. Камензиндом. Изобретение не утратило своей актуальности и по сегодняшний день. Позднее устройство стало основой таймеров с удвоенной (IN556N) и счетверенной конфигурацией (IN558N).

Без сомнения, детище электронщика позволило занять ему свою видную нишу в истории технических изобретений. По уровню продаж данное устройство с момента своего появления превзошло любое другое. На второй год существования микросхема 555 стала самой покупаемой деталью.

Лидерство сохранялось и во все последующие годы. Микросхема 555, применение которой возрастало с каждым годом, продавалась очень хорошо. К примеру, в 2003 году было реализовано более чем 1 миллиард экземпляров. Конфигурация самого агрегата за это время не изменилась. Она существует свыше 40 лет.

Появление устройства стало неожиданностью для самого создателя. Камензинд преследовал цель сделать гибкую в использовании ИС, но, что она окажется столь многофункциональной, он не ожидал. Изначально она употреблялась как таймер или же Микросхема 555, применение которой увеличивалось быстрыми темпами, сегодня используется от игрушек для детей до космических кораблей.

Устройство отличает выносливость, поскольку оно построено на основе биполярной технологии, и для применения его в космосе специально предпринимать ничего не требуется. Только испытательные работы проводятся с особой строгостью. Так, при тесте схемы NE 555 для ряда приложений создаются индивидуальные пробные спецификации. При производстве схем не существует никаких различий, но подходы при выходном контроле заметно разнятся.

Появление схемы в отечественной электронике

Первое упоминание об инновации в советской литературе по радиотехнике появилось в 1975 году. Статью об изобретении опубликовали в журнале «Электроника». Микросхема 555, аналог которой был создан советскими электронщиками в конце 80-х годов прошлого столетия, в отечественной радиоэлектронике получила название КР1006ВИ1.

В производстве эту деталь употребляли при сборке видеомагнитофонов «Электроника ВМ12». Но это был не единственный аналог, так как многие производители во всем мире создавали подобное устройство. Все агрегаты имеют обячный корпус DIP8, а также корпус малых размеров SOIC8.

Технические характеристики схемы

Микросхема 555, графическое изображение которой представлено ниже, включает в себя 20 транзисторов. На блок-схеме устройства находятся 3 резистора с сопротивлением 5кОм. Отсюда и название прибора «555».

Основными техническими характеристиками изделия являются:

• напряжение питания 4,5-18В;
• максимальный показатель тока на выходе 200 мА;
• потребляемая энергия составляет до 206 мА.

Если его рассмотреть на выход, то это цифровое устройство. Он может находиться в двух положениях — низком (0В) и высоком (от 4,5 до 15 В). В зависимости от блока питания может показатель достигать и 18 В.

Для чего нужно устройство?

NE 555 микросхема — унифицированное устройство с широким спектром применения. Его часто используют при сборке различных схем, и это только придает изделию популярность. Соответственно, повышается уровень спроса потребителя. Такая известность вызвала падение цены на таймер, что радует многих мастеров.

Внутреннее строение таймера 555

Что же заставляет это устройство функционировать? Каждый из выводов агрегата подсоединен к цепи, содержащей 20 транзисторов, 2 диода и 15 резисторов.

Удвоенный формат модели

Следует отметить, что NE 555 (микросхема) выпускается в удвоенном формате под названием 556. Она содержит два свободных IC.

Таймер 555 оснащен 8 контактами, тогда как модель 556 содержит 14 контактов.

Режимы работы устройства

Микросхема 555 обладает тремя режимами работы:

1. Моностабильный режим микросхемы 555. Он работает как одноразовый односторонний. Во время функционирования выбрасывается импульс заданной длины как ответ на вход триггера при нажимании кнопки. Выход пребывает в низком напряжении до включения триггера. Отсюда он и получил название ждущий (моностабильный). Такой принцип функционирования сохраняет устройство в бездействии до включения. Режим обеспечивает включение таймеров, переключателей, сенсорных переключателей, делителей частоты и др.
2. Нестабильный режим является автономной функцией устройства. Он позволяет схеме пребывать в генераторном режиме. Напряжение в выходе изменчиво: то низкое, то высокое. Эта схема применима при надобности задавания устройству толчков прерывистого характера (при недолговременном включении и выключении агрегата). Режим используется при включении ламп на светодиодах, функционирует в логической схеме часов и др.
3. Бистабильный режим, или же триггер Шмидта. Понятно, что он работает по системе триггера при отсутствии конденсатора и обладает двумя устойчивыми состояниями, высоким и низким. Низкий показатель триггера переходит в высокий. При сбрасывании низкого напряжения система устремляется к низкому состоянию. Эта схема применима в сфере железнодорожного строительства.

Выводы таймера 555

Генератор микросхема 555 включает восемь выводов:

1. Вывод 1 (земля). Он подсоединен к минусовой стороне питания (общий провод схемы).
2. Вывод 2 (триггер). Он подает высокое напряжение на время (все зависит от и конденсатора). Эта конфигурация и является моностабильной. Вывод 2 контролирует вывод 6. Если напряжение в обоих низкое, то на выходе оно будет высоким. В противном случае, при высоком напряжении в выводе 6 и низком в выводе 2, выход на таймере будет низким.
3. Вывод 3 (выход). Выходы 3 и 7 располагаются в фазе. Подавая высокое напряжение с показателем примерно 2 В и низкое с 0,5 В будет получаться до 200 мА.
4. Вывод 4 (сброс). Подача напряжения на этот выход низка, несмотря на режим работы таймера 555. Во избежание случайных сбросов, следует производить подключение этого выхода к плюсовой стороне при использовании.
5. Вывод 5 (контроль). Он открывает доступ к Это вывод в российской электронике не применяется, но при его подключении можно достичь широких возможностей управления устройством 555.
6. Вывод 6 (остановка). Входит в компаратор 1. Он противоположен выводу 2, применим для остановки устройства. При этом получается низкое напряжение. Это вывод может принимать синусоидальные и прямоугольные импульсы.
7. Вывод 7 (разряд). Он подсоединяется к транзисторному коллектору Т6, а эмиттер последнего заземлен. При открытом транзисторе конденсатор разряжается до его закрытия.
8. Вывод 8 (плюсовая сторона питания), которая составляет от 4,5 до 18 В.

Применение выхода Output

Выход 3 (Output) может пребывать в двух состояниях:

1. Осуществляется подключение цифрового выхода прямо к входу другого драйвера на цифровой основе. Цифровой выход может осуществлять управление другими устройствами при посредстве нескольких дополнительных составляющих (напряжение источника питания равно 0 В).
2. Показатель напряжения во втором состоянии высок (Vcc на источнике питания).

Возможности агрегата

1. При понижении напряжения в Output ток направляется через устройство и осуществляет его подключение. Это и есть понижение, так как ток производится из Vcc и проходит сквозь агрегат до 0 В.
2. При возрастании Output ток, проходя через прибор, обеспечивает его включение. Этот процесс можно назвать источником текущих. Электроэнергия в этом случае производится от таймера и идет через прибор до 0 В.

Возрастание и понижение могут функционировать вместе. Таким образом достигается поочередное включение и выключение прибора. Такой принцип применим при функционировании ламп на светодиодах, реле, двигателей, электромагнитов. К минусам такого свойства можно отнести то, что прибор надо подключать к Output разными способами, так как выход 3 может выступать как в роли потребителя, так и в роли источника тока до 200 мА. Используемый блок питания дожжен подать достаточный ток для обоих устройств и таймера 555.

Микросхема LM555

Микросхема 555 Даташит (LM555) обладает широкими функциональными возможностями.

Она используется от генераторов прямоугольных импульсов с изменяемым показателем скважности и реле и задержкой срабатывания до сложных конфигураций ШИМ генераторов. Микросхема 555 цоколевка и внутреннее строение отражены на рисунке.

Уровень точности приспособления равен 1% от расчетного показателя, что является оптимальным. На такой агрегат, как NE 555 микросхема даташит, не воздействуют температурные условия окружающей среды.

Аналоги микросхемы NE555

Микросхема 555, аналог которой в России был назван КР1006ВИ1, представляет интегральное устройство.

Среди рабочих блоков следует выделить RS-триггер (DD1), компараторы (DA1 и DA2), на выходе, основанный на двухтактной системе и дополняющий транзистор VT3. Назначение последнего заключается в сбросе задающего время конденсатора при использовании агрегата в роли генератора. Сбрасывание триггера происходит при подаче логической единицы (Юпит/2…Юпит) на входы R.

В случае сброса триггера на выходе устройства (вывод 3) будет наблюдаться низкий показатель напряжения (транзистор VT2 открыт).

Уникальность схемы 555

При функциональной схеме устройства очень трудно понять, в чем же заключается ее необычность. Оригинальность устройства состоит в том, что оно обладает особым управлением триггера, а именно формирует управляющие сигналы. Их создание происходит на компараторах DA1 и DA2 (на один из входов, на который подано опорное напряжение). Для формирования управляющих сигналов на входах триггера (выходах компараторов) следует получить сигналы с высоким напряжением.

Как произвести запуск устройства?

Чтобы запустить таймер, на выход 2 надо подать напряжение с показателем от 0 до 1/3 Юпит. Этот сигнал способствует срабатыванию триггера, и при выходе создается сигнал с высоким напряжением. Сигнал выше предельного показателя не вызовет каких-либо изменений в схеме, так как опорное напряжение для компаратора равно DA2 и составляет 1/3 Юпит.

Остановить таймер можно при сбрасывании триггера. С этой целью напряжение на выходе 6 должно превышать показатель 2/3 Юпит (опорное напряжение для компаратора DA1 составляет 2/3 Юпит). При сбросе установится сигнал с низким напряжением и разряд конденсатора, задающего время.

Регулировать опорное напряжение можно посредством подключения дополнительного сопротивления или источника питания к выводу агрегата.

В последнее время среди владельцев автомобилей стало модным сматывать на спидометре пройденный машиной километраж.

Многие интересуются, подмотка спидометра на 555 микросхеме выполнима ли самостоятельно?

Эта процедура не представляет особой трудности. Для его изготовления используется микросхема 555, которая может функционировать в качестве Отдельные составляющие схемы можно брать с показателями, отклоняющимися на 10-15 % от расчетных значений.

Часть первая. Теоретическая.

Наверное нет такого радиолюбителя, который не использовал бы в своей практике эту замечательную микросхему. Ну а уж слышали о ней так точно все.

Её история началась в 1971 году, когда компания Signetics Corporation выпустила микросхему SE555/NE555 под названием "Интегральный таймер" (The IC Time Machine ).
На тот момент это была единственная "таймерная" микросхема доступная массовому потребителю. Сразу после поступления в продажу микросхема завоевала бешеную популярность и среди любителей и среди профессионалов. Появилась куча статей, описаний, схем, использующих сей девайс.

За прошедшие 35 лет практически каждый уважающий себя производитель полупроводников считал свои долгом выпустить свою версию этой микросхемы, в том числе и по более современным техпроцессам. Например, компания Motorola выпускает CMOS версию MC1455. Но при всем при этом в функциональности и расположении выводов никаких различий у всех этих версий нет. Все они полные аналоги друг друга.

Наши отечественные производители тоже не остались в стороне и выпускают эту микросхему под названием КР1006ВИ1.

А вот список заморских производителей, которые выпускают таймер 555 и их коммерческие обозначения:

В некоторых случаях указано два названия. Это означает, что выпускается две версии микросхемы - гражданская, для коммерческого применения и военная. Военная версия отличается большей точностью, широким диапазоном рабочих температур и выпускается в металлическом или керамическом корпусе. Ну и дороже, разумеется.

Начнем с корпуса и выводов.

Микросхема выпускается в двух типах корпусов - пластиковом DIP и круглом металлическом. Правда, в металлическом корпусе она все же выпускалась - сейчас остались только DIP-корпуса. Но на случай, если вам вдруг достанется такое счастье, привожу оба рисунка корпуса. Назначения выводов одинаковые в обоих корпусах. Помимо стандартных, выпускается еще две разновидности микросхем - 556 и 558. 556 - это сдвоенная версия таймера, 558 - счетверенная.

Функциональная схема таймера показана на рисунке прямо над этим предложением.
Микросхема содержит около 20 транзисторов, 15 резисторов, 2 диода. Состав и количество компонентов могут несущественно меняться в зависимости от производителя. Выходной ток может достигать 200 мА, потребляемый - на 3- 6 мА больше. Напряжение питания может изменяться от 4,5 до 18 вольт. При этом точность таймера практически не зависит от изменения напряжения питания и составляет 1% от расчетного. Дрейф составляет 0,1%/вольт, а температурный дрейф - 0,005%/С.

Теперь мы посмотрим на принципиальную схему таймера и перемоем ему кости, вернее ноги - какой вывод для чего нужен и что все это значит.

Итак, выводы:

1. Земля. Особо комментировать тут нечего - вывод, который подключается к минусу питания и к общему проводу схемы.

2. Запуск. Вход компаратора №2. При подаче на этот вход импульса низкого уровня (не более 1/3 Vпит) таймер запускается и на выходе устанавливается напряжение высокого уровня на время, которое определяется внешним сопротивлением R (Ra+Rb, см. функциональную схему) и конденсатором С - это так называемый режим моностабильного мультивибратора. Входной импульс может быть как прямоугольным, так и синусоидальным. Главное, чтобы по длительности он был короче, чем время заряда конденсатора С. Если же входной импульс по длительности все-таки превысит это время, то выход микросхемы будет оставаться в состоянии высокого уровня до тех пор, пока на входе не установится опять высокий уровень. Ток, потребляемый входом, не превышает 500нА.

3. Выход. Выходное напряжение меняется вместе с напряжением питания и равно Vпит-1,7В (высокий уровень на выходе). При низком уровне выходное напряжение равно примерно 0,25в (при напряжении питания +5в). Переключение между состояниями низкий - высокий уровень происходит приблизительно за 100 нс.

4. Сброс. При подаче на этот вывод напряжения низкого уровня (не более 0,7в) происходит сброс выхода в состояние низкого уровня не зависимо от того, в каком режиме находится таймер на данный момент и чем он занимается. Reset, знаете ли, он и в Африке reset. Входное напряжение не зависит от величины напряжения питания - это TTL-совместимый вход. Для предотвращения случайных сбросов этот вывод настоятельно рекомендуется подключить к плюсу питания, пока в нем нет необходимости.

5. Контроль. Этот вывод позволяет получить доступ к опорному напряжению компаратора №1, которое равно 2/3Vпит. Обычно, этот вывод не используется. Однако его использование может весьма существенно расширить возможности управления таймером. Все дело в том, что подачей напряжения на этот вывод можно управлять длительностью выходных импульсов таймера и таким образом, забить на RC времязадающую цепочку. Подаваемое напряжение на этот вход в режиме моностабильного мультивибратора может составлять от 45% до 90% напряжения питания. А в режиме мультивибратора от 1,7в до напряжения питания. При этом мы получаем ЧМ (FM) модулированный сигнал на выходе. Если же этот вывод таки не используется, то его рекомендуется подключить к общему проводу через конденсатор 0,01мкФ (10нФ) для уменьшения уровня помех и всяких других неприятностей.

6. Останов. Этот вывод является одним из входов компаратора №1. Он используется как эдакий антипод вывода 2. То есть используется для остановки таймера и приведения выхода в состояние (Мяу! Тихой паники?! ) низкого уровня. При подаче импульса высокого уровня (не менее 2/3 напряжения питания), таймер останавливается, и выход сбрасывается в состояние низкого уровня. Так же как и на вывод 2, на этот вывод можно подавать как прямоугольные импульсы, так и синусоидальные.

7. Разряд. Этот вывод подсоединен к коллектору транзистора Т6, эмиттер которого соединен с землей. Таким образом, при открытом транзисторе конденсатор С разряжается через переход коллектор-эмиттер и остается в разряженном состоянии пока не закроется транзистор. Транзистор открыт, когда на выходе микросхемы низкий уровень и закрыт, когда выход активен, то есть на нем высокий уровень. Этот вывод может также применяться как вспомогательный выход. Нагрузочная способность его примерно такая же, как и у обычного выхода таймера.

8. Плюс питания. Как и в случае с выводом 1 особо ничего не скажешь. Напряжение питания таймера может находиться в пределах 4,5-16 вольт. У военных версий микросхемы верхний диапазон находится на уровне 18 вольт.

Итак, предположим, что мы подали питание на микросхему. Вход находится в состоянии высокого уровня, на выходе - низкий уровень, конденсатор С разряжен. Все спокойно, все спят. И тут БАХ - мы подаем серию прямоугольных импульсов на вход таймера. Что происходит?

Первый же импульс низкого уровня переключает выход таймера в состояние высокого уровня. Транзистор Т6 закрывается и конденсатор начинает заряжаться через резистор R. Все то время пока конденсатор заряжается, выход таймера остается во включенном состоянии - на нем сохраняется высокий уровень напряжения. Как только конденсатор зарядится до 2/3 напряжения питания, выход микросхемы выключается и на нем появляется низкий уровень. Транзистор T6 открывается и конденсатор С разряжается.
Однако есть два нюанса, которые показаны на графике пунктирными линиями.

Первый - если после окончания заряда конденсатора на входе сохраняется низкий уровень напряжения - в таком случае выход остается активным - на нем сохраняется высокий уровень до тех пор, пока на входе не появится высокий уровень. Второй - если мы активируем вход Сброс напряжением низкого уровня. В этом случае выход сразу же выключится, не смотря на то, что конденсатор все еще заряжается.
Так, лирическую часть закончили - перейдем к суровым цифрам и расчетам. Как же нам определить время, на которое будет включаться таймер и номиналы RC цепочки, необходимые для задания этого времени? Время, за которое конденсатор заряжается до 63,2% (2/3) напряжения питания называется временной константой, обозначим её буковкой t. Вычисляется это время потрясающей по своей сложности формулой. Вот она: t = R*C , где R - сопротивление резистора в МегаОм-ах, С - емкость конденсатора в микроФарад-ах. Время получается в секундах.

К формуле мы еще вернемся, когда будем подробно рассматривать режимы работы таймера. А сейчас пока посмотрим на простенький тестер для этой микросхемы, который запросто скажет вам - работает ваш экземпляр таймера или нет.

Если после включения питания мигают оба светодиода - значит все хорошо и микросхема во вполне рабочем состоянии. Если же хотя бы один из диодов не горит или наоборот - горит постоянно, значит такую микросхемы можно спустить в унитаз с чистой совестью или вернуть назад продавцу, если вы её только что купили. Напряжение питания - 9 вольт. Например, от батареи "Крона".

Теперь рассмотрим режимы работы этой микросхемы.
Собственно говоря, режимов у нее две штуки. Первый - моностабильный мультивибратор . Моностабильный - потому что стабильное состояние у такого мультивибратора одно - выключен. А во включенное состояние мы его переводим временно, подав на вход таймера какой-либо сигнал. Как уже отмечалось выше, время, на которое мультивибратор переходит в активное состояние, определяется RC цепочкой. Эти свойства могут быть использованы в самых разнообразных схемах. Для запуска чего-либо на определенное время или наоборот - для формирования паузы на заданное время.

Второй режим - это генератор импульсов. Микросхема может выдавать последовательность прямоугольных импульсов, параметры которых определяются все той же RC цепочкой.

Начнем сначала, то есть с первого режима.

Схема включения микросхемы показана на рисунке. RC цепочка включена между плюсом и минусом питания. К соединению резистора и конденсатора подключен вывод 6 - Останов. Это вход компаратора №1. Сюда же подключен вывод 7 - Разряд. Входной импульс подается на вывод 2 - Запуск. Это вход компаратора №2. Совершенно простецкая схема - один резистор и один конденсатор - куда уж проще? Для повышения помехоустойчивости можно подключить вывод 5 на общий провод через конденсатор емкостью 10нФ.
Итак, в исходном состоянии, на выходе таймера низкий уровень - около нуля вольт, конденсатор разряжен и заряжаться не хочет, поскольку открыт транзистор Т6. Это состояние стабильное, оно может продолжаться неопределенно долгое время. При поступлении на вход импульса низкого уровня, срабатывает компаратор №2 и переключает внутренний триггер таймера. В результате на выходе устанавливается высокий уровень напряжения. Транзистор Т6 закрывается и начинает заряжаться конденсатор С через резистор R. Все то время, пока он заряжается, на выходе таймера сохраняется высокий уровень. Таймер не реагирует ни на какие внешние раздражители, буде они поступают на вывод 2. То есть, после срабатывания таймера от первого импульса дальнейшие импульсы не оказывают никакого действия на состояние таймера - это очень важно. Так, что там у нас происходит то? А, да - заряжается конденсатор. Когда он зарядится до напряжения 2/3Vпит, сработает компаратор №1 и в свою очередь переключит внутренний триггер. В результате на выходе установится низкий уровень напряжения, и схема вернется в свое исходное, стабильное состояние. Транзистор Т6 откроется и разрядит конденсатор С.

Время, на которое таймер, так сказать "выходит из себя", может быть от одной миллисекунды до сотен секунд.
Считается оно так: T=1.1*R*C
Теоретически, пределов по длительности импульсов нет - как по минимальной длительности, так и по максимальной. Однако, есть некоторые практические ограничения, которые обойти можно, но сначала стоит задуматься - нужно ли это делать и не проще ли выбрать другое схемное решение.

Перейдем ко второму режиму.

В эту схему добавлен еще один резистор. Входы обоих компараторов соединены и подключены к соединению резистора R2 и конденсатора. Вывод 7 включен между резисторами. Конденсатор заряжается через резисторы R1 и R2.

Теперь посмотрим, что же произойдет, когда мы подадим питание на схему. В исходном состоянии конденсатор разряжен и на входах обоих компараторов низкий уровень напряжения, близкий к нулю. Компаратор №2 переключает внутренний триггер и устанавливает на выходе таймера высокий уровень. Транзистор Т6 закрывается и конденсатор начинает заряжаться через резисторы R1 и R2.

Когда напряжение на конденсаторе достигает 2/3 напряжения питания, компаратор №1 в свою очередь переключает триггер и выключает выход таймер - напряжение на выходе становится близким к нулю. Транзистор Т6 открывается и конденсатор начинает разряжаться через резистор R2. Как только напряжение на конденсаторе опустится до 1/3 напряжения питания, компаратор №2 опять переключит триггер и на выходе микросхемы снова появится высокий уровень. Транзистор Т6 закроется и конденсатор снова начнет заряжаться...

Короче говоря, на выходе мы получаем последовательность прямоугольных импульсов. Частота импульсов, как вы вероятно уже догадались, зависит от величин C, R1 и R2. Определяется она по формуле:

Значения R1 и R2 подставляются в Омах, C - в фарадах, частота получается в Герцах.
Время между началом каждого следующего импульса называется периодом и обозначается буковкой t. Оно складывается из длительности самого импульса - t1 и промежутком между импульсами - t2. t = t1+t2 .
Частота и период - понятия обратные друг другу и зависимость между ними следующая:
f = 1/t .
t1 и t2 разумеется тоже можно и нужно посчитать. Вот так:
t1 = 0.693(R1+R2)C ;
t2 = 0.693R2C ;

Ну, с теоретической частью вроде бы покончили. В следующей части рассмотрим конкретные примеры включения таймера 555 в различных схемах и для самого разнообразного использования.

Микросхема NE555 представляет собой аналоговую интегральную схему, являющуюся универсальным таймером, то есть устройством, предназначенным для формирования (генерирования) одиночных или повторяющихся импульсов со стабильными характеристиками во времени. Микросхема NE555 широко применима в технологиях построения реле времени, генераторов, модуляторов, пороговых устройств и других функциональных узлов электронной техники. На основании данной микросхемы были построены устройства широтно-импульсного регулирования, приборы восстановления искаженного цифрового сигнала, импульсные преобразователи напряжения и др.
Микросхема впервые была выпущена в 1971 году компанией Signetics. Сдвоенная версия NE555 производится с обозначением 556, а счетверенная - 558.

Топология микросхемы NE555 состоит из 2 диодов, 23 транзисторов и 16 резисторов. Выходной ток микросхемы равен 200 мА , в то время как ток ее потребления всего на 3 мА больше. Питается микросхема напряжением в диапазоне от 4,5 до 18 вольт . Однако, на точность таймера NE555, изменение напряжения питания не влияет. Погрешность составляет всего около 1% от расчетного значения.

Блок-схема микросхемы NE555

Назначение выводов микросхемы NE555

Режимы работы микросхемы NE555

Моностабильный генератор

Входной сигнал низкого уровня на входе INPUT (вывод 2) производит переключение таймера микросхемы в режим отсчёта времени, при этом на выходе микросхемы (OUTPUT – вывод 3) наблюдается высокий уровень сигнала. Данное положение таймера длится заданный промежуток времени, который равен t=1,1*R*C . Далее таймер возвращается в стабильное состояние, определяющее низкий уровень сигнала на выходе микросхемы (OUTPUT – вывод 3).

Астабильный генератор

Напряжение на выходе микросхемы (OUTPUT – вывод 3) периодически изменяется. Таким образом, на выходе микросхемы наблюдается сигнал в виде меандра, который может быть описан следующими уравнениями:
Длительность высокого уровня: t1 = ln2*(R1+R2)*C = 0,693*(R1+R2)*C
Длительность низкого уровня: t2=ln2*R2*C2 = 0,693*R2*C2
Период: T=ln2*(R1+2*R2)*C = 0,693*(R1+2*R2)*C
Частота: f=1/(ln2*(R1+2*R2)*C)

Теория и практика применения таймера 555.Часть вторая.

В этой части мы продолжим ездить по вашим мозгам на таймере 555, однако уже с практической точки зрения - рассмотрим конкретные схемы включения микросхемы.
Итак,
Схема 1:

Эта штуковина начинает работать (пищать) если по каким-то причинам станет вдруг темно. То есть, на фоторезистор LDR1 перестанет попадать свет или световой поток уменьшится до некоего критического уровня.

Эта схема предназначена для раздражения слухового нерва в том случае, если напряжение на входе "Контроль" упадет ниже 9 вольт.

Простейший вид узла сигнализации. Если датчик S2 замкнется, на выходе таймера появится высокий уровень и останется таковым, даже если датчик вернется в исходное состояние. Вернуть низкий уровень на выход микросхемы можно кнопкой "Сброс".

Аналогична Схеме 1, правда можно подстраивать частоту тона пищания резистором R2.

Метроном. Издает мерное тикание, чтобы начинающие музыканты не сбивались с ритма, ну или хорошо спали. Частота тиков подстраивается резистором R1.

10-минутный таймер. Запускается нажатием на кнопку "Сброс-запуск", при этом загорается светодиод HL2, например - зеленый. По истечении временного интервала, загорится светодиод HL1, например - красный. Интервал можно подстроить резистором R4.

Триггер Шмидта. Полезная вещь, если вам необходимо получить прямоугольные импульсы из синусоидального сигнала, даже искаженного и зашумленного.

Генератор повышенной точности и стабильности. Частота подстраивается резистором R1. Диоды - любые германиевые. Можно также применить диоды Шоттки.

Детектор пропущенных импульсов. Может пригодиться. Транзистор можно заменить на отечественный КТ3107.

Твухтональная сирена. Занятная схема для экспериментов с включением двух таймеров сразу.

Ну пока все.
Вопросы, как обычно, складываем

Каждый радиолюбитель не раз встречался с микросхемой NE555. Этот маленький восьминогий таймер завоевал колоссальную популярность за функциональность, практичность и простоту использования. На 555 таймере можно собрать схемы самого различного уровня сложности: от простого триггера Шмитта, с обвеской всего в пару элементов, до многоступенчатого кодового замка с применением большого количества дополнительных компонентов.

В данной статье детально ознакомимся с микросхемой NE555, которая, несмотря на свой солидный возраст, по-прежнему остается востребована. Стоит отметить, что в первую очередь данная востребованность обусловлена применением ИМС в схемотехнике с использованием светодиодов.

Описание и область применения

NE555 является разработкой американской компании Signetics, специалисты которой в условиях экономического кризиса не сдались и смогли воплотить в жизнь труды Ганса Камензинда. Именно он в 1970 году сумел доказать важность своего изобретения, которое на тот момент не имело аналогов. ИМС NE555 имела высокую плотность монтажа при низкой себестоимости, чем заслужила особый статус.

Впоследствии её стали копировать конкурирующие производители из разных стран мира. Так появилась отечественная КР1006ВИ1, которая так и осталась уникальной в данном семействе. Дело в том, что в КР1006ВИ1 вход останова (6) имеет приоритет над входом запуска (2). В импортных аналогах других фирм такая особенность отсутствует. Данный факт следует учитывать при разработке схем с активным использованием двух входов.

Однако в большинстве случаев приоритеты не влияют на работу устройства. С целью снижения мощности потребления, ещё в 70-х годах прошлого века был налажен выпуск таймера КМОП-серии. В России микросхема на полевых транзисторах получила название КР1441ВИ1.

Наибольшее применение 555 таймер нашёл в построении схем генераторов и реле времени с возможностью задержки от микросекунд до нескольких часов. В более сложных устройствах он выполняет функции по исключению дребезга контактов, ШИМ, восстановлению цифрового сигнала и так далее.

Особенности и недостатки

Особенностью таймера является внутренний делитель напряжения, который задаёт фиксированный верхний и нижний порог срабатывания для двух компараторов. Ввиду того что делитель напряжения нельзя исключить, а пороговым напряжением нельзя управлять, область применения NE555 сужается.

Таймеры, собранные на КМОП-транзисторах, лишены перечисленных недостатков и не нуждаются в монтаже внешних конденсаторов.

Основные параметры ИМС серии 555

Внутреннее устройство NE555 включает в себя пять функциональных узлов, которые можно видеть на логической диаграмме. На входе расположен резистивный делитель напряжения, который формирует два опорных напряжения для прецизионных компараторов. Выходные контакты компараторов поступают на следующий блок – RS-триггер с внешним выводом для сброса, а затем на усилитель мощности. Последним узлом является транзистор с открытым коллектором, который может выполнять несколько функций, в зависимости от поставленной задачи.

Рекомендуемое напряжение питания для ИМС типа NA, NE, SA лежит в интервале от 4,5 до 16 вольт, а для SE может достигать 18В. При этом ток потребления при минимальном Uпит равен 2–5 мА, при максимальном Uпит – 10–15 мА. Некоторые ИМС 555 КМОП-серии потребляют не более 1 мА. Наибольший выходной ток импортной микросхемы может достигать значения в 200 мА. Для КР1006ВИ1 он не выше 100 мА.

Качество сборки и производитель сильно влияют на условия эксплуатации таймера. Например, диапазон рабочих температур NE555 составляет от 0 до 70°C, а SE555 от -55 до +125°C, что важно знать при конструировании устройств для работы в открытой окружающей среде. Более детально ознакомиться с электрическими параметрами, узнать типовые значения напряжения и тока на входах CONT, RESET, THRES, и TRIG можно в datasheet на ИМС серии XX555.

Расположение и назначение выводов

NE555 и её аналоги преимущественно выпускаются в восьмивыводном корпусе типа PDIP8, TSSOP или SOIC. Расположение выводов независимо от корпуса – стандартное. Условное графическое обозначение таймера представляет собой прямоугольник с надписью G1 (для генератора одиночных импульсов) и GN (для мультивибраторов).

1. Общий (GND). Первый вывод относительно ключа. Подключается к минусу питания устройства.
2. Запуск (TRIG). Подача импульса низкого уровня на вход второго компаратора приводит к запуску и появлению на выходе сигнала высокого уровня, длительность которого зависит от номинала внешних элементов R и С. О возможных вариациях входного сигнала написано в разделе «Одновибратор».
3. Выход (OUT). Высокий уровень выходного сигнала равен (Uпит-1,5В), а низкий – около 0,25В. Переключение занимает около 0,1 мкс.
4. Сброс (RESET). Данный вход имеет наивысший приоритет и способен управлять работой таймера независимо от напряжения на остальных выводах. Для разрешения запуска необходимо, чтобы на нём присутствовал потенциал более 0,7 вольт. По этой причине его через резистор соединяют с питанием схемы. Появление импульса менее 0,7 вольт запрещает работу NE555.
5. Контроль (CTRL). Как видно из внутреннего устройства ИМС он напрямую соединен с делителем напряжения и в отсутствие внешнего воздействия выдаёт 2/3 Uпит. Подавая на CTRL управляющий сигнал, можно получить на выходе модулированный сигнал. В простых схемах он подключается к внешнему конденсатору.
6. Останов (THR). Является входом первого компаратора, появление на котором напряжения более 2/3Uпит останавливает работу триггера и переводит выход таймера в низкий уровень. При этом на выводе 2 должен отсутствовать запускающий сигнал, так как TRIG имеет приоритет перед THR (кроме КР1006ВИ1).
7. Разряд (DIS). Соединен напрямую с внутренним транзистором, который включен по схеме с общим коллектором. Обычно к переходу коллектор-эмиттер подключают времязадающий конденсатор, который разряжается, пока транзистор находится в открытом состоянии. Реже используется для наращивания нагрузочной способности таймера.
8. Питание (VCC). Подключается к плюсу источника питания 4,5–16В.

Режимы работы NE555

Таймер 555 серии работает в одном из трёх режимов, рассмотрим их более детально на примере микросхемы NE555.

Одновибратор

Принципиальная электрическая схема одновибратора приведена на рисунке. Для формирования одиночных импульсов, кроме микросхемы NE555, понадобится сопротивление и полярный конденсатор. Схема работает следующим образом. На вход таймера (2) подают одиночный импульс низкого уровня, который приводит к переключению микросхемы и появлению на выходе (3) высокого уровня сигнала. Продолжительность сигнала рассчитывается в секундах по формуле:

По истечении заданного времени (t) на выходе формируется сигнал низкого уровня (исходное состояние). По умолчанию вывод 4 объединен с выводом 8, то есть имеет высокий потенциал.

Во время разработки схем нужно учесть 2 нюанса:

1. Напряжение источника питания не влияет на длительность импульсов. Чем больше напряжение питания, тем выше скорость заряда времязадающего конденсатора и тем больше амплитуда выходного сигнала.
2. Дополнительный импульс, который можно подать на вход после основного, не повлияет на работу таймера, пока не истечет время t.

На работу генератора одиночных импульсов можно влиять извне двумя способами:

• подать на Reset сигнал низкого уровня, который переведёт таймер в исходное состояние;
• пока на вход 2 поступает сигнал низкого уровня, на выходе будет оставаться высокий потенциал.

Таким образом, с помощью одиночных сигналов на входе и параметров времязадающей цепочки можно получать на выходе импульсы прямоугольной формы с чётко заданной длительностью.

Мультивибратор

Мультивибратор представляет собой генератор периодических импульсов прямоугольной формы с заданной амплитудой, длительностью или частотой, в зависимости от поставленной задачи. Его отличие от одновибратора состоит в отсутствии внешнего возмущающего воздействия для нормального функционирования устройства. Принципиальная схема мультивибратора на базе NE555 показана на рисунке.

В формировании повторяющихся импульсов участвуют резисторы R 1 , R 2 и конденсатор С 1 . Время импульса (t 1), время паузы(t 2), период (T) и частоту (f) рассчитывают по нижеприведенным формулам: Из данных формул несложно заметить, что время паузы не сможет превысить время импульса, то есть достичь скважности (S=T/t 1) более 2 единиц не удастся. Для решения проблемы в схему добавляют диод, катод которого соединяют с выводом 6, а анод с выводом 7.

В datasheet на микросхемы часто оперируют величиной, обратной скважности - Duty cycle (D=1/S), которую отображают в процентах.

Схема работает следующим образом. В момент подачи питания конденсатор С 1 разряжен, что переводит выход таймера в состояние высокого уровня. Затем С 1 начинает заряжаться, набирая ёмкость до верхнего порогового значения 2/3 U ПИТ. Достигнув порога ИМС переключается, и на выходе появляется низкий уровень сигнала. Начинается процесс разряда конденсатора (t 1), который продолжается до нижнего порогового значения 1/3 U ПИТ. По его достижении происходит обратное переключение, и на выходе таймера устанавливается высокий уровень сигнала. В результате схема переходит в автоколебательный режим.

Прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером

Внутри таймера NE555 встроен двухпопроговый компаратор и RS-триггер, что позволяет реализовывать прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером на аппаратном уровне. Входное напряжение делится компаратором на три части, при достижении каждой из которых происходит очередное переключение. При этом величина гистерезиса (обратного переключения) равна 1/3 U ПИТ. Возможность применения NE555 в качестве прецизионного триггера востребована в построении систем автоматического регулирования.

3 наиболее популярные схемы на основе NE555

Одновибратор

Практический вариант схемы одновибратора на TTL NE555 приведен на рисунке. Схема питается однополярным напряжением от 5 до 15В. Времязадающими элементами здесь являются: резистор R 1 – 200кОм-0,125Вт и электролитический конденсатор С 1 – 4,7мкФ-16В. R 2 поддерживает на входе высокий потенциал, пока некоторое внешнее устройство не сбросит его до низкого уровня (например, транзисторный ключ). Конденсатор С 2 защищает схему от сквозных токов в моменты переключения.

Активизация одновибратора происходит в момент кратковременного замыкания на землю входного контакта. При этом на выходе формируется высокий уровень длительностью:

t=1,1*R 1 *C 1 =1,1*200000*0,0000047=1,03 c.

Таким образом, данная схема формирует задержку выходного сигнала относительно входного на 1 секунду.

Мигание светодиодом на мультивибраторе

Отталкиваясь от рассмотренной выше схемы мультивибратора можно собрать простую светодиодную мигалку. Для этого к выходу таймера последовательно с резистором подключают светодиод. Номинал резистора находят по формуле:

R=(U ВЫХ -U LED)/I LED ,

U ВЫХ – амплитудное значение напряжения на выводе 3 таймера.

Количество подключаемых светодиодов зависит от типа применяемой микросхемы NE555, её нагрузочной способности (КМОП или ТТЛ). Если необходимо мигать светодиодом мощностью более 0,5 Вт, то схему дополняют транзистором, нагрузкой которого станет светодиод.

Реле времени

Схема регулируемого таймера (электронное реле времени) показана на рисунке.
С её помощью можно вручную задавать длительность выходного сигнала от 1 до 25 секунд. Для этого последовательно с постоянным резистором в 10 кОм устанавливают переменный номиналом в 250 кОм. Ёмкость времязадающего конденсатора увеличивают до 100 мкФ.

Схема работает следующим образом. В исходном состоянии на выводе 2 присутствует высокий уровень (от источника питания), а на выводе 3 низкий уровень. Транзисторы VT1, VT2 закрыты. В момент подачи на базу VT1 положительного импульса по цепи (Vcc-R2-коллектор-эмиттер-общий провод) протекает ток. VT1 открывается и переводит NE555 в режим отсчета времени. Одновременно на выходе ИМС появляется положительный импульс, который открывает VT2. В результате ток эмиттера VT2 приводит к срабатыванию реле. Пользователь может в любой момент прервать выполнение задачи, кратковременно закоротив RESET на землю.

Транзисторы SS8050, приведенные на схеме, можно заменить на КТ3102.

Рассмотреть все популярные схемы на основе NE555 в одной статье невозможно. Для этого существуют целые сборники, в которых собраны практические наработки за всё время существования таймера. Надеемся, что приведенная информация послужит ориентиром во время сборки схем, в том числе нагрузкой которых служат светодиоды.

Читайте так же