Как работает легендарный таймер NE555. Какие схемы можно собрать на его основе. Почему NE555 до сих пор популярен. В чем преимущества и недостатки таймера 555.
История создания и особенности интегрального таймера NE555
Интегральный таймер NE555 был разработан в 1971 году инженером Хансом Камензиндом и впервые выпущен компанией Signetics в 1972 году. За прошедшие более 50 лет этот таймер стал настоящей легендой электроники. Чем обусловлена такая популярность NE555?
Основные преимущества таймера NE555:
- Простота применения — для работы требуется минимум внешних компонентов
- Универсальность — может работать в различных режимах
- Стабильность параметров при изменении напряжения питания
- Низкая стоимость
- Широкий диапазон напряжений питания (4.5-16 В)
- Выходной ток до 200 мА
- Доступность в различных корпусах
Благодаря этим качествам NE555 до сих пор активно используется как профессионалами, так и радиолюбителями для создания таймеров, генераторов, реле времени и других устройств.
Структурная схема и принцип работы таймера 555
Рассмотрим внутреннее устройство интегрального таймера 555 на примере микросхемы NE555 производства Texas Instruments:
[Здесь должна быть структурная схема NE555]
Основные функциональные блоки:
- Делитель напряжения из трех резисторов
- Два компаратора
- RS-триггер
- Выходной каскад с открытым коллектором
- Транзисторный ключ разряда
Принцип работы таймера 555 основан на заряде и разряде внешнего конденсатора через резисторы. Компараторы сравнивают напряжение на конденсаторе с пороговыми уровнями и управляют RS-триггером, который формирует выходной сигнал.
Основные режимы работы таймера NE555
Интегральный таймер 555 может работать в нескольких основных режимах:
1. Ждущий мультивибратор (одновибратор)
В этом режиме таймер генерирует одиночный импульс заданной длительности по внешнему запускающему сигналу. Длительность выходного импульса определяется RC-цепочкой и не зависит от длительности входного сигнала.
2. Автоколебательный мультивибратор
Таймер работает как генератор прямоугольных импульсов. Частота и скважность определяются внешними резисторами и конденсатором. Возможна модуляция частоты и длительности импульсов.
3. RS-триггер
NE555 может использоваться как RS-триггер с раздельными входами установки и сброса. Это простейшее применение таймера.
4. Триггер Шмитта
В этом режиме таймер преобразует входной сигнал произвольной формы в прямоугольные импульсы. Обеспечивается гистерезис за счет разных порогов переключения.
Схема включения NE555 в режиме ждущего мультивибратора
Рассмотрим работу таймера 555 в режиме ждущего мультивибратора:
[Здесь должна быть схема ждущего мультивибратора на NE555]
Принцип работы:
- При подаче отрицательного импульса на вход TRIG запускается цикл
- Выход переходит в высокий уровень, конденсатор C начинает заряжаться
- Когда напряжение на C достигает 2/3 Vcc, выход переключается в низкий уровень
- Длительность выходного импульса: t = 1.1 * R * C
Таким образом формируется одиночный импульс заданной длительности. Важно, что длительность выходного импульса не зависит от длительности входного запускающего сигнала.
Схема автоколебательного мультивибратора на таймере 555
Для работы NE555 в режиме генератора прямоугольных импульсов используется следующая схема включения:
[Здесь должна быть схема автоколебательного мультивибратора на NE555]
Принцип работы:
- Конденсатор C заряжается через R1 и R2 до уровня 2/3 Vcc
- Срабатывает верхний компаратор, выход переключается в низкий уровень
- C разряжается через R2 до уровня 1/3 Vcc
- Срабатывает нижний компаратор, выход переходит в высокий уровень
- Цикл повторяется
Частота и скважность колебаний определяются номиналами R1, R2 и C:
- Период T = 0.693 * (R1 + 2R2) * C
- Частота f = 1 / T
- Длительность высокого уровня t1 = 0.693 * (R1 + R2) * C
- Длительность низкого уровня t2 = 0.693 * R2 * C
Применение таймера 555 в качестве триггера Шмитта
Интегральный таймер NE555 может использоваться для преобразования входного сигнала произвольной формы в прямоугольные импульсы. Для этого применяется следующая схема включения:
[Здесь должна быть схема триггера Шмитта на NE555]
Принцип работы:
- Входной сигнал подается на соединенные вместе выводы TRIG и THRES
- При превышении верхнего порога 2/3 Vcc выход переключается в низкий уровень
- При снижении ниже порога 1/3 Vcc выход переходит в высокий уровень
- Обеспечивается гистерезис за счет разных порогов переключения
Такое включение позволяет формировать прямоугольный сигнал из входного сигнала произвольной формы, например синусоидального или треугольного. Обеспечивается высокая помехозащищенность.
Повышение помехоустойчивости схем на таймере 555
Несмотря на популярность, схемы на таймере NE555 могут обладать недостаточной помехоустойчивостью. Это связано с высокоимпедансными входами микросхемы. Для повышения помехозащищенности рекомендуется:
- Использовать блокировочные конденсаторы по питанию (0.1 мкФ)
- Подключать к выводу CONT шунтирующий конденсатор 0.01 мкФ
- Минимизировать длину проводников к входам TRIG и THRES
- Применять экранирование входных цепей
- Использовать RC-фильтры на входах
Эти меры позволят существенно повысить устойчивость схем на NE555 к внешним помехам и наводкам.
Преимущества и недостатки таймера 555
Подведем итоги, рассмотрев основные достоинства и ограничения интегрального таймера NE555:
Преимущества:
- Простота применения
- Широкая функциональность
- Низкая стоимость
- Высокая нагрузочная способность выхода
- Стабильность при изменении питания
- Доступность
Недостатки:
- Невысокое быстродействие
- Ограниченная точность
- Чувствительность к помехам
- Значительное энергопотребление
Несмотря на ограничения, простота и универсальность обеспечивают таймеру 555 заслуженную популярность уже более 50 лет. Для многих задач NE555 остается оптимальным выбором.
Заключение
Интегральный таймер NE555 по праву считается легендарной микросхемой. Простота применения, функциональность и доступность обеспечили ему широчайшее распространение. Несмотря на появление более совершенных таймеров, NE555 до сих пор активно используется как профессионалами, так и радиолюбителями.
Мы рассмотрели основные режимы работы и схемы включения таймера 555. Понимание принципов его функционирования позволяет создавать разнообразные устройства — от простейших таймеров до сложных генераторов сигналов. NE555 остается отличным выбором для обучения основам электроники и быстрого прототипирования.
Интегральный таймер NE555 и его применение / Хабр
Когда в 1972 году началось производство микросхемы интегрального таймера NE555, никто не предполагал, что и через пятьдесят лет она не утратит популярности, а к названию таймера будут добавлять слово «легендарный».
В данной публикации мы разберём основные применения легендарного таймера 555 и аккуратно заглянем ему «под капот».
Приведённые в качестве примера схемы и временные диаграммы работы этих схем созданы с помощью SPICE-симулятора TINA TI V9 (версия 9.3.150.328). Модель интегрального таймера NE555 взята из стандартной библиотеки симулятора.
Важная информация: параметры генератора, применённого в примерах с триггером Шмитта и ждущим мультивибратором, задавались через свойства генератора и вызванный оттуда «Редактор сигнала». Анализатор переходных процессов запускался с выбранной опцией «Нулевые начальные условия».
Применение таймера 555 в качестве RS-триггера
Наиболее простым применением интегрального таймера 555 является использование его в качестве RS-триггера. «Классический» RS-триггер имеет два устойчивых состояния, переход между которыми осуществляется подачей управляющих сигналов на входы сброса и установки. Схема включения таймера 555 в качестве RS-триггера приведена ниже:
В качестве входа S (Set, установка) используется вход «TRIG»: при нажатии на кнопку «TRIG» вход микросхемы подключается к общему проводу, а на выходе — устанавливается высокий логический уровень.
В качестве входа R (Reset, сброс) используется вход «THRES»: при нажатии на кнопку «THRES» на вход микросхемы подаётся напряжение питания, а выход микросхемы переходит в сброшенное состояние.
Важным элементом схемы является «подтягивающий» резистор R2. Без него на выходе микросхемы сразу после включения устанавливается высокий логический уровень, и устройство на нажатие кнопок не реагирует. Переходные процессы при включении RS-триггера без «подтягивающего» резистора R2 представлены на графике справа:
При наличии «подтягивающего» резистора на входе «TRIG» на выходе микросхемы при включении устанавливается низкий логический уровень (состояние сброса), а устройство изменяет состояние в зависимости от состояния входов.
Структурная схема таймера 555
Чтобы разобраться с не совсем характерным для «классического» RS-триггера поведением микросхемы, изучим её структурную схему. Для примера возьмём интегральный таймер NE555 производства TI. Выглядит структурная схема достаточно любопытно:
В центре композиции находится асинхронный RS-триггер, к инверсному выходу которого подключён инвертирующий выходной буфер и транзисторный ключ с открытым коллектором. Сброс триггера производится или сигналом низкого логического уровня на входе 4 «RESET», или сигналом высокого логического уровня на выходе верхнего по схеме компаратора. Установка триггера производится сигналом высокого логического уровня на выходе нижнего по схеме компаратора.
Пороги срабатывания компараторов установлены делителем напряжения из трёх резисторов.
Установка RS-триггера происходит при подаче на вход 2 «TRIG» напряжения ниже нижнего порога срабатывания при условии, что на входе «RESET» присутствует напряжение высокого уровня.
Сброс RS-триггера происходит при подаче на вход 6 «THRES» напряжения выше верхнего порога срабатывания при условии, что на входе «RESET» присутствует напряжение высокого уровня, и напряжение на входе «TRIG» — выше нижнего порога срабатывания.
Таким образом, наивысший приоритет имеет вход «RESET», а вход «TRIG» имеет приоритет выше, чем у входа «THRES». При включении NE555 по схеме RS-триггера без «подтяжки» по входу «TRIG» на входе «TRIG» всегда будет присутствовать напряжение ниже нижнего порога срабатывания, а выход будет переходить в состояние сброса только на время подачи сигнала низкого уровня на вход «RESET».
Сразу хочу сделать акцент и заострить внимание: в большинстве источников пороги срабатывания компараторов обозначены как 2/3 Ucc и 1/3 Ucc, а вывод «CONT» используется как выход, зашунтированный конденсатором ёмкостью 0,01 мкФ, или же никуда не подключённый, но с выводом 5 «CONT» не всё так просто.
В datasheet от TI «xx555 Precision Timers. SLFS022I — September 1973 — Revised September 2014» вывод 5 обозначен как I/O, а пороги срабатывания обозначены как «CONT» и «1/2 CONT». Это означает, что уровни порогов срабатывания компараторов не «прибиты намертво» к напряжению питания таймера, а могут варьироваться в широких пределах подачей на вход «CONT» управляющего напряжения. Если управляющее напряжение на вывод 5 не подаётся, он используется как выход «CONT» с подключённым к нему шунтирующим конденсатором 0,01 мкФ, а верхний порог срабатывания в этом случае CONT = 2/3 Ucc.
Применение шунтирующего конденсатора повышает устойчивость работы микросхемы и её помехозащищённость. Также не стоит забывать про подключение к цепям питания микросхемы блокировочных конденсаторов.
Диапазон напряжения питания большинства моделей таймеров 555 серии от 4,5 до 16 В (до 18 В для некоторых моделей), потребляемый ток варьируется от долей до единиц миллиампера (в зависимости от модели), выходной каскад большинства моделей способен выдерживать ток до 200 мА.
Применение таймера 555 в качестве триггера Шмитта
Триггер Шмитта применяется для преобразования входного сигнала непрямоугольной формы в выходной сигнал прямоугольной формы. Характерной особенностью работы триггера Шмитта является наличие гистерезиса, который определяется шириной «окна» между уровнями срабатывания триггера.
Использование таймера 555 в качестве триггера Шмитта является ещё одним из применений этой микросхемы. Для этого надо подать входной сигнал на соединённые вместе входы «TRIG» и «THRES» таймера. Амплитуда и смещение входного сигнала должны быть такими, чтобы сигнал перекрывал «окно», образованное порогами срабатывания компараторов.
На рисунке ниже на вход триггера Шмитта подаётся сигнал треугольной формы с амплитудой 2 В и смещением Uoffset = 2,5 В, равным половине напряжения питания Ucc. Частота сигнала 1000 Гц. При этом верхний порог срабатывания компаратора Ucont = 2/3 Ucc = 3,33 В, а нижний порог срабатывания компаратора 1/2 Ucont = 1/3 Ucc = 1,67 В.
На графике мы видим преобразование входного периодического сигнала треугольной формы в классический меандр с DC = 50 %, где DC — аббревиатура от «duty cycle» (коэффициент заполнения). Входной сигнал может быть любой формы, «треугольник» в качестве входного сигнала был выбран из соображений наглядности.
Попробуем применить вывод 5 «CONT» в качестве входа и подать на него напряжение 4 В от внешнего источника. Изменения выходного сигнала представлены на рисунке ниже:
Мы видим, что при том же периоде выходного сигнала его коэффициент заполнения увеличился. Это связано с тем, что «окно» компаратора сдвинулось вверх и расширилось.
Теперь подадим на вход «CONT» напряжение 2 В:
Коэффициент заполнения уменьшился за счёт того, что «окно» сдвинулось вниз и сузилось.
Вышеприведённые примеры иллюстрируют возможность широтно-импульсной модуляции (ШИМ) входного периодического сигнала напряжением на входе «CONT».
Применение вывода 5 «CONT» в качестве входа также даёт возможность сужения «окна» компаратора для преобразования сигналов с небольшим значением амплитуды. Важно чтобы входной сигнал при этом имел смещение, при котором он оставался бы в рамках напряжения питания таймера.
Применение таймера 555 в качестве мультивибратора
Мультивибратором называют релаксационный генератор с выходным сигналом прямоугольной формы. Релаксационным он является в силу того, что элементы мультивибратора не обладают резонансными свойствами.
Схема мультивибратора на таймере 555 и диаграмма его работы приведены на рисунке ниже:
В момент включения на выходе микросхемы устанавливается высокий логический уровень, транзисторный ключ закрывается, сопротивление выхода «DISC» высокое. Конденсатор C2 заряжается через включённые последовательно резисторы R1 и R2 до напряжения Ucont, на выходе микросхемы устанавливается низкий логический уровень, транзисторный ключ открывается и подключает точку соединения резисторов R1 и R2 к общему проводу.
Конденсатор C2 разряжается через резистор R2, пока напряжение на нём не достигнет уровня 1/2 Ucont, на выходе таймера не установится высокий логический уровень, транзисторный ключ не закроется, и конденсатор снова не начнёт заряжаться через включённые последовательно резисторы R1 и R2.
В режиме автогенерации длительность высокого уровня выходного сигнала мультивибратора на таймере 555 равна:
При этом, длительность низкого уровня сигнала:
а период равен:
Из формул видно, что временные характеристики мультивибратора на таймере 555 определяются номиналами элементов R1, R2, C2 и не зависят от напряжения питания микросхемы.
Подадим на вход «CONT» напряжение 4 В от внешнего источника:
Период выходного сигнала и его коэффициент заполнения увеличились.
При подаче на вход «CONT» напряжения 2 В период выходного сигнала и его коэффициент заполнения уменьшаются:
Можно сделать вывод, что изменение напряжения на входе «CONT» приводит к частотно-импульсной модуляции (ЧИМ) выходного сигнала мультивибратора.
Применение таймера 555 в качестве ждущего мультивибратора
Ждущий мультивибратор (одновибратор) предназначен для формирования импульса определённой длительности по внешнему событию.
Обычно в качестве внешнего события используется замыкание входа «TRIG» на общий провод нажатием кнопки, но мы вместо кнопки в эмуляторе будем использовать генератор сигналов, настроенный на одиночный импульс низкого уровня длительностью 10 мс:
Как видно из временной диаграммы работы ждущего мультивибратора на таймере 555, по получению импульса схема формирует на выходе сигнал длительностью около 2,2 с. Длительность сигнала определяется по формуле:
Хотелось бы заострить внимание на том, что длительность выходного сигнала ждущего мультивибратора на таймере 555 тоже не зависит от напряжения питания.
▍ От автора
В публикации проведён краткий обзор интегрального таймера 555 и его основных применений.
Большинство приведённых в публикации устройств может быть реализовано на микроконтроллерах, но аналоги NE555 по-прежнему выпускаются промышленностью по причине дешевизны и надёжности.
Важной особенностью схем на таймере 555 является то, что временные характеристики этих схем не зависят от напряжения питания, а расчёт этих характеристик производится по простым формулам или диаграммам.
Заслуженной популярностью таймер 555 пользуется у начинающих радиолюбителей: он недорогой, корпус DIP-8 легко устанавливается в беспаечную плату, требуется минимум «обвязки». И что очень важно для мотивации начинающих: схемы на таймере 555 начинают работать сразу после правильной сборки.
Вот пример простейшего генератора на NE555:
А такое реле времени по схеме из раздела про ждущий мультивибратор 12-летний подросток собирает за полчаса:
…и всё это началось пятьдесят лет назад, и, надеюсь, закончится нескоро.
Интегральный таймер NE555 и его применение
Когда в 1972 году началось производство микросхемы интегрального таймера NE555, никто не предполагал, что и через пятьдесят лет она не утратит популярности, а к названию таймера будут добавлять слово «легендарный».
В данной публикации мы разберём основные применения легендарного таймера 555 и аккуратно заглянем ему «под капот».
Приведённые в качестве примера схемы и временные диаграммы работы этих схем созданы с помощью SPICE-симулятора TINA TI V9 (версия 9.3.150.328). Модель интегрального таймера NE555 взята из стандартной библиотеки симулятора.
Важная информация: параметры генератора, применённого в примерах с триггером Шмитта и ждущим мультивибратором, задавались через свойства генератора и вызванный оттуда «Редактор сигнала». Анализатор переходных процессов запускался с выбранной опцией «Нулевые начальные условия».
Применение таймера 555 в качестве RS-триггера
Наиболее простым применением интегрального таймера 555 является использование его в качестве RS-триггера.
«Классический» RS-триггер имеет два устойчивых состояния, переход между которыми осуществляется подачей управляющих сигналов на входы сброса и установки. Схема включения таймера 555 в качестве RS-триггера приведена ниже:
В качестве входа S (Set, установка) используется вход «TRIG»: при нажатии на кнопку «TRIG» вход микросхемы подключается к общему проводу, а на выходе — устанавливается высокий логический уровень.
В качестве входа R (Reset, сброс) используется вход «THRES»: при нажатии на кнопку «THRES» на вход микросхемы подаётся напряжение питания, а выход микросхемы переходит в сброшенное состояние.
Важным элементом схемы является «подтягивающий» резистор R2. Без него на выходе микросхемы сразу после включения устанавливается высокий логический уровень, и устройство на нажатие кнопок не реагирует. Переходные процессы при включении RS-триггера без «подтягивающего» резистора R2 представлены на графике справа:
При наличии «подтягивающего» резистора на входе «TRIG» на выходе микросхемы при включении устанавливается низкий логический уровень (состояние сброса), а устройство изменяет состояние в зависимости от состояния входов.
График переходных процессов при включении RS-триггера с «подтягивающим» резистором представлен ниже:
Структурная схема таймера 555
Чтобы разобраться с не совсем характерным для «классического» RS-триггера поведением микросхемы, изучим её структурную схему. Для примера возьмём интегральный таймер NE555 производства TI. Выглядит структурная схема достаточно любопытно:
В центре композиции находится асинхронный RS-триггер, к инверсному выходу которого подключён инвертирующий выходной буфер и транзисторный ключ с открытым коллектором. Сброс триггера производится или сигналом низкого логического уровня на входе 4 «RESET», или сигналом высокого логического уровня на выходе верхнего по схеме компаратора. Установка триггера производится сигналом высокого логического уровня на выходе нижнего по схеме компаратора.
Пороги срабатывания компараторов установлены делителем напряжения из трёх резисторов. Напряжение верхнего порога срабатывания подаётся на вывод 5 «CONT».
Установка RS-триггера происходит при подаче на вход 2 «TRIG» напряжения ниже нижнего порога срабатывания при условии, что на входе «RESET» присутствует напряжение высокого уровня.
Сброс RS-триггера происходит при подаче на вход 6 «THRES» напряжения выше верхнего порога срабатывания при условии, что на входе «RESET» присутствует напряжение высокого уровня, и напряжение на входе «TRIG» — выше нижнего порога срабатывания.
Таким образом, наивысший приоритет имеет вход «RESET», а вход «TRIG» имеет приоритет выше, чем у входа «THRES». При включении NE555 по схеме RS-триггера без «подтяжки» по входу «TRIG» на входе «TRIG» всегда будет присутствовать напряжение ниже нижнего порога срабатывания, а выход будет переходить в состояние сброса только на время подачи сигнала низкого уровня на вход «RESET».
Сразу хочу сделать акцент и заострить внимание: в большинстве источников пороги срабатывания компараторов обозначены как 2/3 Ucc и ⅓ Ucc, а вывод «CONT» используется как выход, зашунтированный конденсатором ёмкостью 0,01 мкФ, или же никуда не подключённый, но с выводом 5 «CONT» не всё так просто.
В datasheet от TI «xx555 Precision Timers. SLFS022I — September 1973 — Revised September 2014» вывод 5 обозначен как I/O, а пороги срабатывания обозначены как «CONT» и »½ CONT». Это означает, что уровни порогов срабатывания компараторов не «прибиты намертво» к напряжению питания таймера, а могут варьироваться в широких пределах подачей на вход «CONT» управляющего напряжения. Если управляющее напряжение на вывод 5 не подаётся, он используется как выход «CONT» с подключённым к нему шунтирующим конденсатором 0,01 мкФ, а верхний порог срабатывания в этом случае CONT = 2/3 Ucc.
Применение шунтирующего конденсатора повышает устойчивость работы микросхемы и её помехозащищённость. Также не стоит забывать про подключение к цепям питания микросхемы блокировочных конденсаторов.
Диапазон напряжения питания большинства моделей таймеров 555 серии от 4,5 до 16 В (до 18 В для некоторых моделей), потребляемый ток варьируется от долей до единиц миллиампера (в зависимости от модели), выходной каскад большинства моделей способен выдерживать ток до 200 мА.
Применение таймера 555 в качестве триггера Шмитта
Триггер Шмитта применяется для преобразования входного сигнала непрямоугольной формы в выходной сигнал прямоугольной формы. Характерной особенностью работы триггера Шмитта является наличие гистерезиса, который определяется шириной «окна» между уровнями срабатывания триггера.
Использование таймера 555 в качестве триггера Шмитта является ещё одним из применений этой микросхемы. Для этого надо подать входной сигнал на соединённые вместе входы «TRIG» и «THRES» таймера. Амплитуда и смещение входного сигнала должны быть такими, чтобы сигнал перекрывал «окно», образованное порогами срабатывания компараторов.
На рисунке ниже на вход триггера Шмитта подаётся сигнал треугольной формы с амплитудой 2 В и смещением Uoffset = 2,5 В, равным половине напряжения питания Ucc. Частота сигнала 1000 Гц. При этом верхний порог срабатывания компаратора Ucont = 2/3 Ucc = 3,33 В, а нижний порог срабатывания компаратора ½ Ucont = ⅓ Ucc = 1,67 В.
На графике мы видим преобразование входного периодического сигнала треугольной формы в классический меандр с DC = 50%, где DC — аббревиатура от «duty cycle» (коэффициент заполнения). Входной сигнал может быть любой формы, «треугольник» в качестве входного сигнала был выбран из соображений наглядности.
Попробуем применить вывод 5 «CONT» в качестве входа и подать на него напряжение 4 В от внешнего источника. Изменения выходного сигнала представлены на рисунке ниже:
Мы видим, что при том же периоде выходного сигнала его коэффициент заполнения увеличился. Это связано с тем, что «окно» компаратора сдвинулось вверх и расширилось.
Теперь подадим на вход «CONT» напряжение 2 В:
Коэффициент заполнения уменьшился за счёт того, что «окно» сдвинулось вниз и сузилось.
Вышеприведённые примеры иллюстрируют возможность широтно-импульсной модуляции (ШИМ) входного периодического сигнала напряжением на входе «CONT».
Применение вывода 5 «CONT» в качестве входа также даёт возможность сужения «окна» компаратора для преобразования сигналов с небольшим значением амплитуды.
Важно чтобы входной сигнал при этом имел смещение, при котором он оставался бы в рамках напряжения питания таймера.
Применение таймера 555 в качестве мультивибратора
Мультивибратором называют релаксационный генератор с выходным сигналом прямоугольной формы. Релаксационным он является в силу того, что элементы мультивибратора не обладают резонансными свойствами.
Схема мультивибратора на таймере 555 и диаграмма его работы приведены на рисунке ниже:
В момент включения на выходе микросхемы устанавливается высокий логический уровень, транзисторный ключ закрывается, сопротивление выхода «DISC» высокое. Конденсатор C2 заряжается через включённые последовательно резисторы R1 и R2 до напряжения Ucont, на выходе микросхемы устанавливается низкий логический уровень, транзисторный ключ открывается и подключает точку соединения резисторов R1 и R2 к общему проводу. Конденсатор C2 разряжается через резистор R2, пока напряжение на нём не достигнет уровня ½ Ucont, на выходе таймера не установится высокий логический уровень, транзисторный ключ не закроется, и конденсатор снова не начнёт заряжаться через включённые последовательно резисторы R1 и R2.
В режиме автогенерации длительность высокого уровня выходного сигнала мультивибратора на таймере 555 равна:
При этом, длительность низкого уровня сигнала:
а период равен:
Из формул видно, что временные характеристики мультивибратора на таймере 555 определяются номиналами элементов R1, R2, C2 и не зависят от напряжения питания микросхемы.
Подадим на вход «CONT» напряжение 4 В от внешнего источника:
Период выходного сигнала и его коэффициент заполнения увеличились.
При подаче на вход «CONT» напряжения 2 В период выходного сигнала и его коэффициент заполнения уменьшаются:
Можно сделать вывод, что изменение напряжения на входе «CONT» приводит к частотно-импульсной модуляции (ЧИМ) выходного сигнала мультивибратора.
Применение таймера 555 в качестве ждущего мультивибратора
Ждущий мультивибратор (одновибратор) предназначен для формирования импульса определённой длительности по внешнему событию.
Обычно в качестве внешнего события используется замыкание входа «TRIG» на общий провод нажатием кнопки, но мы вместо кнопки в эмуляторе будем использовать генератор сигналов, настроенный на одиночный импульс низкого уровня длительностью 10 мс:
Как видно из временной диаграммы работы ждущего мультивибратора на таймере 555, по получению импульса схема формирует на выходе сигнал длительностью около 2,2 с.
Длительность сигнала определяется по формуле:
Хотелось бы заострить внимание на том, что длительность выходного сигнала ждущего мультивибратора на таймере 555 тоже не зависит от напряжения питания.
▍ От автора
В публикации проведён краткий обзор интегрального таймера 555 и его основных применений. Большинство приведённых в публикации устройств может быть реализовано на микроконтроллерах, но аналоги NE555 по-прежнему выпускаются промышленностью по причине дешевизны и надёжности.
Важной особенностью схем на таймере 555 является то, что временные характеристики этих схем не зависят от напряжения питания, а расчёт этих характеристик производится по простым формулам или диаграммам.
Заслуженной популярностью таймер 555 пользуется у начинающих радиолюбителей: он недорогой, корпус DIP-8 легко устанавливается в беспаечную плату, требуется минимум «обвязки». И что очень важно для мотивации начинающих: схемы на таймере 555 начинают работать сразу после правильной сборки.
Вот пример простейшего генератора на NE555:
А такое реле времени по схеме из раздела про ждущий мультивибратор 12-летний подросток собирает за полчаса:
…и всё это началось пятьдесят лет назад, и, надеюсь, закончится нескоро.
© Habrahabr.ru
Усовершенствованное реле времени на таймере 555
Усовершенствованное реле времени на таймере 555
Микросхема-таймер 555 хорошо подходит для изготовления на её основе недорогого реле времени, однако популярная схема такого реле имеет некоторые недостатки которые не позволяют расширить область применения данного реле времени. О таких недостатках много написано в комментариях на странице electe.blogspot.ru/2014/01/2-555.html. Один из недостатков — это низкая помехоустойчивость, другой — реле не выключается если длительность импульса на входе превышает время задержки. Также у данной микросхемы есть одна интересная особенность которая позволяет упростить и немного удешевить готовое устройство путём уменьшения количества элементов — это достаточно большой максимальный выходной ток для того чтобы многие обмотки реле можно было подключить напрямую к выходу.
Рассмотрим схему:
Рисунок 1 — Усовершенствованное реле времени на таймере 555.
Обмотка реле К1 подключается напрямую к выходу микросхемы! Обратный диод VD1, естественно, тоже нужен. Максимальный выходной ток таймера 555, судя по данным из интернета, больше 100мА поэтому если обмотка реле потребляет меньше то её можно смело подключать напрямую к выходу микросхемы, если больше то нужен подходящий транзистор (как его поставить см. схему на странице по ссылке выше). Главная причина низкой помехоустойчивости в том что в микросхеме 555 имеется два компаратора у которых половина входных выводов выведена наружу а другая подсоединена к внутренним резисторам которые имеют большое активное сопротивление, это хорошо видно на упрощённой схеме данного таймера:
Рисунок 2 — Упрощённая схема таймера 555
Выводы 2, 5 и 6 выведены наружу из за этого, напряжения на них можно задавать как угодно. Ещё один вывод компаратора остаётся внутри но напряжение на нём вряд ли из за наводок сможет хоть как то повлиять на работу таймера.
Вывод 6 подключен к RC-цепи (и так было ранее) поэтому напряжение на нём чётко задано. Вывод 5 можно, на всякий случай, подключить к трём наружным резисторам с небольшим сопротивлением — это должно немного увеличить помехоустойчивость. Вывод 2 обычно подключается через резистор к плюсу питания и через кнопку на землю (0 питания (или минус как его ещё иногда называют)) — обычно это не создаёт проблем т.к. когда кнопка не нажата на 2 выводе напряжение равно напряжению питания, когда нажата на выводе 2 напряжение равно нулю. Однако если подключить длинный провод, кабель и т.д. к выводу 2 то этот провод, кабель и т.д. будет «собирать» всевозможные помехи из окружающего пространства и делать на выводе 2 «чёрт знает» какое напряжение только не то которое надо, поэтому расстояние от вывода 2 до кнопки или того что делает на нём нужное напряжение должно быть как можно меньше а сопротивление резистора который «подтягивает» этот вывод к плюсу (минусу или куда надо если этого не делает другая штука (но в данном случае резистор к плюсу)) тоже должно быть как можно меньше (но не настолько чтобы произошло короткое замыкание при нажатии на кнопку или каким либо другим образом проседания до нуля напряжения в этом месте).
В предыдущей схеме сопротивление этого резистора было 100кОм т.е. побольше для меньшего расхода электроэнергии, в данной схеме это сопротивление 4.7кОм т.е. поменьше для увеличения помехоустойчивости, хотя можно поставить ещё меньше (например если рядом стоит индукционная печь или ещё что либо подобное хотя в таком случае это может не помочь т.к. индукционная печь хорошо плавит металлы). Для устранения ещё одного недостатка поставлен конденсатор C1. Оптрон U1 нужен для того чтобы гальванически развязать цепь управления и реле времени и тем самым повысить помехоустойчивость. При резком включении светодиода оптрона его транзистор открывается и напряжение на его коллекторе резко проседает от чего на выводе 2 возникает низкое напряжение на некоторое небольшое время. Когда конденсатор C1 заряжается напряжение снова становиться равно напряжению питания и даже если держать транзистор открытым вечно то импульс на входе микросхемы всё равно будет коротким и реле выключится после того как пройдёт время задержки.
После того как транзистор закроется конденсатор C1, через некоторое время, разрядится через резисторы R1 и R2 и можно будет запускать таймер снова. При изготовлении платы для реле времени можно использовать двухсторонний стеклотекстолит и сделать все дорожки для всех элементов на одно стороне а другую оставить и припаять к ней 0 питания и соединить его с выводом 1 таймера 555 — это значительно повысит помехоустойчивость (проверено на практике см. видео ниже). Также желательно контакты реле вынести подальше от основной схемы и по возможности не припаивать их на ту же плату на которой располагается микросхема 555. Конечно все эти меры могут не помочь в каких то случаях, но тем не менее они повышают помехоустойчивость, расширяют область применения данного реле времени и доказывают что таймер 555 не плохой, просто его надо уметь использовать!
youtube.com/embed/dGASPCgWWVw?feature=player_embedded»> КАРТА БЛОГА (содержание)
Следующее Предыдущее Главная страница
Подписаться на: Комментарии к сообщению (Atom)
Генератор— Почему два таймера 555 в отдельных подсхемах взаимодействуют между собой? (Полтергейст в макете)
Спросил
Изменено 1 год, 8 месяцев назад
Просмотрено 4k раз
\$\начало группы\$
В качестве введения в электронику я следую книге Чарльза Платта Марка: Электроника (2-е издание).
Каждая цепь работала как положено, до Эксперимент 17: Установите свой тон .
В схеме на рис. 4-37 (стр. 163) используются два таймера 555 в нестабильном режиме (как генераторы).
Выход первого таймера (низкая частота) подключен к управляющему контакту второго таймера (звуковая частота), чтобы генерировать звук сирены… по крайней мере, предположительно!
Минимальный пример
Я сталкивался с различными » удивительными » поведениями этой схемы, и, пытаясь найти выход из этой ситуации, я извлек минимальный пример ниже:
Эта схема представляет собой два таймера 555 в нестабильном режиме, смонтированные как отдельные подсхемы на одной макетной плате. (Я называю их отдельными, потому что, насколько я могу судить, они разделяют только шины питания). Левый таймер должен иметь частоту ~1/10 правого таймера (благодаря левому разрядному резистору , равному 100K, по сравнению с 10K справа) время. Но если я подключу оба одновременно (как показано на картинке выше), то произойдет что-то, что я не могу объяснить:
- Оба начинают мигать синхронно, с высокой частотой (но не совсем со второй частотой таймера, что-то чуть выше).
Я не понимаю, как эти две отдельные подсхемы могут общаться… И, насколько я понимаю эксперимент 17 в книге , они не должны.
Внутри макетной платы живет вредоносное существо и как его назвать?
Иначе какое рациональное объяснение такого поведения?
Дополнительные детали:
- Подаю 9В через какой-то универсальный трансформатор, который обеспечивает достаточно стабильное напряжение.
- Таймеры имеют маркировку
99AG7ZM NE555P - Керамический конденсатор, включенный последовательно с контактом управления, имеет емкость 0,01 мкФ (маркировка: 103), как рекомендовано в книге.
- Конденсатор электролитический 10мкФ 25В
- Я попытался заменить оба таймера другими таймерами (точно такой же модели), что привело к точно такому же поведению.
- Сначала я построил две подсхемы очень близко друг к другу и попробовал другую сборку с большим расстоянием (как на картинках в посте).
Меры
Измерение напряжения на электролитическом (временно-временном) конденсаторе дает значение, колеблющееся между ~3,1 В и ~6 В на каждой подсхеме, что в точности соответствует ожидаемому. Это верно, когда только одна подсхема подключена к шине питания .
Измерение напряжения того же конденсатора в левой подсхеме , когда ОБА таймера подключены к шине питания , дает стабильное напряжение ~ 3,27 В (едва колеблющееся между 3,265 и 3,275). Этого я тоже не могу объяснить (но подозреваю, что это все та же проблема).
Крупные планы
Вот крупный план левой подсхемы:
И правая подсхема:
- генератор
- 555
- развязка
- перекрестные помехи
\$\конечная группа\$
14
\$\начало группы\$
Почему вы не включили C3?
Из книги Чарльза Платта: Электроника (1-е издание):
У всего в электронной схеме есть причина (и Платт объяснил, почему она нужна).
Вы усвоили это на собственном горьком опыте.
Начиная со стр. 155:
Настройте блок питания на 9 вольт. Для этого эксперимента будет удобно, если вы поставите плюс с правой стороны, а минус с левой стороны макетной платы, как показано на рис. 4-14. C3 представляет собой большой конденсатор емкостью не менее 100 мкФ, который подключается к источнику питания, чтобы сгладить его и обеспечить локальное накопление заряда для питания быстро переключающихся цепей, а также для защиты от других переходных провалов напряжения. Хотя 555 не особенно быстро переключается, другие чипы таковы, и вы должны взять за привычку защищать их.
В комментариях и других ответах говорилось, что вы должны использовать развязывающий конденсатор емкостью 0,1 мкФ. Вы, конечно, можете попробовать это, но у вас, похоже, длинный кабель питания, а Platt рекомендует 100 мкФ. Так что начните с малого и увеличивайте, как в эксперименте.
Чтобы заставить его работать, вам нужно соединить цепи через R7.
IC1 запускает IC2.
Почему Чарльз Платт пропустил C3 во втором издании?
Со стр. 99 от Charles Platt’s Make: Electronics (2-е издание):
Универсальный адаптер, такой как на рис. 3-1, является наиболее универсальным вариантом, обеспечивающим переключаемый диапазон выходов. Обычно они включают 3 В, 4,5 В или 5 В, 6 В, 9 В и 12 В. Универсальные адаптеры предназначены для питания небольших устройств, таких как диктофоны, телефоны и медиаплееры. Они могут не обеспечивать идеально плавный или точный выход постоянного тока, но вы должны быть в состоянии самостоятельно сгладить мощность с помощью пары конденсаторов, как я проиллюстрирую, когда мы перейдем к проекту, в котором используется адаптер.
Не уверен, что он сделает это позже в книге. Он рассматривает четыре источника питания: батарея 9 В; универсальный переходник со сглаживающими конденсаторами; стационарный адаптер с регулятором 5В; и настольный блок питания. Он утверждает, что один из последних трех является важным.
Скорее всего, 9-вольтовая батарея разряжается, что влияет на правильную работу цепей.
Он рассматривает более качественные источники питания, поэтому устраняет необходимость в развязывающих конденсаторах. Это действительно зависит от реализации пользователем источника питания и проводки. Он не исключает развязки конденсаторов, а скорее проводит различие между хорошими блоками питания и более плохими.
10 мкФ или 22 мкФ на входе питания и герметичном замыкании помогут в любом случае. 0.1мкФ дополнительно не помешало бы.
\$\конечная группа\$
10
\$\начало группы\$
Когда генераторы работают и включают и выключают светодиоды, они будут создавать пульсации напряжения в источнике питания при изменении потребляемого тока.
Эти пульсации напряжения могут привести к неисправности других устройств на той же шине питания.
Как упоминалось в комментариях, добавьте развязывающий конденсатор между выводами питания на каждом из 555 таймеров. Значение 0,1 мкФ должно быть достаточным. Подключите их как можно ближе к контактам питания 555.
Это сгладит пульсации, которые могут повлиять на вашу схему.
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Они оба подключены к одному источнику питания длинными проводами. Провода имеют индуктивность.
Генераторы 555 генерируют колебания, и когда они переключаются, они могут принимать короткие, но сильные скачки тока от источника питания.
Поскольку индуктивность предотвращает высокочастотные токи, напряжение питания на микросхемах может падать каждый раз, когда они переключаются.
Провалы напряжения питания характерны для обеих микросхем, поэтому на их работу влияют провалы напряжения, независимо от того, какая микросхема вызвала провал.
Эффект аналогичен, например. два метронома идеально синхронизируются при работе на шатком столе, который действует как общая вибрирующая платформа для обоих метрономов.
Источник питания также может быть импульсным источником питания, который может вызывать высокочастотные пульсации напряжения для микросхем.
Шины макета также имеют между собой паразитную индуктивность и паразитную емкость.
Что наиболее важно, микросхемы не имеют конденсаторов шунтирования источника питания между их выводами напряжения питания, которые будут действовать как локальное хранилище энергии, чтобы предотвратить провал локального питания, когда микросхеме требуется быстрый импульс тока. Подойдет даже 10 нФ на каждом чипе, лучше всего попробовать 100 нФ на каждом чипе и, возможно, от 10 до 100 мкФ на входе питания макета для массового хранения.
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
В макетной плате нет полтергейста, полтергейст — это макетная плата, и они печально известны своими паразитными значениями, которые могут создать головную боль для дизайнеров.
Схема выглядит следующим образом:
смоделируйте эту схему – Схема создана с помощью CircuitLab
Сопротивление и индуктивность взяты из макетных шин, не говоря уже о перекрестной емкости между шинами и другими шинами в нФ. Прикинул индуктивность, она может и, вероятно, намного больше. Индуктивность — это то, что убивает схему, потому что, когда любому из таймеров требуется питание, индуктивность макета блокирует его на мгновение (вероятно, в микросекундном диапазоне). Это означает, что вам действительно нужен осциллограф для проверки шин на предмет падения напряжения, а также необходим шунтирующий конденсатор.
\$\конечная группа\$
8
\$\начало группы\$
Предлагаю вам посмотреть это видео с EEVBlog! Он отличный преподаватель, и у него есть целая серия видео о шунтирующих конденсаторах.
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
С добавлением развязывающих и объемных конденсаторов, если у вас есть проблемы с шумами окружающей среды, вы можете использовать IC555, который более устойчив, чем ne555, и с той же распиновкой для легкой замены.
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Как инженер-электрик, я бы сказал, что катушки индуктивности (или добавление ферритовых колец) могут быть полезными. Также измерьте значение постоянного тока блока питания на самих чипах 555 и убедитесь, что P.S. значения номинальные. Помните, длинные тонкие провода от самого блока питания — ваши враги. Наконец, прочитайте на тему «отскок от земли»
\$\конечная группа\$
3
Твой ответ
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но никогда не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.
Замена 555 PIC — Часть 5 — Цифровой аналог
» Перейти к дополнительным материалам
Когда PIC может заменить мини-ноутбук инженера 555
555 Circuits by Forrest M. Mimms, III ©1984. См. также www.forrestmims.org .
В этой последней статье нашей серии будут рассмотрены схемы из «555 микросхем таймеров» Форреста Мимса, которые не были рассмотрены ни в одной из предыдущих четырех статей. Как и в других частях, некоторые будут использовать замену PIC из первой части (декабрь 2016 г.), в то время как другие разработают специальные программы, использующие PIC для эмуляции конкретной реализации 555.
В качестве краткого обзора, первая статья описывает замену 555 общего назначения с использованием микропроцессора: PIC12F1572. Во второй статье были рассмотрены схемы и их эквиваленты PIC, которые использовали 555 в основном как моностабильный мультивибратор.
В части 3 обсуждались менее сложные схемы звукового генератора. Четвертая статья охватывала более сложные схемы звукового генератора.
Там, где я изменил значения компонентов в любых схемах из книги Mims, я показываю исходные значения в скобках. Кроме того, компоненты, отмеченные звездочкой (*), являются дополнительными компонентами и отсутствуют в оригинале.
Mims Circuit 6
Circuit 6 in Схема 1 показывает, что 555 используется в качестве каскадного таймера.
СХЕМА 1. 556 каскадный таймер.
Выход первой секции используется как триггер для второй секции. Триггер для секции 1 по существу имеет емкостную связь, чтобы гарантировать, что ширина входного импульса короче, чем ширина выходного импульса. Резистор R5 предназначен для разрядки C2; Резистор R2 — это подтягивающий резистор, который поддерживает высокий уровень на входе триггера, за исключением случаев, когда сигнал триггера переходит в низкий уровень.
Выход секции 1 (обычно низкий) емкостно связан с триггером секции 2, который также имеет подтяжку.
Операция достаточно проста: от высокого до низкого фронта сигнала запуска секция 1 выдает положительный импульс. В конце импульса нижний фронт запускает секцию 2. Назначение схемы — генерировать выходной сигнал, задержанный по отношению к запускающему импульсу.
Если вам нужна подобная операция, вы можете использовать замену PIC в режиме 1 (однократное срабатывание с задержкой) или в режиме 3 (однократное срабатывание с повторным запуском и задержкой; см. схему 2 ).
| Режим/Диапазон | R2 или R4 | Режим | Диапазон |
| 0 | 0 | Один выстрел | 1 мкс-1 мс |
| 1 | 1,5К | Один выстрел с задержкой | 10 мкс-10 мс |
| 2 | 2,5К | Повторный запуск одного выстрела | 100 мкс-100 мс |
| 3 | 3,5К | Retrig & Dly One Shot | 1 мс-1 с |
| 4 | 4,5К | Нестабильный: время включения и время выключения | 10 мс-10 с |
| 5 | 5,5К | Нестабильный: вовремя и период | 100 мс-100 с |
| 6 | 6,5К | Метроном: количество тактов и темп | 1с-1000с |
| 7 | открыть | (не реализовано) | 10-10 000 с |
СХЕМА 2.
Замена PIC 555.
Я также разработал программу (MSMVx2.asm), которая моделирует два 555, как показано на схеме 3 .
СХЕМА 3. PIC двойной 555 моностабильный.
Оба однократных импульса запрограммированы на запуск по отрицательному фронту, но это легко изменить, изменив одно или оба определения. Также можно включить однократное срабатывание на обоих фронтах, но программу нужно будет немного изменить. Существуют определения, которые позволяют повторно запускать однократные выстрелы.
Оба моностабильных мультивибратора (одновибраторы) используют один из таймеров в PIC для определения длительности импульса. Для однократного импульса 1 используется Таймер 0, а для однократного импульса 2 используется Таймер 2.
Оба однократных импульса имеют ширину импульса примерно 1000:1 благодаря 10-разрядному аналого-цифровому преобразователю. В программе есть определения, которые позволяют изменять разрешение (также изменяет минимальную и максимальную ширину) импульсов.
Mims Circuit 7
Circuit 7 (показан на Схема 4 ) называется интервалометром. Это просто 556 с секцией 1, подключенной как нестабильная, и секцией 2, как моностабильная, управляющая реле. Период секции 1 определяет, как часто реле активируется, а ширина импульса секции 2 определяет продолжительность активации реле.
СХЕМА 4. 556 интервалометр.
На временной диаграмме в книге выходные данные раздела 1 инвертированы. Выход должен отображаться как высокий в течение большей части времени с коротким низким импульсом. Кроме того, 555 (в моностабильном режиме) запускается по отрицательному фронту, который будет показан на диаграмме, если инвертировать верхнюю кривую.
Диоды предназначены для защиты от индуктивного выброса высокого напряжения, возникающего при выключении реле. D1 предотвращает его достижение 555, в то время как D2 должен препятствовать тому, чтобы напряжение на катушке превышало обратное напряжение пробоя диода.
Я считаю, что лучшим местом для D2 было бы то, что показано D3 на схеме 4 . Это зафиксирует высокое напряжение на одном падении диода выше источника питания.
Работу этой схемы можно легко получить, заменив 555 либо в режиме 4, либо в режиме 5. Схема 5 показывает проводку замены 555 для этой эквивалентной схемы (значения резисторов указаны для режима 5). Обратите внимание, что PIC использует транзисторный буфер для управления реле.
СХЕМА 5. PIC 555 замена интервалометра.
Выходной ток PIC ограничен 20 мА, поэтому для большинства реле потребуется буфер. Выберите режим 4, если вы хотите контролировать время выключения реле и его время включения. Выберите режим 5, если вы хотите контролировать период работы реле и время его включения. Это небольшая разница, но она может быть важной в зависимости от приложения.
Также обратите внимание, что схема 555 использует +12 В, в то время как PIC не должен использовать более +5 В.
При желании можно использовать реле более высокого напряжения, просто подключив «верхнюю» сторону реле и катод диода к требуемому напряжению.
Mims Схемы 12, 22 и 23
Схемы на схеме 6 используют 555 в качестве простого генератора импульсов. Для FM-22 и FM-23 единственными различиями являются нагрузки, которыми управляет 555, и компоненты синхронизации.
СХЕМА 6. 555 генератор импульсов.
Его нестабильная работа обсуждалась в предыдущих статьях этой серии, поэтому повторяться здесь не буду. Диапазон частот FM-12 составляет примерно от 1,4 Гц до 300 кГц в зависимости от конденсатора. Я включил электронную таблицу с загрузками статьи (555 Astable.ods), которая вычисляет значения времени на основе трех компонентов времени. Имейте в виду, что при уменьшении сопротивления R1 схема перестанет правильно работать (если R7 = 0).
Я обнаружил, что при C1 = 0,01 мкФ или 0,1 мкФ мне нужно было сделать сопротивление R7 около 390 Ом, чтобы схема работала должным образом при R1 = 0 и VCC = 5 В.
Каждое значение конденсатора дает полосу частот около 400:1.
В этой схеме на выходе очень узкий импульс низкого уровня. Для любого заданного диапазона, определяемого конденсатором, ширина выходного импульса будет фиксированной, если вы не измените значение R2. Применяются следующие формулы:
LowPulseWidth = ln(2) x R2 x C1 = 0,693 x R2 x C1
Период = ln(2) x (R1 + R7 + (2 x R2)) x C1
Из-за допусков компонентов — особенно конденсатора — вы можете использовать либо 0,66 (2/3), либо 0,7 вместо константы, показанной в уравнениях, что достаточно близко для подавляющего большинства приложений.
Значения, показанные на схеме, относятся конкретно к генератору импульсов FM-12. Для FM-22 (светодиодная мигалка) R1 равен 100K, а C1 равен 47 мкФ. Частота вспышки может варьироваться от 0,2 Гц до 8,3 Гц. 2N2222 инвертирует сигнал и заставляет светодиод мигать в течение короткого времени (когда на контакте 5 низкий уровень) примерно на 32 мс.
Поскольку 555 имеет множество возможностей управления, которые могут легко работать со светодиодом напрямую, можно получить те же результаты без транзистора, используя альтернативную схему светодиода, показанную на рамке.
Значение R6 (как и R4) следует рассчитывать исходя из напряжения питания и тока, необходимого для светодиода. Значения, показанные для R6, вызывают около 5 мА через LED2 при двух крайних значениях напряжения.
Любопытно, что исходная схема с транзистором потребляет примерно одинаковую величину тока независимо от состояния светодиода. Альтернативная схема (без транзистора) потребляет очень мало тока, когда светодиод выключен.
FM-23 — это мощный диммер лампы на полевых транзисторах (с использованием R5, Q2 и DS1) с R1 = 1K или 5K и C1 = 0,047 мкФ. Здесь снова фиксируется время низкого уровня выхода (Q2 выключен); на этот раз около 32 мкс. Эта реализация также имеет фиксированный резистор на 390 Ом, включенный последовательно с потенциометром, что позволяет настроить потенциометр на ноль Ом (без повреждения 555 или нарушения работы схемы). Это даст близкий к 50% рабочий цикл.
Частота достаточно высока, чтобы казалось, что лампа горит постоянно с разной интенсивностью.
Однако, поскольку рабочий цикл ограничен минимум 50%, вы не сможете полностью отключить его. Строго говоря, R5 не нужен, но я бы предпочел, чтобы затвор полевого транзистора не плавал во время сборки схемы.
Как правило, схема ШИМ работает с постоянным периодом, в то время как время включения и время отключения изменяются. В этой схеме время выключения остается постоянным, в то время как время включения и период изменяются, так что более длительные периоды приводят к более высоким рабочим циклам. В обоих случаях важен рабочий цикл. Чем выше рабочий цикл (длиннее время высокого выходного сигнала), тем ярче лампа.
Схема Схема 2 может быть использована в качестве основы для всех трех вышеперечисленных схем, использующих либо режим 4, либо режим 5. Преимущество этой схемы заключается в возможности независимой модификации как времени включения, так и времени выключения (или периода). ), а его рабочий цикл может составлять от 0,1% до 99,9%. В таблице на схеме показаны номиналы резисторов, необходимые для различных диапазонов и режимов работы.
Примечание для диммера лампы: Частоты выше 60 Гц обычно незаметны для большинства людей.
В недавнем проекте я использовал ШИМ для управления двигателем вентилятора постоянного тока. Схема 7 показывает реализованную мной схему драйвера.
СХЕМА 7. Драйвер затвора FET.
Я использовал схему Schematic 2 и этот драйвер для очень плавного управления скоростью. Я поставил замену PIC 555 на режим 5 с периодом около 30 мкс. Причиной относительно высокой частоты был тип используемого двигателя. Более низкие частоты, как правило, заставляли двигатель вибрировать.
IXDD609 является драйвером затвора полевого транзистора и необходим для преодоления емкости затвора полевого транзистора. Без этого драйвера время нарастания и спада на входе затвора было достаточно медленным, поэтому полевой транзистор медленно включался и выключался и сильно нагревался. С драйвером полевой транзистор даже не нагревается при работе пятиамперного двигателя на полной скорости.
Есть одно предостережение: напряжение питания IXDD или любого другого драйвера полевого транзистора, который вы используете, не должно превышать максимальное напряжение VGS полевого транзистора (или максимальное напряжение микросхемы драйвера), но при этом оставаться достаточно высоким для обеспечения полного оборота. -на полевом транзисторе.
Я использовал диод Шоттки, потому что он быстрее, чем обычный силовой диод, и имеет меньшее прямое падение напряжения, что приводит к меньшему рассеиванию мощности. В этом приложении диод нагревается сильнее, чем полевой транзистор. Я поставил и диод, и полевой транзистор на радиаторы.
Mims Circuit 24
Детектор света/темноты, показанный на схеме 8 , использует фоторезистор, подключенный к входу сброса, в качестве затвора для 555, подключенного как нестабильный мультивибратор.
СХЕМА 8. 555 детектор света/темноты.
Вход сброса должен быть высоким, чтобы 555 мог колебаться.
Положение переключателя определяет, включается ли 555, когда свет попадает на фоторезистор (более низкое сопротивление при воздействии света) или не попадает на него.
Порог входа сброса составляет около 1 В, но входное сопротивление будет различаться в зависимости от полупроводникового процесса, используемого для детали: МОП или биполярный. Использование МОП-компонента (входной ток около 10 Па) позволяет выбрать фоторезистор с более высоким сопротивлением во включенном и выключенном состояниях. Если вы используете биполярную часть, вам понадобится фоторезистор с более низкими значениями сопротивления, и вам может потребоваться уменьшить R3.
Вы также можете использовать схему Схема 2 для этого приложения в любом из нестабильных режимов (4 или 5). Та же схема фоторезистора также может использоваться для управления входом затвора/триггера (RA3).
Mims Circuit 25
Схема 9A — инфракрасная охранная сигнализация. U1 настроен как нестабильный мультивибратор с частотой около 6 Гц, период = 166 мс.
Светодиод будет включен, когда выход низкий; около 3,2 мс. U2 настроен как моностабильный мультивибратор (одновибратор) с временем включения почти 52 мс.
СХЕМА 9. 555 инфракрасная охранная сигнализация.
Когда вставка установлена, Q1 будет выключен, что приведет к удержанию Q2 в выключенном состоянии, а триггерный вход U2 будет удерживаться на высоком уровне. При высоком уровне триггера выходной сигнал будет низким, и зуммер будет выключен. Когда вставка будет удалена, U2 сработает, а Q2 включится синхронно с выходом U1, в результате чего однократный (U2) выход станет высоким.
Конденсатор C2 будет заряжаться до тех пор, пока не достигнет порогового напряжения, при котором выход выключится и включится разрядная цепь. Зуммер в этой схеме должен быть с внутренним приводом.
Поскольку я не был уверен в функции Q2, я проверил работу этой схемы, запустив триггерную схему U2 непосредственно от PIC 555 в режиме 4, диапазоне 2 и времени выключения около 3 мс.
Когда триггер переходит в низкий уровень (имитация извлечения вставки и включения LED1), срабатывает U2, включается Q2, отключается разрядная цепь 555 и включается зуммер на время цикла заряда C2.
При показанных значениях компонентов удаление Q2 не влияет на схему. Выходное низкое время U1 достаточно короткое (3,3 мс), поэтому Q2 не влияет на зарядку C2. Если время низкого уровня на выходе U1 увеличивается до 6 мс или больше, Q2 начинает влиять на время заряда C2; см. Рисунок 1 .
РИСУНОК 1. 555 нестабильный цикл заряда конденсатора.
Область, обведенная красным, показывает плато, вызванное Q2, который ограничивает напряжение конденсатора примерно до 0,5 В. Поскольку плато не начинается примерно через 5 мс после триггера, оно не возникает при длительности триггерного импульса менее 5 мс.
После снятия триггера Q2 выключится, позволяя C2 завершить зарядку до порогового напряжения и отключить выход.
На схеме 9B показана другая возможная реализация. Он похож на FM-24 тем, что вход Reset используется как гейт для нестабильного мультивибратора.
Я также изменил работу так, чтобы частота 555 составляла около 500 Гц, поэтому зуммер должен иметь внешний привод. В этом случае зуммер будет звучать непрерывно, когда вставка будет удалена.
Если вы хотите пульсирующий звук, то вам следует изменить компоненты синхронизации (R8 = 47K, R9= 15K, C4 = 4,7 мкФ) и используйте зуммер с внутренним приводом.
Вы можете легко использовать схему PIC 555 Схема 2 для этого приложения. Используйте схему, показанную на схеме 9C , для управления входом MCLR и используйте режим 4. Вы можете настроить схему на непрерывный или пульсирующий тон, как описано для реализации 555 в предыдущем абзаце.
Мим-схемы 26 и 27
Две схемы, показанные на схеме 10 , представляют собой аналоговый передатчик и приемник световых волн.
СХЕМА 10. 555 аналоговый передатчик и приемник световых волн.
Схема передатчика представляет собой простой нестабильный мультивибратор 555, выходной период которого зависит от значения R1. Если вы используете фоторезистор для R1, частота будет меняться в зависимости от количества света, попадающего на него. Чем выше интенсивность света, тем меньше сопротивление, что дает более высокие частоты.
Часть 555 приемника идентична с несколькими незначительными различиями в значениях компонентов частотомера FM-13, обсуждавшегося во второй части этой серии. Операционный усилитель предназначен для усиления сигнала от фототранзистора, чтобы можно было обрабатывать относительно слабые сигналы. Схема ОУ может быть устранена, если транзистор находится рядом с ИК-диодом.
Работа схемы такова, что счетчик — при калибровке с помощью R109 — будет показывать частоту потока импульсов передатчика. R104 используется для настройки точки отключения 1458b, который используется в качестве компаратора.
Есть одна небольшая проблема со схемой: в спецификациях 1458 указано, что минимальное напряжение между контактами питания составляет 10 В. Схема, вероятно, будет работать при напряжении 9 В, но оно может быть предельным. Текст в книге предполагает, что 741 могут быть заменены на 1458; тем не менее, 741 указывает минимальное питание ± 10 В или, при использовании с одним источником питания, 20 В.
На схеме 11 показана альтернативная схема операционного усилителя. Базовая схема осталась прежней, за исключением того, что операционный усилитель был заменен одним из многих доступных сегодня операционных усилителей, работающих от сети к сети, которые не были доступны, когда была написана серия Engineer’s Workbook .
СХЕМА 11. Альтернативный буфер операционного усилителя.
Эта схема имеет две дополнительные функции для секции 2 операционного усилителя: для установки точки срабатывания не требуется потенциометр; и некоторый гистерезис (около 100 мВ) для небольшой помехоустойчивости.
Показанный операционный усилитель имеет максимальное напряжение питания 6 В. Тем не менее, существует множество операционных усилителей с однофазным напряжением питания, которые имеют более широкий диапазон напряжений питания и также могут работать в этой схеме.
Вместо 555 можно использовать две замены PIC. Используйте таблицу, показанную на схеме 2 , чтобы выбрать соответствующие режимы, диапазон и характеристики импульса. Для передатчика (как и в реализации 555) периодом вывода можно управлять с помощью фоторезистора как одной ветви делителя напряжения.
Однако с помощью этой схемы вы можете так же легко управлять входом времени выключения от источника напряжения. Например, вы можете использовать фотоэлемент, выходное напряжение которого зависит от интенсивности света.
Схема 12A является примером передатчика с заменой PIC 555 и фотоэлементом. Схема представляет собой ГУН с рабочим циклом 50%. Размещение фотоэлемента может выглядеть немного странно, но имейте в виду, что более низким напряжениям на управляющих входах соответствуют более низкие значения периода, т.
е. более высокие частоты.
СХЕМА 12. PIC аналоговые световые передатчики.
Подключение положительной клеммы ячейки к линии +5 В приведет к уменьшению управляющего напряжения при более высокой интенсивности света, что приведет к более высоким частотам.
На схеме 12B показана аналогичная схема, использующая функцию NCO микросхемы PIC18313. (См. часть 3 этой серии для примеров программ.) В этом случае, однако, более высокие напряжения на управляющем входе вызывают более высокие частоты на выходе.
В обоих случаях необходимо убедиться, что максимальное выходное напряжение фотоэлемента не превышает 5 В. Резисторы R5 и R8 предназначены для ограничения тока на входах в случае чрезмерного напряжения фотоэлемента.
Для тех из вас, кому нравится программировать, вы можете отредактировать MSMVx2.asm и изменить его так, чтобы одна секция представляла собой нестабильный мультивибратор и использовала его для управления ИК-передатчиком.
Другая секция останется моностабильной для использования в качестве приемника.
Схема Mims 28
Последняя схема в книге ( Схема 13 ) представляет собой преобразователь постоянного тока. Он использует 555 в нестабильной конфигурации на частоте около 2,9 кГц с малой шириной импульса около 7 мкс. Это очень близко к рабочему циклу 98%.
СХЕМА 13. 555 DC-DC преобразователь.
Экспериментируя со схемой, я обнаружил, что не могу даже приблизиться к результатам мистера Мимса, используя значения и конфигурацию на его схеме. Мне пришлось внести некоторые изменения, чтобы получить почти такие же результаты.
Я использовал другой трансформатор, который мог повлиять на мои результаты. Обратитесь к Schematic 14 для моей последней схемы 555.
СХЕМА 14. Модифицированный преобразователь постоянного тока 555.
Первая проблема, которую я обнаружил с оригинальной схемой, заключалась в том, что 555 сильно нагревался.
Я считаю, что это произошло из-за очень высокого рабочего цикла конфигурации и того, что выход 555 управлял трансформатором, подключенным к земле.
Это означало, что выход 555 был закорочен на землю в течение 98% времени. Сначала я просто переместил одну сторону трансформатора на +V, что решило проблему с нагревом, но все равно не получил такого высокого напряжения.
Вторым изменением, которое я сделал, было увеличение значения R2 до 10K. С 1K в цепи я измерил около 50 В на C2 (при Vcc = 5 В). При 10К я измерил около 80В.
Последними изменениями были вставка буфера PNP между 555 и трансформатором, а затем вставка потенциометра 100K последовательно с R2. Эти два изменения позволяют мне регулировать напряжение примерно от 10 В до более 100 В при напряжении питания 5 В.
Замена 555 в Schematic 14 на PIC 555 даст аналогичные результаты. Используйте режим 5 и диапазон 0 с фиксированной частотой около 2 кГц.
При нагрузке 100K рабочий цикл 90 % дает около 23 В, а рабочий цикл 50 % дает 70 В.
Меньшие рабочие циклы не дают значительно более высоких напряжений. Имейте в виду, что рабочий цикл PIC основан на отношении выходного сигнала (высокий) к периоду. При включенном выходе PIC 2N3906 выключен.
Это упаковка
Мне понравилось писать эту серию, и я хотел бы поблагодарить Nuts & Volts за то, что попросили меня написать ее. Я довольно много узнал о 555 и его многочисленных применениях, прочитав и внедрив схемы, описанные в 555 Timer IC Circuits г-на Мимса, и надеюсь, что вы тоже.
Если у вас есть какие-либо вопросы о замене PIC 555 или любом из примеров из этой серии, не стесняйтесь обращаться ко мне по электронной почте по адресу [email protected] . НВ
Ресурсы
Все схемы нарисованы с помощью DipTrace
www.diptrace.com
Все детали
приобретены у Digi-Key
веб-сайт www.digikey.com
5
q.qsl.netЗагрузки
201807-Cicchinelli.zip
Что в архиве?
Схемы
Цепи таймеров 555 и 556
Цепи таймеров 555 и 556 Главная | Карта | Проекты | Строительство | Пайка | Исследование | Компоненты | 555 | Символы | Часто задаваемые вопросы | СсылкиВходы | Выход | Нестабильный | Рабочий цикл | Моностабильный | Триггер по фронту | Бистабильный | Буфер
Следующая страница: Счетные схемы
См. также: ИС (микросхемы) | Емкость |
Переменный, постоянный и электрические сигналы
Введение
| Пример обозначения схемы (вверху) Фактическое расположение контактов (внизу) | |
|
Популярной версией является NE555, и она подходит в большинстве случаев, когда используется «таймер 555». указано. 556 — это двойная версия 555, размещенная в 14-контактном корпусе. два таймера (A и B) имеют одни и те же контакты источника питания. Схемы на этой странице показать 555, но все они могут быть адаптированы для использования половины 556.
Выпускаются маломощные версии 555, такие как ICM7555, но они должны быть только
используются, когда указано (для увеличения срока службы батареи), потому что их максимальный выходной ток
около 20 мА (при питании 9 В) слишком мало для многих стандартных схем 555. ICM7555 имеет
то же расположение контактов, что и у стандартного 555.
Символ схемы для 555 (и 556) представляет собой коробку с контактами, расположенными в соответствии со схемой. схема: например, 555, контакт 8 вверху для питания + Vs, 555, контакт 3, выход справа. Обычно используются только номера контактов, и они не помечены своей функцией.
Модели 555 и 556 можно использовать с напряжением питания (Vs) в диапазоне от 4,5 до 15 В (абсолютное значение 18 В). максимум).
Стандартные чипы 555 и 556 создают значительные «сбои» в питании при изменении их выходного сигнала. государство. Это редко бывает проблемой в простых схемах без других ИС, но в более сложных схемах сглаживающий конденсатор (например, 100 мкФ) должен быть подключен к источникам питания +Vs и 0V. рядом с 555 или 556.
Функции входных и выходных контактов кратко описаны ниже, и есть более полные объяснения. охватывает различные цепи:
- Нестабильный — создание прямоугольной волны
- Моностабильный — выдача одиночного импульса при срабатывании
- Bistable — простая память, которую можно устанавливать и сбрасывать
- Буфер — инвертирующий буфер (триггер Шмитта)
- DatasheetArchive. com
- Datasheets.org.uk
- Лист данныхCatalog.com
comВходы 555/556
Триггерный вход: , когда < 1 / 3 Vs («активный низкий уровень») это делает выход высоким (+Vs). Он контролирует разрядку времязадающего конденсатора в нестабильной цепи. Он имеет высокий входной импеданс > 2M. Входной порог: , когда > 2 / 3 Vs («активный высокий уровень»)
это делает выход низким (0 В)*.
Он контролирует зарядку времязадающих конденсаторов в нестабильных и моностабильных цепях.
Он имеет высокое входное сопротивление > 10 МОм.
* при условии, что вход триггера > 1 / 3 Vs,
в противном случае триггерный вход переопределит пороговый вход и удержит выход на высоком уровне (+Vs).
Вход сброса: , когда меньше примерно 0,7 В («активный низкий уровень»), это делает выход низким (0 В),
переопределение других входов.
Если не требуется, его следует подключить к +Vs.
Входное сопротивление около 10кОм.
Управляющий вход: можно использовать для регулировки порогового напряжения, которое устанавливается внутри быть 2 / 3 Вс. Обычно эта функция не требуется, и управление вход подключен к 0 В с конденсатором 0,01 мкФ для устранения электрических помех. Его можно оставить неподключенным, если шум не является проблемой.
Разгрузочный штифт не является входом, но он указан здесь для удобства.
Он подключен к 0 В, когда выход таймера низкий, и используется для разрядки времени.
конденсатор в нестабильных и моностабильных цепях.
Выход 555/556
Выход стандартного 555 или 556 может сток и источник до 200 мА. Это больше, чем у большинства микросхем, и этого достаточно для прямого питания многих выходных преобразователей, включая светодиоды (с последовательным резистором), слаботочные лампы, пьезопреобразователи, громкоговорители (с последовательным конденсатором), катушки реле (с диодной защитой) и некоторые двигатели (с диодной защита).
Выходное напряжение не совсем достигает 0V и +Vs, особенно если большой
ток течет.Для переключения больших токов можно подключить транзистор.
Способность как поглощать, так и источать ток означает, что два устройства могут быть подключены к выход так, чтобы один был включен при низком уровне выходного сигнала, а другой — при высоком уровне выходного сигнала. На верхней схеме показаны два светодиода, подключенных таким образом. Эта схема используется в Проект «Железнодорожный переезд», чтобы красные светодиоды мигали попеременно.
Громкоговорители
Громкоговоритель (минимальное сопротивление 64) может быть подключен к выходу нестабильной схемы 555 или 556, но конденсатор (около 100 мкФ) должны быть соединены последовательно. Выходной сигнал эквивалентен устойчивому постоянному току около ½Vs в сочетании с прямоугольным сигналом переменного тока (аудио). Конденсатор блокирует постоянный ток, но позволяет переменному току проходить, как описано в конденсаторной связи.
Пьезопреобразователи могут быть подключены непосредственно к выходу и не требуют конденсатор последовательно.
Катушки реле и другие индуктивные нагрузки
Как и все ИС, 555 и 556 должны быть защищены от кратковременного «всплеска» высокого напряжения. возникает при отключении индуктивной нагрузки, такой как катушка реле. Стандарт защитный диод должен быть подключен «назад» через катушку реле, как показано на схеме. Однако , 555 и 556 требуют дополнительного диода подключено
последовательно с катушкой, чтобы гарантировать, что небольшой «глюк» не может быть передан обратно в ИС.
Без этого дополнительного диода моностабильные схемы могут перезапуститься, когда катушка отключится.
выключен! Ток катушки проходит через дополнительный диод, поэтому он должен быть 1N4001 или
аналогичный выпрямительный диод, способный пропускать ток, сигнальный диод типа 1N4148
обычно не подходит .
К началу страницы | Входы | Выход | Нестабильный | Рабочий цикл | Моностабильный | Триггер по фронту | Бистабильный | Буфер
555/556 Нестабильный
| 555 astable output, a square wave (Tm and Ts may be different) |
| 555 astable circuit |
между низким (0V) и высоким (+Vs). Обратите внимание, что продолжительность низкого и высокого состояний может быть
другой. Схема называется стабильный , потому что он не стабилен ни в каком состоянии:
выход постоянно меняется между «низким» и «высоким». Период времени (T) прямоугольной волны — это время одного полного цикла, но
обычно лучше учитывать частоту (f), которая представляет собой количество циклов в секунду.
| T = 0,7 × (R1 + 2R2) × C1 и f = | 1.4 |
| (R1 + 2R2) × C1 |
T = период времени в секундах (с)
f = частота в герцах (Гц)
R1 = сопротивление в омах ()
R2 = сопротивление в омах ()
C1 = емкость в фарадах (Ф)
Период времени можно разделить на две части: T = Tm + Ts
Время маркировки (выходной высокий уровень): Tm = 0,7 × (R1 + R2) × C1
Пространство-время (выход низкий): Ts = 0,7 × R2 × C1
Многие схемы требуют, чтобы Tm и Ts были почти равны; это достигается, если R2 намного больше, чем R1.
Для стандартной нестабильной схемы Tm не может быть меньше Ts, но это не слишком ограничивает, поскольку выход может как потреблять, так и источать ток. Например, светодиод может кратковременно мигать с помощью длинные промежутки, подключив его (с резистором) между +Vs и выходом. Таким образом горит светодиод во время Ts, поэтому короткие вспышки достигаются с R1 больше, чем R2, что делает Ts коротким, а Tm длинным. Если Tm должно быть меньше Ts, в схему можно добавить диод, как описано в разделе рабочий цикл ниже.
001µF 
Лучше всего сначала выбрать C1, потому что конденсаторы доступны всего в нескольких номиналах.
Управление громкоговорителем или пьезоэлектрическим
преобразователь с низкой частотой менее 20 Гц произведет серию «щелчков».
(по одному на каждый переход между низкими и высокими частотами), и это можно использовать для создания простого метронома.
Это обходит R2 во время
зарядную (маркированную) часть цикла так, чтобы Tm зависела только от R1 и C1:
Это называется моно стабилен, потому что он стабилен только в одном состоянии : «выход низкий».
Состояние «высокий выход» является временным.
В то же время разряд (555 пин 7) есть
подключен к 0 В, разряжая конденсатор, готовый к следующему триггеру.
Переключатель может быть подключен параллельно конденсатору, если вручную
операция тоже нужна.
Это позволяет источнику сигнала с высоким импедансом (например, LDR) переключать выходной преобразователь с низким импедансом (например, лампу).
