Микросхема к 555 са 3 схема включения. Введение в электронику. Микросхемы. Описание и область применения

Одно из основных предназначений микроконтроллеров - это управление относительно простыми устройствами и системами, что очевидно требует опроса датчиков и выдачи управляющих сигналов на исполнительные устройства. Зачастую имеющихся портов микроконтроллера для подобных целей может оказаться недостаточно. Одним из способов увеличения количества подключаемых внешних устройств может служить сдвиговый регистр SN74HC595N. Данная микросхема приобретена на Ru.aliexpress.com по 0,6$ за партию 10 штук.

Она позволяет, используя три порта микроконтроллера управлять 8 выходами , что немаловажно данный регистр позволяет осуществлять каскадное подключение, получая, таким образом, 16 и более цифровых выходов, управляемых все теми же тремя портами микроконтроллера. Конструктивно, это микросхема в корпусе DIP-16

Микросхема имеет 16 контактов, которые имеют следующее назначение: Vcc и GND питание +5В и общая шина, соответственно. DS - вход для данных, SHcp - вход синхронизации для записи состояния DS в память регистра, STcp - сигнал управления, по низкому уровню которого, данные из памяти регистра попадают в на информационные выходы Q0-Q7, Q7’ - выход для передачи данных на следующий регистр (необходим при совместной работе нескольких регистров), - управление включением/отключением выходов Q0-Q7, - обнуление регистра.

Для примера можно взять код от производителей аппаратной платформы Arduino, иллюстрирующий работу данного регистра . Данная программа последовательно выдает на выходы Q0-Q7 двоичное число от 00000000 до 11111111. На примере подключено только пять светодиодов, но в целом понятно, что данная программа представляет собой просто счетчик от 0 до 255.

Видео

В итоге имеем простой и дешевый способ увеличения количества , но за это приходится заплатить меньшим их быстродействием. Впрочем, для устройств вывода информации, типа семисегментных индикаторов и линейных светодиодных шкал, это не очень критично, так как скорость вывода информации все равно будет больше скорости восприятия ее органами чувств человека...

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “ “

Микросхемы

Микросхема (ИС – Интегральная Схема, ИМС – Интегральная Микросхема , чип или микрочип от английского Chip, Microchip) представляет собой целое устройство, содержащее в себе транзисторы, диоды, резисторы и другие, активные и пассивные элементы, общее число которых может достигать нескольких десятков, сотен, тысяч, десятков тысяч и более. Разновидностей микросхем достаточно много. Наиболее применяемые среди них – логические , операционные усилители , специализированные .

Большая часть микросхем помещена в пластмассовый корпус прямоугольной формы с гибкими пластинчатыми выводами (см. Рис. 1), расположенными вдоль обеих сторон корпуса. Сверху на корпусе есть условный ключ - круглая или иной формы метка, от которой ведется нумерация выводов. Если на микросхему смотреть сверху, то отсчитывать выводы нужно против движения часовой стрелки, а если снизу - то в направлении движения часовой стрелки. Микросхемы могут иметь любое количество выводов.

В отечественной электронике (впрочем, в зарубежной тоже) особой популярностью среди микросхем пользуются логические, построенные на основе биполярных транзисторов и резисторов. Их еще называют ТТЛ-микросхемами (ТТЛ – Транзисторно-Транзисторная Логика) . Название транзисторно-транзисторный возникло из-за того, что транзисторы используются как для выполнения логических функций, так и для усиления выходного сигнала. Весь их принцип работы построен на двух условных уровнях: низком или высоком или, что эквивалентно, состоянию логического 0 или логической 1. Так, для микросхем серии К155 за низкий уровень, соответствующий логическому 0, приняты напряжения от 0 до 0,4. В, то есть не более 0,4 В, а за высокий, соответствующий логической 1, – не менее 2,4 В и не более напряжения источника питания – 5 В, а для микросхем серии К176, рассчитанных на питание от источника, напряжением 9 В, соответственно 0,02. ..0,05 и 8,6. ..8,8 В.

Маркировка зарубежных ТТЛ-микросхем начинается с цифр 74 , например 7400. Условные графические обозначения основных элементов логических микросхем показаны на Рис. 2. Там же приведены таблицы истинности, дающие представление о логике действия этих элементов.

Символом логического элемента И служит знак “&” (союз “и” в английском языке) , стоящий внутри прямоугольника (см. Рис.2). Слева - два (или больше) входных вывода, справа - один выходной вывод. Логика действия этого элемента такова: напряжение высокого уровня на выходе появится лишь тогда, когда сигналы такого же уровня будут на всех его входах. Такой же вывод можно сделать, глядя на таблицу истинности, характеризующую электрическое состояние элемента И и логическую связь между его выходным и входными сигналами. Так, например, чтобы на выходе (Вых.) элемента было напряжение высокого уровня, что соответствует единичному (1) состоянию элемента, на обоих входах (Вх. 1 и Вх. 2) должны быть напряжения такого же уровня. Во всех других случаях элемент будет в нулевом (0) состоянии, то есть на его выходе будет действовать напряжение низкого уровня.
Условный символ логического элемента ИЛИ - цифра 1 в прямоугольнике. У него, как и у элемента И, может быть два и больше входов. Сигнал на выходе, соответствующий высокому уровню (логической 1) , появляется при подаче сигнала такого же уровня на вход 1 или на вход 2 или одновременно на все входы. Проверьте эти логические взаимосвязи выходного и входного сигналов этого элемента по его таблице истинности.
Условный символ элемента НЕ - тоже цифра 1 внутри прямоугольника. Но у него один вход и один выход. Небольшой кружок, которым начинается линия связи выходного сигнала, символизирует логическое отрицание “НЕ” на выходе элемента. На языке цифровой техники “НЕ” означает, что элемент НЕ является инвертором, то есть электронным “кирпичиком”, выходной сигнал которого по уровню противоположен входному. Другими словами: пока на его входе присутствует сигнал низкого уровня, на выходе будет сигнал высокого уровня, и наоборот. Об этом говорят и логические уровни в таблице истинности работы этого элемента.
Логический элемент И-НЕ является комбинацией элементов И и НЕ , поэтому на его условном графическом обозначении есть знак “& ” и небольшой кружок на линии выходного сигнала, символизирующий логическое отрицание. Выход один, а входов два и больше. Логика работы элемента такова: сигнал высокого уровня на выходе появляется лишь тогда, когда на всех входах будут сигналы низкого уровня. Если хотя бы на одном из входов будет сигнал низкого уровня, на выходе элемента И-НЕ будет сигнал высокого уровня, то есть он будет в единичном состоянии, а если на всех входах будет сигнал высокого уровня - в нулевом состоянии. Элемент И-НЕ может выполнять функцию элемента НЕ, то есть стать инвертором. Для этого надо лишь соединить вместе все его входы. Тогда при подаче на такой объединенный вход сигнала низкого уровня на выходе элемента будет сигнал высокого уровня, и наоборот. Это свойство элемента И-НЕ очень широко используется в цифровой технике.

Обозначение символов логических элементов (знаков “&” или “1”) применяется только в отечественной схемотехнике.

ТТЛ-микросхемы обеспечивают построение самых различных цифровых устройств, работающих на частотах до 80 МГц, однако их существенный недостаток – большая потребляемая мощность.
В ряде случаев, когда не нужно высокое быстродействие, а необходима минимальная потребляемая мощность, применяют КМОП-микросхемы , которые используются полевые транзисторы, а не биполярные. Сокращение КМОП (CMOS Complementary Metal-Oxide Semiconductor) расшифровывается как Комплементарный Металло-Оксидный Полупроводник. Основная особенность микросхем КМОП – ничтожное потребление тока в статическом режиме – 0,1…100 мкА. При работе на максимальной рабочей частоте потребляемая мощность увеличивается и приближается к потребляемой мощности наименее мощных микросхем ТТЛ. К КМОП-микросхемам относятся такие известные серии, как К176, К561, КР1561 и 564.

В классе аналоговых микросхем выделяют микросхемы с линейными характеристиками – линейные микросхемы , к которым относятся ОУ – Операционные Усилители . Наименование “операционный усилитель ” обусловлено тем, что, прежде всего такие усилители получили применение для выполнения операций суммирования сигналов, их дифференцирования, интегрирования, инвертирования и т.д. Аналоговые микросхемы выпускают, как правило, функционально незавершенными, что открывает широкий простор для радиолюбительского творчества.

Операционные усилители имеют два входа – инвертирующий и неинвертирующий. На схеме обозначаются минусом и плюсом соответственно (см. Рис.3). Подавая сигнал на вход плюс – на выходе получается неизменный, но усиленный сигнал. Подавая его на вход минус, на выходе получается перевернутый, но тоже усиленный сигнал.

При производстве радиоэлектронной продукции использование многофункциональных специализированных микросхем, требующих минимального количества внешних компонентов, позволяет значительно сократить время разработки конечного устройства и производственные затраты. К этой категории микросхем относятся чипы, которые предназначены для чего-то определенного. Например, существуют микросхемы усилителей мощности, стереоприемников, различных декодеров. Все они могут иметь совершенно разный вид. Если одна из таких микросхем имеет металлическую часть с отверстием, это означает, что ее нужно привинчивать к
радиатору.

Со специализированными микросхемами иметь дело куда приятнее, чем с массой транзисторов и резисторов. Если раньше для сборки радиоприемника необходимо было множество деталей, то теперь можно обойтись одной микросхемой.

Я очень долго думал, как объяснить простыми человеческими словами, что же такое транзистор. Даже если рассказывать о транзисторе очень-очень поверхностно, мне придётся написать не менее пяти листов, используя заумные термины.

Потом меня осенило: ведь главная цель моего обзора – не дать академические знания (за ними пожалуйте в университет или хотя бы в Википедию), а научить начинающего радиолюбителя хотя бы отличать транзистор от конденсатора и резистора, чтобы успешно собрать свои первые конструкции (например, наборы Мастер Кит).

Поэтому лучше всего сказать так: транзисторы – это радиодетальки с тремя выводами, предназначенные для усиления и преобразования сигналов. Так они могут выглядеть в жизни:

Так обозначается транзистор на схеме:

У транзистора, как мы уже поняли, три вывода: база (B), коллектор (C), эмиттер (E).
На базу обычно подаётся входной сигнал, с коллектора - снимается усиленный сигнал, а эмиттер является общим проводом схемы. Конечно, это очень примитивное описание принципов работы транзистора, и вообще есть очень много нюансов, но мы уже договорились, что я не буду мучить вас чтением многостраничного труда.

На самой радиодетали выводы никак не маркированы. Какого-либо стандарта расположения выводов тоже нет. Так как же определить, где какой вывод?
Придётся воспользоваться справочной информацией: на каждый транзистор имеется так называемый даташит, или, иными словами, паспорт радиодетали. В даташите приводится вся информация по транзистору: максимально допустимые ток и напряжение, коэффициент усиления, расположение выводов и многое-многое другое. Даташиты проще всего искать в сети Интернет, также основные параметры транзисторов можно найти в радиолюбительской литературе.

Взаимозаменяемость транзисторов

Так как транзистор имеет гораздо более сложное устройство и больше значащих параметров, чем резистор, конденсатор или диод, подобрать допустимую замену отсутствующему компоненту непросто. Как минимум, у заменяемого транзистора должен быть такой же тип корпуса и цоколёвка (расположение выводов). Новый транзистор должен иметь такую же структуру: NPN или PNP. Кроме того, необходимо учитывать электрические параметры: допустимые токи, напряжения, в некоторых случаях – граничную частоту и т.п.
Иногда разработчик схемы делает этот труд за вас, предлагая возможные аналоги транзистора. В сети Интернет и в радиолюбительской литературе также имеются справочные таблицы с информацией о возможных аналогах транзисторов.
В наборы Мастер Кит также иногда вкладываются вместо оригинальных (временно отсутствующих на складе) транзисторов их аналоги, и такая замена не ухудшает качества работы готовой конструкции.

Установка транзистора на печатную плату

Вообще же, для успешной сборки набора Мастер Кит необязательно знать, где какой вывод у транзистора. Достаточно совместить «ключи» на транзисторе и на печатной плате – и выводы транзистора «автоматически» установятся так, как положено.

Посмотрите на рисунок. У транзистора есть «ключ» - при взгляде на него сверху явно видно, что корпус полукруглый. Такой же «ключ» имеется на печатной плате. Для корректной установки транзистора достаточно совместить «ключи» на транзисторе и на печатной плате:

Микросхема – это уже почти готовое устройство, или, образно говоря, электронный полуфабрикат.

Микросхема содержит в себе электронную схему, выполняющую определённую функцию: это может быть логическое устройство, преобразователь уровней, стабилизатор, усилитель. Внутри микросхемы размером с ноготь могут содержаться десятки (а иногда и сотни, миллионы и миллиарды) резисторов, диодов, транзисторов и конденсаторов.

Микросхемы выпускаются в различных корпусах и имеют разное количество выводов. Вот некоторые примеры микросхем, с которыми может работать начинающий радиолюбитель:

Цоколёвка микросхемы

Выводы нумеруются против часовой стрелки начиная с левого верхнего. Первый вывод определяется с помощью «ключа» - выемки на краю корпуса или точки в виде углубления.

Взаимозаменяемость микросхем

Микросхема – это узкоспецифическая готовая электронная схема, содержащая в себе огромное количество элементов, и в общем случае каждая микросхема уникальна.
Но всё же в некоторых случаях можно подобрать замену. Разные производители могут выпускать одинаковые микросхемы. Проблема только в том, что не существует никакой унификации в названии (иногда, но не обязательно, могут совпадать цифры наименований). Например, MA709CH, MC1709G, LM 1709L SN72710L, К153УД1А/Б - это одна и та же микросхема разных фирм-производителей.

В некоторых случаях в наборы Мастер Кит также могут входить аналоги микросхем. Это нормально, и не ухудшает характеристик готовой схемы.

Микросхемы - стабилизаторы напряжения

Микросхемы стабилизаторов напряжения имеют три вывода, поэтому их легко можно перепутать с транзистором. Но в корпусе этого маленького компонента могут содержаться десятки транзисторов, резисторов и диодов. Например, на рисунке ниже представлена микросхема 78L05. Вы можете подавать на её вход напряжение от 5 до 30В, на выходе же микросхемы будет присутствовать неизменное напряжение 5В, при этом нагрузочная способность микросхемы – 100 мА. Подобный стабилизатор выпускается и в более мощной версии – до 1А нагрузочной способности, называется он 7805 и имеет более крупный корпус.

Установка микросхемы на печатную плату

На микросхеме и на печатной плате имеются «ключи», и при установке микросхемы на плату обязательно требуется их совмещать, как показано на рисунке ниже:

Микросхемы 555 применяются довольно часто в радиолюбительской практике - они практичны, многофункциональны и очень просты в использовании. На таких микросхемах можно реализовать любую конструкцию - как простейшие триггеры Шмитта с парочкой дополнительных элементов, так и многоступенчатые кодовые замки.

NE555 была разработана уже довольно давно, даже в советских журналах «Радио», «Моделист-конструктор», на аналогах этой микросхемы можно было встретить немало самоделок. На сегодняшний день эта микросхема активно применяется в конструкциях со светодиодами.

Описание микросхемы

Это разработка компании из США Signetics. Именно ее специалисты смогли реализовать на практике работы Камензинда Ганса. Это, можно сказать, отец интегральной микросхемы - в тяжелых условиях высокой конкуренции инженерам удалось сделать продукт, который вышел на мировой рынок и завоевал широкую популярность.

В те годы у микросхемы 555 серии не было в мире аналогов - очень высокая плотность монтажа элементов в устройстве и крайне низкая себестоимость. Именно благодаря этим параметрам она заслужила высокую популярность среди конструкторов.

Отечественные аналоги

После началось массовое копирование этого радиоэлемента - советский аналог микросхемы носил название КР1006ВИ1. Между прочим, она во всех отношениях является уникальной разработкой, даже несмотря на то, что у нее много аналогов. Только у отечественных микросхем вход остановки приоритетнее, чем вход запуска. Ни в одной из зарубежных конструкций нет такой особенности. Но эту особенность обязательно нужно учитывать при проектировании схем, в которых оба входа активно используются.

Где применяется?

Но нужно заметить, что приоритеты входов не очень сильно влияют на работоспособность микросхемы. Это только мелкий нюанс, который нужно учитывать в редких случаях. Для снижения потребляемой мощности в середине 70-х был налажен выпуск КМОП-элементов. В СССР микросхемы на полевиках носили название КР1441ВИ1.

Генераторы на микросхеме 555 очень часто используются в конструкциях радиолюбителей. Несложно реализовать на этой микросхеме и реле времени, причем задержку можно установить от нескольких миллисекунд до часов. Существуют и более сложные элементы, в основе которых находится 555 схема - они содержат в себе устройства по предотвращению дребезжания контактов, ШИМ-контроллеры, восстановления сигнала цифрового типа.

Преимущества и недостатки микросхемы

Внутри таймера имеется встроенный делитель напряжения - именно он позволяет задать строго фиксированный нижний и верхний порог, при котором происходит срабатывание компараторов. Именно отсюда можно сделать вывод о главном недостатке - пороговыми значениями невозможно управлять, а из конструкции исключить делитель тоже нельзя, существенно сужается область практического применения микросхемы 555. Схемы мультивибраторов и одновибраторов построить можно, но более сложные конструкции не получится.

Как избавиться от недостатков?

Но избавиться от такой проблемы можно, достаточно установить полярный конденсатор не более 0,1 мкФ между управляющим выводом и минусом питания.

А чтобы существенно повысить помехоустойчивость, в цепи питания устанавливается неполярный конденсатор емкостью 1 мкФ. При практическом применении микросхем 555 важно учитывать, влияют ли на их работу пассивные элементы - резисторы и конденсаторы. Но нужно заметить одну особенность - при использовании таймеров на КМОП-элементах эти все недостатки просто уходят, нет необходимости применять дополнительные конденсаторы.

Основные параметры микросхем

Если вы решите изготовить таймер на микросхеме 555, то нужно знать ее основные особенности. Всего в приборе имеется пять узлов, их можно разглядеть на диаграмме. По входу находится делитель напряжение резистивного типа. С его помощью происходит формирование двух опорных напряжений, необходимых для работы компараторов. Выходы компараторов соединяются с RS-триггером и внешним контактом для сброса. И только после этого на усилительное устройство, где увеличивается значение сигнала.

Питание микросхем

В окончании находится транзистор, у которого коллектор открыт - он выполняет ряд функций, зависит все от того, какая конкретно задача перед ним стоит. Рекомендуется на интегральные микросхемы NE, SA, NA подавать напряжение питания в диапазоне 4,5-16 В. Только для в случае применения микросхем 555 с аббревиатурой SE допускается увеличение до 18 В.

Максимальный ток потребления при напряжении 4,5 В может достигать 10-15 мА, минимальное значение - 2-5 мА. Существуют микросхемы КМОП, у которых ток потребления не превышает 1 мА. У отечественных ИМС типа КР1006ВИ1 ток потребления не превышает 100 мА. Подробное описание микросхемы 555 и ее отечественных аналогов можно найти в даташитах.

Эксплуатация микросхемы

Условия эксплуатации зависят напрямую от того, какая фирма производит микросхему. В качестве примера можно привести два аналога - NE555 и SE555. У первой диапазон температур, в котором она нормально будет работать, находится в интервале 0-70 градусов. У второй же он намного шире - от -55 до +125 градусов. Поэтому такие параметры всегда нужно учитывать при проектировании устройств. Желательно ознакомиться со всеми типовыми значениями напряжений и токов на выводах Reset, TRIG, THRES, CONT. Для этого можно воспользоваться даташитом к конкретной модели - в ней вы найдете исчерпывающую информацию.

От этого зависит и практическое применение схемы. Радиолюбителями микросхема 555 используется довольно часто - в системах управления даже существуют задающие генераторы для радиопередатчиков на этом элементе. Преимущество его перед любым транзисторным или ламповым вариантом - невероятно высокая стабильность частоты. И нет надобности подбирать элементы с высокой стабильностью, устанавливать дополнительные устройства для выравнивания напряжения. Достаточно установить простую микросхему и усилить сигнал, который будет вырабатываться на выходе.

Назначение выводов ИМС

На микросхемах 555 серии присутствует всего восемь выводов, тип корпуса PDIP8, SOIC, TSSOP. Но во всех случаях назначение выводов одинаковое. УГО элемента - это прямоугольник, подписанный «G1» в случае генератора одиночных импульсов и «GN» для мультивибратора. Назначение выводов:

GND - общий, по порядку он первый (если считать от ключа-метки). На этот вывод подается минус от источника питания.
TRIG - вход запуска. Именно на этот вывод подается низкоуровневый импульс и он поступает на второй компаратор. В результате происходит запуск ИМС и появляется на выходе сигнал с высоким уровнем. Причем длительность сигнала зависит от значений С и R.
OUT - выход, на котором появляется сигнал высокого и низкого уровней. Переключение между ними занимает не более 0,1 мкс.
RESET - сброс. Этот вход обладает наивысшим приоритетом, он управляет таймером, причем не зависит это от того, есть ли напряжение на остальных ножках микросхемы. Чтобы разрешить запуск, нужно наличие напряжения свыше 0,7В. В том случае, если импульс меньше 0,7В, то работа микросхемы 555 запрещается.
CTRL - контрольный вход, который соединяется с делителем напряжения. И если нет никаких внешних факторов, которые могут повлиять на работу, выдается на этом выходе напряжение 2/3 от питающего. При подаче управляющего сигнала на этот вход на выходе образуется модулированный импульс. В случае с простыми схемами этот выход соединяется к конденсатору.
THR - остановка. Это вход 1-го компаратора, в случае появления на нем напряжения 2/3 от питающего происходит остановка работы триггера и таймер переводится в пониженный уровень. Но обязательное условие - на ножке TRIG не должно быть сигнала запуска (так как у него приоритет).
DIS - разряд. Он соединяется непосредственно с транзистором, расположенным внутри микросхемы 555. У него коллектор общий. В цепи эмиттер-коллектор устанавливается конденсатор, который необходим для того чтобы задать время.
VCC - подключение к плюсу источника питания.

Режим одновибратора

Всего существует три работы режима микросхемы NE555, один из них - одновибратор. Чтобы осуществить формирование импульсов, приходится применять конденсатор полярного типа и резистор.

Работа схемы происходит таким образом:

Ко входу таймера прикладывается напряжение - низкоуровневый импульс.
Происходит переключение режима работы микросхемы.
На выводе «3» появляется сигнал с высоким уровнем.

По прошествии этого времени на выходе произойдет формирование низкоуровневого сигнала. В режиме мультивибратора выводы «4» и «8» соединяются. При разработке схем на основе одновибратора нужно учитывать такие нюансы:

Напряжение питания не может влиять на время импульса. При увеличении напряжения скорость зарядки конденсатора, который задает время, больше. Следовательно, увеличивается амплитуда сигнала на выходе.
Если произвести подачу дополнительного импульса на вход (уже после основного), то он не повлияет на работоспособность таймера до окончания времени t.

Чтобы повлиять на функционирование генератора, можно воспользоваться одним из способов:

На вывод RESET подать низкоуровневый сигнал. При этом таймер вернется в состояние по умолчанию.
Если на вход «2» идет низкоуровневый сигнал, то на выходе всегда будет высокий импульс.

При помощи одиночных импульсов, подаваемых на вход, и изменения параметров времязадающих компонентов, можно на выходе получить прямоугольный сигнал нужной длительности.

Схема мультивибратора

Изготовить металлоискатель на микросхеме 555 сможет любой начинающий радиолюбитель, но для этого нужно изучить особенности работы этого прибора. Мультивибратор - это специальный генератор, который вырабатывает с определенной периодичностью прямоугольные импульсы. Причем строго задается амплитуда, длительность и частота - зависят значения от того, какая задача стоит перед устройством.

Для формирования повторяющихся сигналов применяются резисторы и конденсаторы. Длительность сигнала t1, паузы t2, частоту f, и период T можно найти по следующим формулам:

t1=ln2*(R1+R2)*C=0,693*(R1+R2)*C;
t2=0,693*C*(R1+2*R2);
T=0,693*C*(R1+2*R2);
f=1/(0,693*C*(R1+2*R2)).

Исходя из этих выражений, можно увидеть, что пауза по длительности не должна быть больше времени сигнала. Другими словами, скважность не будет никогда больше 2. От этого напрямую зависит практическое применение микросхемы 555. Схемы различных устройств и конструкций строятся по даташитам - инструкциям. В них даны все возможные рекомендации для сборки приборов. Скважность можно найти по формуле S=T/t1. Чтобы увеличить этот показатель, необходимо добавить в схему полупроводниковый диод. Его катод соединяется с шестой ножкой, а анод с седьмой.

Если посмотреть в даташит, то в нем указывается обратная величина скважности - ее можно посчитать по формуле D=1/S. Измеряется она в процентах. Работу схемы мультивибратора можно описать следующим образом:

При подаче питания конденсатор полностью разряжен.
Таймер переводится в высокоуровневое состояние.
Конденсатор накапливает заряд и на нем напряжение достигает максимума - 2/3 от питающего.
Происходит переключение микросхемы и на выходе появляется низкоуровневый сигнал.
Конденсатор разряжается в течение t1 до уровня 1/3 от питающего напряжения.
Микросхема 555 переключается снова и на выходе образуется опять высокоуровневый сигнал.

Такой режим работы называется автоколебательным. На выходе постоянно изменяется величина сигнала, микросхема-таймер 555 равные промежутки времени находится в различных режимах.

Прецизионный триггер Шмитта

В таймерах типа NE555 и аналогичных имеется встроенный компаратор с двумя порогами - нижним и верхним. Кроме того, в нем присутствует специальный RS-триггер. Именно это позволяет реализовать конструкцию прецизионного триггера Шмитта. Напряжение, поступающее на вход, делится при помощи компаратора на три равные части. И как только достигает уровень значения порога, происходит переключение режима работы микросхемы. Гистерезис при этом увеличивается, его величина достигает значения 1/3 от напряжения питания. Используется прецизионный триггер в конструкциях систем с автоматическим регулированием.

Таймер NE555 является, пожалуй, самой популярной интегральной микросхемой своего времени. Несмотря на то, что он был разработан более 40 лет назад (в 1972 году) он до сих пор выпускается многими производителями. В этой статье, постараемся подробно осветить вопросы описания и применения таймера NE555.

Умные соединения компаратора, сбрасываемый триггер и инвертирующий усилитель в одной монолитной интегральной микросхеме, наряду с несколькими другими элементами породили почти бессмертные схемы устройств, которые сегодня используется многими радиолюбителями.

555 Таймер был разработан американской компанией Signetics в 1972 году и зарегистрирован на мировом рынке. Два года спустя той же компании был разработана микросхема с обозначением 556, которая объединила в себе два отдельных таймера NE555 имеющих только общие выводы по питанию. Еще позже были разработаны микросхемы 557, 558 и 559 с применением до четырех таймеров NE555 в одном корпусе. Но позже они были сняты с производства и почти забыты.

Интегральная микросхема NE555 разрабатывалась в качестве таймера и содержит в себе комбинацию аналоговых и цифровых элементов в одном кристалле. Выпускается в различном исполнении, начиная от классического DIP корпуса стандартного и SOIC для SMD монтажа и до миниатюрного корпуса версии SSOP или SOT23-5. (Цены на таймер NE555)

Таймер NE555, кроме стандартного исполнения производиться так же в маломощном CMOS исполнении. Схема электропитания NE555 составляет от 4,5 до 15 вольт (18 вольт максимум), а CMOS вариант использует питание от 3 вольт. Максимальная выходная нагрузка выхода для NE555 200мА, у версии маломощного таймера только 20 мА при 9 вольт.

Стабильность работы стандартной версии 555 сильно зависит от качества источника питания. Это не так сильно сказывается в простых схемах с применением таймера, однако, в более сложных конструкциях, желательно устанавливать буферный конденсатор по цепи питания емкостью 100 мкф.

Основные характеристики интегрального таймера NE555

Максимальная частота более чем 500 кГц.
Длина одного импульса от 1 мсек до часа.
Может работать в режиме моностабильного мультвибратора.
Высокий выходной ток (до 200 мА)
Регулируемая скважность импульса (отношение периода импульса к его длительности).
Совместимость с TTL уровнями.
Температурная стабильность 0,005% на 1 градус Цельсия.

Микросхема NE555 в своем составе содержит чуть более 20 транзисторов и 10 резисторов. На следующем рисунке приводится структурная схема таймера от Philips Semiconductors.

В следующей таблице перечислены основные свойства NE555

Назначение выводов таймера NE555

№2 — Запуск (триггер)

Триггер переключается, если на этом выводе напряжение упадет ниже 1/3 напряжения питания. Данный вывод имеет высокое входное сопротивление, более 2 мОм. В нестабильном режиме используется для контроля напряжения на времязадающем конденсаторе, в бистабильном режиме к нему подключается элемент коммутации, например, кнопка.

№4 – Сброс

Если напряжение на этом выводе ниже 0,7 вольт, то происходит сброс внутреннего компаратора. В случае неиспользования, на данный вывод таймера NE555 необходимо подать напряжение питания. Сопротивление вывода составляет около 10 кОм.

№5 — Контроль

Может использоваться для регулировки длительности импульсов на выходе путем подачи напряжения 2/3 от напряжения питания. Если это вывод не используется, то его желательно подключить к минусу источника питания через конденсатор 0,01 мкф.

№6 — Стоп (компаратор)

Останавливает функционирование таймера, если напряжение на этом выводе будет выше 2/3 напряжения питания. Вывод имеет высокое входное сопротивление, более 10 мОм. Он обычно используется для измерения напряжения на времязадающем конденсаторе.

№7 — Разряд

Вывод через внутренний транзистор подключается к «земле», когда внутренний триггер находится в активном состоянии. Вывод (открытый коллектор) используется в основном для разряда времязадающего конденсатора.

№3 – Выход

Микросхема NE555 имеет всего один выход с током до 200 мА. Это значительно больше, чем у обычных интегральных микросхем. Вывод способен управлять, например, светодиодами (с токоограничивающим резистором), небольшими лампочками, пьезоэлектрическим преобразователем, динамиком (с конденсатором), электромагнитным реле (с защитным диодом) или даже маломощными двигателями постоянного тока. Если требуется более высокий выходной ток, то можно подключить подходящий транзистор в качестве усилителя.

Таймер NE555 — схема включения

Способность вывода 3 таймера NE555 создавать как высокий уровень напряжения, так и низкий (практически 0 вольт) позволяет управлять нагрузкой подключенной как к минусу питания, так и к плюсу. Как пример, подключение светодиодов. Это, конечно, не является обязательным требованием, и нагрузка (светодиод) может быть подключен либо к минусу, либо плюсу питания.

Если таймер NE555 работает в нестабильном состоянии (режим генератора), то к выходу его можно подключить динамик. Он подключается после разделительного конденсатора (например, 100 мкф) и должен иметь сопротивление не менее 64 Ом из-за ограниченного максимального тока нагрузки выхода таймера. Конденсатор предназначен для отделения постоянной составляющей сигнала и проводит только аудиосигнал.

Динамик с сопротивлением катушки ниже чем 64 Ом можно подключить либо через конденсатор с меньшей емкостью (реактивное сопротивление), являющегося дополнительным сопротивлением либо с помощью усилителя. Усилитель также может быть использован для подключения более мощного громкоговорителя.

Как и все интегральных микросхемы, выход таймера NE555 управляющий индуктивной нагрузкой (реле) должен быть защищена от скачков повышенного напряжения, созданное в в момент отключения. Диод (например, 1N4148) всегда подключается параллельно к катушке реле в обратном направлении.

Однако, для микросхемы NE555 требуется второй диод, включенный последовательно с катушкой реле. Он ограничивает низкое напряжение, которое находится на выходе 3 таймера и предотвращает возбуждение реле небольшим током.

Таким диодом может быть, например, 1N4001 (1N4148 диод не подходит) либо светодиод.

(скачено: 3 774)