Bij het ontwikkelen van elektronische apparaten is het vaak nodig om pulsen van een bepaalde lengte op te wekken of om een rechthoekig signaal te genereren met een bepaalde frequentie en een bepaalde verhouding tussen lengte en pauze. Het zal voor een ervaren ontwerper niet moeilijk zijn om zo'n apparaat op afzonderlijke digitale elementen te ontwerpen, maar het is handiger om hiervoor een gespecialiseerde microschakeling te gebruiken.
Inhoud
Wat is de NE555-chip en waar kan deze worden gebruikt?
De NE555-chip is ontwikkeld in de jaren 70 van de vorige eeuw en is nog steeds erg populair bij professionals en amateurs. Het is een timer in een behuizing met 8 pinnen.Verkrijgbaar in DIP of verschillende Surface Mount (SMD) versies.
De microschakeling bevat twee comparatoren - bovenste en onderste. Aan hun ingangen wordt een referentiespanning gevormd, gelijk aan 2/3 en 1/3 van de voedingsspanning. De verdeler wordt gevormd door weerstanden weerstand 5 kOhm. De comparatoren besturen de RS-flip-flop. Op de uitgang zijn een bufferversterker en een transistorschakelaar aangesloten. Elke comparator heeft één vrije ingang, deze dient voor het leveren van externe stuursignalen. De bovenste comparator wordt geactiveerd wanneer een hoog niveau verschijnt en schakelt de uitgang van de microschakeling naar een laag niveau. De onderste "bewaker" verlaagt de spanning tot onder 1/3 VCC en stelt de timeruitgang in op een logische eenheid.
De belangrijkste kenmerken van de NE555-chip:
De kenmerken van de timer van verschillende fabrikanten kunnen binnen kleine grenzen verschillen, maar niemand heeft fundamentele afwijkingen (behalve microschakelingen van onbekende oorsprong, je kunt er alles van verwachten):
- De voedingsspanning wordt standaard aangegeven van +5 tot +15 V, hoewel de datasheets limieten van 4,5 ... 18 V bevatten.
- De uitgangsstroom is 200 mA.
- De uitgangsspanning is maximaal VCC minus 1,6 V, maar niet minder dan 2 V bij een voedingsspanning van 5 V.
- Stroomverbruik bij 5 V is niet meer dan 5 mA, bij 15 V - tot 13 mA.
- De fout in de vorming van de pulsduur is niet meer dan 2,25%.
- De maximale werkfrequentie is 500 kHz.
Alle parameters zijn gespecificeerd voor een omgevingstemperatuur van +25 °C.
Locatie en doel van pinnen
De timeruitgangen zijn standaard gerangschikt, ongeacht het ontwerp van de behuizing - in oplopende volgorde van de toets tegen de klok in (van bovenaf gezien), van 1 tot 8. Elke uitgang heeft zijn eigen doel:
- GND – gemeenschappelijke voedingskabel van het apparaat.
- TRIG - wanneer een laag niveau wordt toegepast, start het de tweede (lagere volgens het schema) comparator, een logische eenheid verschijnt aan zijn uitgang, die de interne RS-flip-flop op 0 zet. Er is een externe timing RC-schakeling op aangesloten. Heeft voorrang op THR.
- UIT - Uitgang. Het hoge niveau van het signaal is iets lager dan de voedingsspanning, het lage niveau is 0,25 V.
- RESET - resetten. Ongeacht de signalen op andere ingangen, als er een laag niveau is, wordt de uitgang teruggezet naar 0 en wordt de timer uitgeschakeld.
- CTRL - beheer. Het heeft altijd een niveau 2/3 van de stroomrailspanning. Hier kun je een extern signaal aanleggen en daarmee de output moduleren.
- THR - wanneer een hoog niveau verschijnt (meer dan 2/3 van de voeding), wordt de eerste (bovenste volgens het schema) trigger ingesteld op 1 en de interne RS teenslipper gaat in de toestand van een logische eenheid.
- DIS - de ontlading van de tijdsinstellingscondensator. Wanneer een trigger op hoog niveau aan de uitgang verschijnt, wordt de interne transistor geopend en treedt een snelle ontlading op. De timer is klaar voor de volgende bedrijfscyclus.
- VCC - vermogen. Het kan worden gevoed met een spanning van 5 tot 15 V.
Beschrijving van de bedrijfsmodi van de NE555-chip:
Hoewel de architectuur van de timer het mogelijk maakt om deze in verschillende modi te gebruiken, zijn er drie typische werkingsmodi voor de NE555.
Enkele vibrator (stand-by multivibrator)
Start positie:
- ingang 2 hoog logisch niveau;
- aan de ingangen R en S van de trigger - nullen;
- triggeruitgang - 1;
- de ontladingscircuittransistor is open, de condensator C is overbrugd;
- uitgang 3 is niveau 0.
Wanneer een nulniveau verschijnt op ingang 2, schakelt de onderste comparator naar 1, waarbij de trekker wordt omgedraaid naar 0. Er verschijnt een hoog niveau aan de uitgang van de microschakeling.Tegelijkertijd sluit de transistor en stopt met het shunteren van de condensator. Het begint op te laden via weerstand R. Zodra de spanning erover 2/3 van VCC bereikt, zal de bovenste comparator werken, de trigger weer op 1 zetten en de timeruitgang op 0. De transistor wordt ingeschakeld en ontlaadt de capaciteit . Er wordt dus een positieve puls gevormd aan de uitgang, waarvan het begin wordt bepaald door een extern signaal aan ingang 2, en de voltooiing hangt af van de tijd van de condensatorlading, die wordt berekend met de formule t = 1.1⋅R⋅ C.
multivibrator
Wanneer de stroom wordt ingeschakeld, wordt de condensator ontladen, bij ingang 2 (en 6) logische 0, bij de uitgang van timer 1 (dit proces is beschreven in de vorige sectie). Na het opladen van de capaciteit via R1 en R2 tot het niveau van 2/3 VCC, zal een hoog niveau aan ingang 6 uitgang 3 naar nul omdraaien en de ontladingstransistor inschakelen. Maar de condensator wordt niet direct ontladen, maar via R2. Als gevolg hiervan zal het circuit naar zijn oorspronkelijke positie komen en zal de cyclus zich keer op keer herhalen. Uit de beschrijving van het proces blijkt dat de oplaadtijd wordt bepaald door de som van de weerstanden R1, R2 en de capaciteit van de condensator, en de ontlaadtijd wordt ingesteld door R1 en C. In plaats van R1 en R2 je kunt variabele weerstanden plaatsen en snel de frequentie en inschakelduur van de pulsen regelen. Formules voor berekening:
- pulsduur t1=0,693⋅(R1+R2)⋅C;
- pauzeduur t2=0,693⋅R2⋅C;
- pulsherhalingsfrequentie f=1/(0.693(R1+2⋅R2)⋅C.
De pauzetijd mag de pulstijd niet overschrijden. Om deze beperking te omzeilen, worden de ontladings- en laadcircuits gescheiden door een diode in het circuit op te nemen (kathode naar pin 6, anode naar pin 7).
Schmitt trigger
Op de 555-chip kun je een Schmitt-trigger bouwen.Dit apparaat zet een langzaam veranderend signaal (sinusoïde, zaagtand, etc.) om in een blokgolf. Hier worden geen tijdschakelingen gebruikt, het signaal wordt toegevoerd aan ingangen 2 en 6, onderling verbonden. Wanneer de drempel van 2/3 VCC wordt bereikt, schakelt de uitgangsspanning abrupt naar 1, wanneer deze daalt tot het niveau van 1/3, neemt deze ook abrupt af naar nul. De zone van ambiguïteit is 1/3 van de voedingsspanning.
Voor-en nadelen
Het belangrijkste voordeel van de NE555-chip is het gebruiksgemak - om een circuit te bouwen is een kleine binding voldoende, wat zich goed leent voor berekeningen. Tegelijkertijd zijn de kosten van het apparaat laag.
Het belangrijkste nadeel van de timer is de uitgesproken afhankelijkheid van de pulsduur van de voedingsspanning. Dit komt door het feit dat de condensator in het circuit met enkele vibrator of multivibrator wordt opgeladen via een weerstand (of via twee), en de bovenste klem van de weerstand is verbonden met de voedingsbus. De stroom door de weerstand wordt gevormd door de spanning VCC - hoe hoger deze is, hoe groter de stroom, hoe sneller de condensator zal opladen, hoe eerder de comparator zal werken, hoe korter het gegenereerde tijdsinterval zal zijn. Om een onbekende reden staat dit moment niet in de technische documentatie, maar het is wel bekend bij de ontwikkelaars.
Een ander nadeel van de timer is dat de drempelspanningen van de comparatoren worden gevormd door interne delers en niet kunnen worden aangepast. Dit beperkt de toepassingsmogelijkheden van de NE555.
En nog een onaangename eigenschap. In verband met het push-pull-schema voor het bouwen van de eindtrap, op het moment van schakelen (wanneer de bovenste transistor al open is en de onderste nog niet gesloten, of omgekeerd) er is een doorgaande stroompuls. De duur is kort, maar het leidt tot extra verwarming van de microschakeling en veroorzaakt interferentie in de stroomcircuits.
Wat zijn de analogen?
Tijdens het bestaan van de timer is een groot aantal klonen ontwikkeld en vrijgegeven. Ze worden geproduceerd door verschillende bedrijven, maar ze bevatten allemaal het nummer 555. Onder de fabrieken die analogen produceren, zijn er zowel populaire fabrikanten van elektronische componenten als onbekende fabrikanten uit Zuidoost-Azië. Als de eerstgenoemde de opgegeven parameters leveren, hoeven van de laatstgenoemde geen garanties te worden verwacht. Afwijkingen van de aangegeven kenmerken kunnen groot zijn.
In de USSR werd een vergelijkbare timer KR1006VI1 ontwikkeld. De functionaliteit is precies hetzelfde als het origineel, met één uitzondering: de uitvoer 2 heeft voorrang op uitvoer 6 (en niet andersom, zoals NE555). Bij het ontwerpen van schema's moet hiermee rekening worden gehouden. En nog iets: de КР-index betekent dat de microschakeling alleen in het DIP8-pakket wordt geproduceerd.
Voorbeelden van praktisch gebruik
Het toepassingsgebied van de praktische toepassing van de timer is breed; in het kader van deze review zal het niet mogelijk zijn om het onderwerp volledig te behandelen. Maar de meest voorkomende voorbeelden zijn het overwegen waard.
In de enkele vibratormodus op meerdere microschakelingen is het mogelijk om een codeslot te bouwen met een tijdslimiet voor het kiezen van de code. Een andere manier is om het te gebruiken als signaleringsapparaat voor het bereiken van een drempelniveau (verlichting, tankvulniveau, enz.) In combinatie met verschillende sensoren.
In de multivibratormodus (stabiele modus) vindt de timer de breedste toepassing. Op meerdere timers kunt u een slingerschakelaar bouwen met aparte regeling van de knipperfrequentie, aan- en pauzetijd.Het is mogelijk om NE555 als basis voor een tijdrelais te gebruiken en een verbruiker inschakeltijd van 1 tot 25 seconden te vormen. Je kunt een metronoom bouwen voor een muzikant. Dit is de meest gebruikte chipmodus en het is onmogelijk om alle toepassingen te beschrijven.
Als Schmitt-trigger wordt de timer niet vaak gebruikt. Maar in bistabiele modus zonder frequentie-instelelementen, wordt de NE555 gebruikt als een debouncer of een tweeknopsschakelaar in start-stop-modus. In feite wordt alleen de ingebouwde RS-flip-flop gebruikt. Het is ook bekend om een PWM-controller te bouwen op basis van de timer.
Er zijn verzamelingen circuits die verschillende toepassingen van de NE555-timer beschrijven. Ze beschrijven duizenden manieren om de chip te gebruiken. Maar zelfs dit is misschien niet genoeg voor de nieuwsgierige geest van de ontwerper, en hij zal een extra gebruik van de timer vinden dat nog nergens is beschreven. De door de ontwikkelaars van de microschakeling vastgelegde mogelijkheden maken dit mogelijk.
Vergelijkbare artikelen:
