Кожен радіоаматор не раз зустрічався з мікросхемою NE555. Цей маленький восьминогий таймер завоював колосальну популярність за функціональність, практичність і простоту використання. На 555 таймері можна зібрати схеми самого різного рівня складності: від простого тригера Шмітта, з обвеской всього в пару елементів, до багатоступінчастого кодового замка із застосуванням великої кількості додаткових компонентів.

У даній статті детально ознайомимося з мікросхемою NE555, яка, незважаючи на свій солідний вік, як і раніше залишається затребувана. Варто відзначити, що в першу чергу дана затребуваність обумовлена ??застосуванням ІМС в схемотехніці з використанням світлодіодів.

Опис і область застосування

NE555 є розробкою американської компанії Signetics, фахівці якої в умовах економічної кризи не здалися і змогли втілити в життя праці Ганса Камензінда. Саме він в 1970 році зумів довести важливість свого винаходу, який на той момент не мало аналогів. ІМС NE555 мала високу щільність монтажу при низькій собівартості, чим заслужила особливий статус.

Згодом її стали копіювати конкуруючі виробники з різних країн світу. Так з’явилася вітчизняна КР1006ВІ1, яка так і залишилася унікальною в цьому роді. Справа в тому, що в КР1006ВІ1 вхід зупинки (6) має пріоритет над входом запуску (2). В імпортних аналогах інших фірм така особливість відсутня. Даний факт слід враховувати при розробці схем з активним використанням двох входів.

Однак в більшості випадків пріоритети не впливають на роботу пристрою. З метою зниження потужності споживання, ще в 70-х роках минулого століття був налагоджений випуск таймера КМОП-серії. У Росії мікросхема на польових транзисторах отримала назву КР1441ВІ1.

Найбільше застосування 555 таймер знайшов в побудові схем генераторів і реле часу з можливістю затримки від мікросекунд до декількох годин. У більш складних пристроях він виконує функції по виключенню брязкоту контактів, ШІМ, відновленню цифрового сигналу і так далі.

Особливості та недоліки

Особливістю таймера є внутрішній дільник напруги, який задає фіксований верхній і нижній поріг спрацьовування для двох компараторів. З огляду на те що дільник напруги не можна виключити, а пороговим напругою не можна управляти, область застосування NE555 звужується.

Таймер на біполярних транзисторах має один істотний недолік, пов’язаний з переходом вихідного каскаду з одного стану в протилежне. Кожне перемикання супроводжується паразитних наскрізним струмом, який в піку може досягати 400 мА, збільшуючи теплові втрати. Рішення проблеми полягає в установці полярного конденсатора ємністю до 0,1 мкФ між висновком управління (5) і загальним проводом. Завдяки йому, підвищується стабільність при запуску і надійність всього пристрою. Крім того, для підвищення завадостійкості ланцюг харчування доповнюють неполярних конденсатором 1 мкФ.

Таймери, зібрані на КМОП-транзисторах, позбавлені перелічених недоліків і не потребують монтажу зовнішніх конденсаторів.

Основні параметри ІМС серії 555

Внутрішній устрій NE555 включає в себе п’ять функціональних вузлів, які можна бачити на логічної діаграмі. На вході розташований резистивний дільник напруги, який формує два опорних напруги для прецизійних компараторов. Вихідні контакти компараторов надходять на наступний блок – RS-тригер з зовнішнім виводом для скидання, а потім на підсилювач потужності. Останнім вузлом є транзистор з відкритим колектором, який може виконувати кілька функцій, в залежності від поставленого завдання.

Рекомендоване напруга живлення для ІМС типу NA, NE, SA лежить в інтервалі від 4,5 до 16 вольт, а для SE може досягати 18В. При цьому струм споживання при мінімальному Uпит дорівнює 2-5 мА, при максимальному Uпит – 10-15 мА. Деякі ІМС 555 КМОП-серії споживають не більше 1 мА. Найбільший вихідний струм імпортної мікросхеми може досягати значення в 200 мА. Для КР1006ВІ1 він не вище 100 мА.

Якість збірки і виробник сильно впливають на умови експлуатації таймера. Наприклад, діапазон робочих температур NE555 становить від 0 до 70 ° C, а SE555 від -55 до + 125 ° C, що важливо знати при конструюванні пристроїв для роботи у відкритій навколишньому середовищу. Більш детально ознайомитися з електричними параметрами, дізнатися типові значення напруги і струму на входах CONT, RESET, THRES, і TRIG можна в datasheet на ІМС серії XX555.

Розташування та призначення висновків

NE555 і її аналоги переважно випускаються в восьмівиводном корпусі типу PDIP8, TSSOP або SOIC. Розташування висновків незалежно від корпусу – стандартне. Умовне графічне позначення таймера є прямокутником з написом G1 (для генератора одиночних імпульсів) і GN (для мультивибраторов).

  1. Загальний (GND). Перший висновок щодо ключа. Підключається до мінуса живлення пристрою.
  2. Запуск (TRIG). Подача імпульсу низького рівня на вхід другого компаратора призводить до запуску і появи на виході сигналу високого рівня, тривалість якого залежить від номіналу зовнішніх елементів R і С. Про можливі варіаціях вхідного сигналу написано в розділі «Одновібратор».
  3. Вихід (OUT). Високий рівень вихідного сигналу дорівнює (Uпит-1,5 В), а найнижчий – близько 0,25В. Перемикання займає близько 0,1 мкс.
  4. Скидання (RESET). Даний вхід має найвищий пріоритет і здатний керувати роботою таймера незалежно від напруги на інших висновках. Щоб дозволити початок необхідно, щоб на ньому був присутній потенціал більше 0,7 вольт. З цієї причини його через резистор з’єднують з харчуванням схеми. Поява імпульсу менше 0,7 вольт забороняє роботу NE555.
  5. Контроль (CTRL). Як видно з внутрішнього устрою ІМС він безпосередньо з’єднаний з дільником напруги і під час відсутності зовнішнього впливу видає 2/3 Uпит. Подаючи на CTRL керуючий сигнал, можна отримати на виході модульований сигнал. У простих схемах він підключається до зовнішнього конденсатору.
  6. Зупинка (THR). Є входом першого компаратора, поява на якому напруги більше 2 / 3Uпіт зупиняє роботу тригера і переводить вихід таймера в низький рівень. При цьому на виводі 2 повинен бути відсутнім запускає сигнал, так як TRIG має пріоритет перед THR (крім КР1006ВІ1).
  7. Розряд (DIS). З’єднаний безпосередньо з внутрішнім транзистором, який включений по схемі із загальним колектором. Зазвичай до переходу колектор-емітер підключають времязадающій конденсатор, який розряджається, поки транзистор знаходиться у відкритому стані. Рідше використовується для нарощування здатності навантаження таймера.
  8. Харчування (VCC). Підключається до плюса джерела живлення 4,5-16В.

Режими роботи NE555

Таймер 555 серії працює в одному з трьох режимів, розглянемо їх більш детально на прикладі мікросхеми NE555.

одновібратор

Принципова електрична схема одновібратора приведена на малюнку. Для формування одиночних імпульсів, крім мікросхеми NE555, знадобиться опір і полярний конденсатор. Схема працює в такий спосіб. На вхід таймера (2) подають одиночний імпульс низького рівня, який призводить до перемикання мікросхеми і появи на виході (3) високого рівня сигналу. Тривалість сигналу розраховується в секундах за формулою:

t = 1,1 * R * C.

Після закінчення заданого часу (t) на виході формується сигнал низького рівня (початковий стан). За замовчуванням висновок 4 об’єднаний з висновком 8, тобто має високий потенціал.

Під час розробки схем потрібно врахувати 2 нюансу:

  1. Напруга джерела живлення не впливає на тривалість імпульсів. Чим більша напруга живлення, тим вище швидкість заряду времязадающего конденсатора і тим більше амплітуда вихідного сигналу.
  2. Додатковий імпульс, який можна подати на вхід після основного, не вплине на роботу таймера, поки не закінчиться час t.

На роботу генератора одиночних імпульсів можна впливати ззовні двома способами:

  • подати на Reset сигнал низького рівня, який переведе таймер в початковий стан;
  • поки на вхід 2 надходить сигнал низького рівня, на виході буде залишатися високий потенціал.

Таким чином, за допомогою одиночних сигналів на вході і параметрів времязадающей ланцюжка можна отримувати на виході імпульси прямокутної форми з чітко заданою тривалістю.

мультивибратор

Мультивибратор є генератор періодичних імпульсів прямокутної форми із заданою амплітудою, тривалістю або частотою, залежно від поставленого завдання. Його відмінність від одновібратора полягає у відсутності зовнішнього впливу, що обурює для нормального функціонування пристрою. Принципова схема мультивібратора на базі NE555 показана на малюнку.

У формуванні повторюваних імпульсів беруть участь резистори R1, R2 і конденсатор С1. Час імпульсу (t1), час паузи (t2), період (T) і частоту (f) розраховують за нижченаведеними формулами: З даних формул нескладно помітити, що час паузи не зможе перевищити час імпульсу, тобто досягти скважности (S = T / t1) більше 2 одиниць не вдасться. Для вирішення проблеми в схему додають діод, катод якого з’єднують з висновком 6, а анод з висновком 7.

У datasheet на мікросхеми часто оперують величиною, зворотної скважности – Duty cycle (D = 1 / S), яку відображають у відсотках.

Схема працює в такий спосіб. У момент подачі живлення конденсатор С1 розряджений, що переводить вихід таймера в стан високого рівня. Потім С1 починає заряджатися, набираючи ємність до верхнього граничного значення 2/3 Uпит. Досягнувши порога ІМС перемикається, і на виході з’являється низький рівень сигналу. Починається процес розряду конденсатора (t1), який триває до нижнього порогового значення 1/3 Uпит. За його досягненні відбувається зворотне перемикання, і на виході таймера встановлюється високий рівень сигналу. В результаті схема переходить в автоколебательний режим.

Прецизійний тригер Шмітта з RS-тригером

Усередині таймера NE555 вбудований двухпопроговий компаратор і RS-тригер, що дозволяє реалізовувати прецизійний тригер Шмітта з RS-тригером на апаратному рівні. Вхідна напруга ділиться компаратором на три частини, при досягненні кожної з яких відбувається чергове перемикання. При цьому величина гістерезису (зворотного перемикання) дорівнює 1/3 Uпит. Можливість застосування NE555 як прецизійного тригера затребувана в побудові систем автоматичного регулювання.

3 найбільш популярні схеми на основі NE555

одновібратор

Практичний варіант схеми одновібратора на TTL NE555 наведено на малюнку. Схема харчується однополярним напругою від 5 до 15В. Времязадающімі елементами тут є: резистор R1 – 200кОм-0,125Вт і електролітичний конденсатор С1 – 4,7мкф-16В. R2 підтримує на вході високий потенціал, поки якийсь зовнішній пристрій не скидає його до низького рівня (наприклад, транзисторний ключ). Конденсатор С2 захищає схему від наскрізних струмів в моменти перемикання.

Активізація одновибратора відбувається в момент короткочасного замикання на землю вхідного контакту. При цьому на виході формується високий рівень тривалістю:

t = 1,1 * R1 * C1 = 1,1 * 200000 * 0,0000047 = 1,03 c.

Таким чином, дана схема формує затримку вихідного сигналу щодо вхідного на 1 секунду.

Миготіння світлодіодом на мультивібраторі

Відштовхуючись від розглянутої вище схеми мультивібратора можна зібрати просту світлодіодну мигалку. Для цього до виходу таймера послідовно з резистором підключають світлодіод. Номінал резистора знаходять за формулою:

R = (U вих-ULED) / ILED,

U вих – амплітудне значення напруги на виводі 3 таймера.

Кількість підключаються світлодіодів залежить від типу застосовуваної мікросхеми NE555, її здатності навантаження (КМОП або ТТЛ). Якщо необхідно блимати світлодіодом потужністю більше 0,5 Вт, то схему доповнюють транзистором, навантаженням якого стане світлодіод.

Реле часу

Схема регульованого таймера (електронне реле часу) показана на малюнку. З її допомогою можна вручну задавати тривалість вихідного сигналу від 1 до 25 секунд. Для цього послідовно з постійним резистором в 10 кОм встановлюють змінний номіналом в 250 кОм. Ємність времязадающего конденсатора збільшують до 100 мкФ.

Схема працює в такий спосіб. У початковому стані на виводі 2 присутній високий рівень (від джерела живлення), а на виводі 3 низький рівень. Транзистори VT1, VT2 закриті. У момент подачі на базу VT1 позитивного імпульсу по ланцюгу (Vcc-R2-колектор-емітер-загальний провід) протікає струм. VT1 відкривається і переводить NE555 в режим відліку часу. Одночасно на виході ІМС з’являється позитивний імпульс, який відкриває VT2. В результаті струм емітера VT2 призводить до спрацьовування реле. Користувач може в будь-який момент перервати виконання завдання, короткочасно закоротив RESET на землю.

Транзистори BC546, наведені на схемі, можна замінити на КТ3102.

Розглянути всі популярні схеми на основі NE555 в одній статті неможливо. Для цього існують цілі збірники, в яких зібрані практичні напрацювання за весь час існування таймера. Сподіваємося, що наведена інформація послужить орієнтиром під час складання схем, в тому числі навантаженням яких служать світлодіоди.

Від Борис Каролович

Ололо