Izstrādājot elektroniskās ierīces, bieži rodas nepieciešamība ģenerēt noteikta garuma impulsus vai ģenerēt taisnstūrveida signālu ar noteiktu frekvenci un noteiktu garuma attiecību pret pauzi. Pieredzējušam dizainerim nebūs grūti izveidot šādu ierīci uz atsevišķiem digitāliem elementiem, taču ērtāk ir šim nolūkam izmantot specializētu mikroshēmu.
Saturs
Kas ir NE555 mikroshēma un kur to var izmantot
Mikroshēma NE555 tika izstrādāta pagājušā gadsimta 70. gados un joprojām ir ļoti populāra profesionāļu un amatieru vidū. Tas ir taimeris, kas ir ievietots korpusā ar 8 tapām.Pieejams DIP vai dažādās virsmas montāžas (SMD) versijās.
Mikroshēmā ir divi komparatori - augšējais un apakšējais. To ieejās veidojas atsauces spriegums, kas vienāds ar 2/3 un 1/3 no barošanas sprieguma. Dalītāju veido rezistori pretestība 5 kOhm. Salīdzinātāji kontrolē RS flip-flop. Tā izejai ir pievienots bufera pastiprinātājs un tranzistora slēdzis. Katram salīdzinājumam ir viena brīva ieeja, tā kalpo ārējo vadības signālu piegādei. Augšējais komparators tiek iedarbināts, kad parādās augsts līmenis, un pārslēdz mikroshēmas izvadi uz zemu līmeni. Apakšējais "aizsargs" pazemina spriegumu zem 1/3 VCC un iestata taimera izvadi uz loģisku vienību.
NE555 mikroshēmas galvenās īpašības
Dažādu ražotāju taimera raksturlielumi var atšķirties nelielās robežās, taču nevienam nav būtisku noviržu (izņemot nezināmas izcelsmes mikroshēmas, no tām var sagaidīt jebko):
- Barošanas spriegums parasti ir norādīts no +5 līdz +15 V, lai gan datu lapās ir 4,5 ... 18 V ierobežojumi.
- Izejas strāva ir 200 mA.
- Izejas spriegums ir maksimālais VCC mīnus 1,6 V, bet ne mazāks par 2 V ar barošanas spriegumu 5 V.
- Strāvas patēriņš pie 5 V nav lielāks par 5 mA, pie 15 V - līdz 13 mA.
- Kļūda impulsa ilguma veidošanā ir ne vairāk kā 2,25%.
- Maksimālā darba frekvence ir 500 kHz.
Visi parametri ir norādīti +25 °C apkārtējās vides temperatūrai.
Tapu atrašanās vieta un mērķis
Taimera izvadi ir sakārtoti standartā neatkarīgi no korpusa konstrukcijas - augošā secībā no taustiņa pretēji pulksteņrādītāja virzienam (skatoties no augšas), no 1 līdz 8. Katrai izejai ir savs mērķis:
- GND – ierīces kopējais barošanas vads.
- TRIG - pieliekot zemu līmeni, tas iedarbina otro (pēc shēmas zemāku) komparatoru, tā izejā parādās loģiskā vienība, iestatot iekšējo RS flip-flop uz 0. Tam ir pievienota ārējā laika RC ķēde. Ir prioritāte pār THR.
- ĀRĀ - Izeja. Signāla augstais līmenis ir nedaudz zemāks par barošanas spriegumu, zemais līmenis ir 0,25 V.
- RESET - atiestatīt. Neatkarīgi no signāliem citās ieejās, ja ir zems līmenis, tas atiestata izvadi uz 0 un atspējo taimeri.
- CTRL - vadība. Tam vienmēr ir 2/3 līmenis no jaudas sliedes sprieguma. Šeit jūs varat pielietot ārējo signālu un modulēt izeju ar to.
- THR - ja parādās augsts līmenis (vairāk nekā 2/3 no barošanas avota), pirmais (augšējais saskaņā ar shēmu) tiek iestatīts uz 1 un iekšējais. RS flip-flop nonāk loģiskās vienības stāvoklī.
- DIS - laika iestatīšanas kondensatora izlāde. Kad izejā parādās augsta līmeņa sprūda, atveras iekšējais tranzistors, notiek ātra izlāde. Taimeris ir gatavs nākamajam darbības ciklam.
- VCC - jauda. To var barot ar spriegumu no 5 līdz 15 V.
NE555 mikroshēmas darbības režīmu apraksts
Lai gan taimera arhitektūra ļauj to izmantot dažādos režīmos, NE555 ir trīs tipiski darbības režīmi.
Viens vibrators (gaidstāves multivibrators)
Sākuma pozīcija:
- 2. ieeja augsts loģikas līmenis;
- sprūda ieejās R un S - nulles;
- sprūda izeja - 1;
- izlādes ķēdes tranzistors ir atvērts, kondensators C ir šunts;
- izeja 3 ir 0 līmenis.
Kad 2. ieejā parādās nulles līmenis, apakšējais komparators pārslēdzas uz 1, pagriežot sprūda uz 0. Mikroshēmas izejā parādās augsts līmenis.Tajā pašā laikā tranzistors aizveras, pārtraucot kondensatora šuntēšanu. Tas sāk uzlādēt caur rezistoru R. Tiklīdz spriegums pāri tam sasniegs 2/3 no VCC, sāks darboties augšējais komparators, iestatiet sprūda atpakaļ uz 1 un taimera izeju uz 0. Tranzistors ieslēgsies un izlādēs kapacitāti. . Tādējādi izejā veidosies pozitīvs impulss, kura sākumu nosaka ārējais signāls ieejā 2, un pabeigšana ir atkarīga no kondensatora uzlādes laika, ko aprēķina pēc formulas t=1,1⋅R⋅ C.
multivibrators
Kad tiek pieslēgta jauda, kondensators tiek izlādēts pie 2. (un 6.) loģikas 0, pie taimera 1 izejas (šis process ir aprakstīts iepriekšējā sadaļā). Pēc kapacitātes uzlādēšanas caur R1 un R2 līdz 2/3 VCC līmenim, augsts līmenis ieejā 6 pārslēgs izeju 3 uz nulli, un ieslēgsies izlādes tranzistors. Bet kondensators netiks izlādēts tieši, bet caur R2. Tā rezultātā ķēde nonāks sākotnējā stāvoklī, un cikls atkārtosies atkal un atkal. No procesa apraksta redzams, ka uzlādes laiku nosaka pretestību R1, R2 un kondensatora kapacitātes summa, bet izlādes laiku R1 un C. R1 un R2 vietā jūs varat ievietot mainīgos rezistorus un ātri kontrolēt impulsu frekvenci un darba ciklu. Aprēķinu formulas:
- impulsa ilgums t1=0,693⋅(R1+R2)⋅C;
- pauzes ilgums t2=0,693⋅R2⋅C;
- pulsa atkārtošanās biežums f=1/(0,693(R1+2⋅R2)⋅C.
Pauzes laiks nedrīkst pārsniegt impulsa laiku. Lai apietu šo ierobežojumu, izlādes un uzlādes ķēdes tiek atdalītas, ķēdē iekļaujot diodi (katods uz kontaktu 6, anods pret kontaktu 7).
Šmita sprūda
555 mikroshēmā varat izveidot Schmitt sprūda.Šī ierīce pārveido lēni mainīgu signālu (sinusoīdu, zāģa zobu utt.) kvadrātveida vilnī. Šeit netiek izmantotas laika shēmas, signāls tiek padots uz ieejām 2 un 6, savstarpēji savienotas. Kad tiek sasniegts 2/3 VCC slieksnis, izejas spriegums pēkšņi pārslēdzas uz 1, kad tas nokrītas līdz 1/3 līmenim, tas arī strauji samazinās līdz nullei. Neskaidrības zona ir 1/3 no barošanas sprieguma.
Priekšrocības un trūkumi
Galvenā NE555 mikroshēmas priekšrocība ir tās lietošanas vienkāršība - ķēdes izveidošanai pietiek ar nelielu iesiešanu, kas labi der aprēķiniem. Tajā pašā laikā ierīces izmaksas ir zemas.
Galvenais taimera trūkums ir izteikta impulsa ilguma atkarība no barošanas sprieguma. Tas ir saistīts ar faktu, ka viena vibratora vai multivibratora ķēdes kondensators tiek uzlādēts caur rezistoru (vai caur diviem), un rezistora augšējā spaile ir pievienota barošanas kopnei. Strāvu caur pretestību veido spriegums VCC - jo lielāks tas ir, jo lielāka strāva, jo ātrāk uzlādēsies kondensators, jo agrāk salīdzinājums darbosies, jo īsāks būs ģenerētais laika intervāls. Nezināma iemesla dēļ šis brīdis nav tehniskajā dokumentācijā, taču izstrādātājiem tas ir labi zināms.
Vēl viens taimera trūkums ir tāds, ka komparatoru sliekšņa spriegumus veido iekšējie sadalītāji un tos nevar regulēt. Tas ierobežo NE555 pielietošanas iespējas.
Un vēl viena nepatīkama iezīme. Saistībā ar push-pull shēmu izejas posma konstruēšanai, pārslēgšanas brīdī (kad augšējais tranzistors jau ir atvērts, bet apakšējais vēl nav aizvērts, vai otrādi) ir caurlaides strāvas impulss. Tās ilgums ir īss, taču tas rada papildu mikroshēmas uzsildīšanu un rada traucējumus strāvas ķēdēs.
Kādi ir analogi
Taimera pastāvēšanas laikā ir izstrādāts un atbrīvots liels skaits klonu. Tos ražo dažādi uzņēmumi, taču to visu nosaukumā ir skaitlis 555. Analogus ražojošo rūpnīcu vidū ir gan populāri elektronisko komponentu ražotāji, gan nezināmi ražotāji no Dienvidaustrumāzijas. Ja pirmais nodrošina deklarētos parametrus, tad no otrās garantijas nav jāgaida. Atkāpes no deklarētajiem raksturlielumiem var būt lielas.
PSRS tika izstrādāts līdzīgs taimeris KR1006VI1. Tā funkcionalitāte ir tieši tāda pati kā oriģinālam, ar vienu izņēmumu: tā izvadei 2 ir virsroka pār 6. izvadei (un nevis otrādi, piemēram, NE555). Tas jāņem vērā, izstrādājot shēmas. Un vēl viena lieta: КР indekss nozīmē, ka mikroshēma tiek ražota tikai DIP8 pakotnē.
Praktiskās izmantošanas piemēri
Taimera praktiskā pielietojuma joma ir plaša, šī apskata ietvaros tēmu pilnībā aptvert nebūs iespējams. Bet ir vērts apsvērt visbiežāk sastopamos piemērus.
Viena vibratora režīmā uz vairākām mikroshēmām ir iespējams izveidot koda atslēgu ar laika ierobežojumu koda izsaukšanai. Vēl viens veids ir izmantot to kā signalizācijas ierīci sliekšņa līmeņa sasniegšanai (apgaismojums, tvertnes piepildījuma līmenis utt.) kopā ar dažādiem sensoriem.
Multivibratora režīmā (astable režīmā) taimeris atrod visplašāko pielietojumu. Vairākos taimeros varat izveidot vītnes slēdzi ar atsevišķu mirgošanas frekvences, laika un pauzes laika regulēšanu.NE555 iespējams izmantot kā pamatu laika relejam un veidot patērētāja ieslēgšanās laiku no 1 līdz 25 sekundēm. Jūs varat izveidot metronomu mūziķim. Šis ir visvairāk izmantotais mikroshēmu režīms, un nav iespējams aprakstīt visas lietojumprogrammas.
Kā Šmita sprūda taimeris tiek izmantots reti. Bet bistable režīmā bez frekvences iestatīšanas elementiem NE555 tiek izmantots kā debouncer vai divu pogu slēdzis starta-stop režīmā. Faktiski tiek izmantots tikai iebūvētais RS flip-flop. Ir zināms arī PWM kontrollera izveidošana, pamatojoties uz taimeri.
Ir ķēžu kolekcijas, kurās aprakstīti dažādi taimera NE555 lietojumi. Tie apraksta tūkstošiem veidu, kā izmantot mikroshēmu. Bet arī ar to var nepietikt zinātkārajam dizainera prātam, un viņš atradīs taimera papildu pielietojumu, kas vēl nekur nav aprakstīts. Mikroshēmas izstrādātāju noteiktās iespējas to pieļauj.
Līdzīgi raksti:
