Опубликовано

Мультивибратор на 555 таймере

Схемы на NE555

Таймер 555

При конструировании систем домашней автоматики часто требуются устройства, срабатывающие под воздействием сигнала от какого-либо датчика и включающие требуемые исполнительные устройства. Сигнал от датчика может быть кратковременным, а исполнительные устройства после включения должны отработать фиксированное время. Другими словами, устройству необходимо выполнять функцию электронной “защелки”. Универсальная микросхема аналогового таймера КР1006ВИ1 (импортный аналог — серия 555) с успехом подходит для этого.

На рис.1 показана простая схема ждущего мультивибратора на 555, реагирующая по входу TR (выводу 2) DA1 на смену высокого логического уровня на низкий (замыкание кнопки SB1). В исходном состоянии, когда на выводе 2 высокий уровень (логическая “1”), на выходе микросхемы (выводе 3) — низкий (“0”), и нагрузка (светодиод HL1 с последовательно включенным ограничительным резистором R4) обесточена. В качестве нагрузки может быть реле, сирена и другое устройство с током потребления до 100 мА.

Замыкание SB1 или подача на этот вход DA1 низкого уровня вызывает срабатывание таймера, на выходе которого появляется высокий уровень и поддерживается в течение времени, зависящего от номиналов цепочки R2-C1 и определяемого по формуле:

tи=1,1R2C1.

Сопротивление R2 может находиться в диапазоне 2 кОм…10МОм. Конденсатор С1 должен иметь малую утечку, которая, в принципе, и определяет предельную величину емкости С1.

Рис. 1

В исходное состояние, не дожидаясь окончания импульса, схему можно привести, кратковременно подавая низкий уровень на вход R (вывод 4) DA1 путем замыкания контактов кнопки SB2 или разрывая цепь питания с помощью выключателя SA1.

Напряжение питания узла — 5… 15 В, ток потребления (без учета тока нагрузки) не выходит за пределы 10 мА.

Вместо кнопки SB1 можно использовать любые датчики, формирующие импульсы отрицательной полярности. Например, фоторезистор (СФЗ-4 или аналогичный), резкое уменьшение сопротивления которого при освещении рабочей поверхности обеспечит включение узла.

Если резистор R2 убрать, а проводник от вывода 2 DA1 удлинить до 20…50 см, получится чувствительный сенсор с самоблокировкой. Прикосновение к такому сенсору вызовет переключение узла и подачу питания на нагрузку. Тогда кнопку SB1 необходимо исключить из схемы.

На рис,2 показано устройство, аналогичное по принципу действия.

Рис. 2, одновибратор на 555

Нагрузку здесь включает тиристор, запускаемый от транзисторного ключа. Он позволяет управлять более мощной нагрузкой, чем предыдущее устройство. Ток нагрузки определяется типом тиристора и в данном варианте может достигать 0,5 А.

При поступлении сигнала низкого уровня на вывод 2 DA1 на выводе 3 формируется высокий уровень длительностью 0,5… 15 с (зависит от номиналов цепочки R3-R4-C1). Он подается на базу транзистора VT1 и открывает его. В результате отпирается тиристор VS1 и включается зуммер BZ1. Вместо него можно использовать любую соответствующую нагрузку. Через 0,5…15 с на выводе 3 DA1 восстанавливается низкий уровень, но тиристор остается включенным до тех пор, пока узел не будет обесточен выключателем SA1. Переменный резистор R5 служит для регулировки чувствительности устройства. Без него узел срабатывает ненадежно.

Вместо замыкания кнопки SB1 можно подавать импульсы различной длительности от датчиков (фоторезисторов, фотодиодов, звукоусилительных устройств и т.д.). Это делает устройство универсальным

Транзистор VT1 — любой маломощный из серий КТ3102, КТ315, КТ312, КТ503. Тиристор VS1 можно заменить КУ101, КУ221 с любым буквенным индексом. Оксидные конденсаторы С1, С2 — с малым током утечки, например, К53-18. Постоянные резисторы — типа МЛТ-0,25, переменные — любого типа. Подобрав необходимые параметры, вместо переменных резисторов можно установить постоянные.

А.Кашкаров

>

Радиоконструктору

радиоликбез

В современной аппаратуре широко применяют генераторы прямоугольных импульсов, выполненные на таймерах. При простоте схемы они обладают весьма высокими эксплуатационными характеристиками. Стабильность частоты генерации обеспечена принципом действия микросхемы.

Так как образцовое напряжение на оба компаратора DA1 и DA2 (рис. 2.36) задают внутренние делители напряжения R1—R3, пороги срабатывания компараторов сдвигаются пропорционально изменению питающего напряжения, и напряжение, заряжающее конденсатор С1, меняется в той же пропорции, компенсируя погрешность. Уход частоты генератора при изменении напряжения питания на 1 В не превышает 0,1%.

В литературе описано много генераторов на таймерах. Схема простейшего из них изображена на рис. 5.39, а. За счет объединения обоих управляющих входов — выводы 2 и 6 — микросхема работает как триггер Шмитта. Времязадающая RC-цепь состоит из одного резистора (R1) и одного конденсатора (С1) и может быть легко приспособлена для перекрытия диапазона частот.

В момент подачи напряжения питания на входе таймера будет напряжение низкого уровня, на выходе — высокого. Конденсатор С1 начинает заряжаться. Как только напряжение на конденсаторе достигнет значения 2/3 Uп сработает компаратор DA1. Он переключит внутренний триггер, и уровень выходного напряжения сменится на низкий. Конденсатор С1 начнет разряжаться. Когда напряжение на входе микросхемы снизится до 1/3 Uп, компаратор DA2 вызовет обратное переключение триггера и начнется новый цикл работы. В установившемся режиме генерации напряжение на конденсаторе колеблется в пределах от 1/3 Uп до 2/3 Uп (рис. 5.39,б),

Таймер КР1006ВИ1 устойчиво генерирует вплоть до частоты 1 МГц. Выходное напряжение, заряжающее конденсатор С1, немного меньше напряжения питания: U1вых=Uп—Uкэ, где Uкэ — падение напряжения на выходном биполярном транзисторе таймера. Это — недостаток рассмотренного варианта генератора. Вычитаемое напряжение Uкэ = 0,6…0,9 В служит причиной неравенства длительности стадий зарядки и разрядки, а также нестабильности частоты.

Включением дополнительного резистора R2 сопротивлением 1…2 кОм разность Uп—U1вых можно уменьшить, улучшив тем самым параметры генератора. Скважность становится практически равной 2, а уход частоты при изменении питания от 5 до 12 В (без нагрузки) менее 0,1%. Однако резистор R2 дополнительно нагружает источник питания при U0вых.

Период колебаний можно определить, приняв U1вых ≈Uп; U0вых ≈0В,

tз ≈ 0,7R1C1, (5.16)

tp ≈ 0,7R1C1, (5.17)

следовательно, период колебаний

T=tз+tp=1,4R1C1. (5.18)

Вариант генератора на рис. 5.39, в работает подобно рассмотренному с тем лишь отличием, что зарядка конденсатора происходит, когда выходное напряжение имеет низкий уровень, и разрядка — высокий.

На частоту этих генераторов влияет сопротивление нагрузки, что является существенным их недостатком. Так, при напряжении питания Uп= 12 В (R2=1 кОм, см. рис. 5.39, а) изменение нагрузки в пределах от 10 до 1 кОм вызывает уход частоты на 2,5%.

На практике чаще употребляют генератор по схеме рис. 5.40, а свободный от этого недостатка. Здесь резистор R3 и выключатель SA1 служат для прерывания колебаний. При замкнутых контактах генерация прекращается. Если прерывания не требуется, эту цепь исключают, а вывод 4 таймера соединяют с плюсовым проводом питания, как обычно.

Зарядный ток конденсатора С1 протекает через резисторы R1 и R2. У транзистора VT1 таймера (см. рис. 2.36) коллектор соединен с выводом 7, поэтому транзистор в это время закрыт. Выходное напряжение имеет

Рис. 5.40. Мультивибратор на таймере КР1006ВИ1 с улучшенными параметрами:а — принципиальная схема; б — схема мультивибратора, позволяющая изменять скважность выходных сигналов

высокий уровень. После достижения на конденсаторе С1 напряжения 2/3 Un произойдет переключение внутреннего триггера, одновременно с переключением выходных транзисторов таймера откроется и транзистор VT1 и начнется разрядка конденсатора.

Разрядный ток течет через резистор R2 и выходной транзистор VT1. Так как на выводе 7 таймера напряжение практически равно нулю, подзарядки конденсатора не происходит. Когда напряжение на конденсаторе С1 уменьшится до 1/3 Un, произойдет очередное переключение, транзистор VT1 закроется и начнется новый цикл работы. В этом генераторе хронирующая цепь и выход таймера не связаны между собой. Для возникновения самовозбуждения следует обеспечить сопротивление R2≥3 кОм.

Временные диаграммы работы генератора такие же, как и у предыдущего.

Время зарядки конденсатора С1

(5.19)

а время разрядки

tp = 0,693R2C1 ≈ 0,7R2C1. (5.20)

Период колебаний, таким образом,

T=tз+tр = 0,7(R1+ 2R2) С1, (5.21)

а частота колебаний

f = 1/T= 1,44/ . (5.22)

Важно отметить, что напряжение питания не входит в эти формулы, т. е. не влияет на частоту генерирования.

Так как R1 + R2>R2, длительность зарядки t1 (в течение которой Uвых имеет высокий уровень) всегда превышает длительность t2. Скважность выходного напряжения

Q= (t1+t2) /t1 = T/t1= (R1+R2)/R1. (5.23)

Если желательно иметь симметричный выходной сигнал, следует параллельно резистору R включить диод VD1, выведя тем самым резистор R2 из цепи зарядки конденсатора. Еще один диод — VD2, включенный последовательно с резистором R2 (рис. 5.40,б), создает равные условия для разрядки, в результате чего отношение t1/t2 становится эквивалентным отношению R1/R2. Хронирующая цепь с диодами позволяет регулировать скважность в широких пределах.

Когда требования к симметрии выходных сигналов не очень высоки, можно ограничиться только одним диодом VD1.

Рис. 5.41. Схема мультивибраторов на таймере КР1006ВИ1, обеспечивающая выходные импульсы со скважностью Q = 2

Выходное напряжение строго симметричной формы со скважностью 2 можно получить, добавив последовательно с резистором RC-цепи полевой транзистор VT1 (рис. 5.41). Сопротивление этого транзистора в открытом состоянии должно быть, по меньшей мере, в сто раз меньше сопротивления зарядного резистора R1, если необходимо обеспечить ошибку в симметрии менее 1 %.

Когда выходное напряжение имеет высокий уровень, транзистор VT1 открыт и конденсатор С1 заряжается. Когда напряжение на конденсаторе достигнет 2/3 Un, сработает компаратор DA1 и напряжение на выходе упадет до низкого уровня. В этот момент полевой транзистор VT1 закроется, отключая RC-цепь от источника питания, а внутренний транзистор VT1 таймера (рис. 2.36) откроется, разряжая конденсатор. Когда напряжение на входах компараторов снизится до 1/3 Un, произойдет новое переключение и описанный процесс будет повторяться. Поскольку при разрядке конденсатора RC-цепь отключена от источника питания, продолжительность циклов зарядки и разрядки одинакова. Строгая симметричность выходных импульсов такого генератора зависит от точности, с которой подобраны сопротивления резисторов внутреннего делителя, создающего образцовые напряжения для компараторов. Оптимальное напряжение питания для генератора по схеме на рис. 5.41—от 12 до 15 В. При меньшем напряжении параметры транзистора VT1 сильнее сказываются на качестве работы. Частота генерации fген = 0,72/ (R1С1).

После включения питания, когда напряжение на конденсаторе С1 равно нулю, первый интервял выходного напряжения длится дольше, чем последующие в установившемся режиме. Продолжительность его равна t0= 1,1 (R1 + R2)C1.

Частотную модуляцию колебаний можно реализовать, подавая модулирующее напряжение на вывод 5 таймера, на котором действует образцовое напряжение компаратора DAI, Uобр = 2/3Un (рис. 5.42). При изменении образцового напряжения для обеспечения срабатывания компаратора напряжение на другом его входе — выводе 6 — должно измениться таким же образом. Поскольку напряжение на выводе 6 определяется временем зарядки и разрядки конденсатора С1, длительность интервалов tI и t2 будет

NE555

Внешний вид таймера NE555N (буква N обозначает тип корпуса — PDIP8) Логическая диаграмма Принципиальная схема

555 — интегральная схема, универсальный таймер — устройство для формирования (генерации) одиночных и повторяющихся импульсов со стабильными временными характеристиками. Впервые выпущен в 1971 году компанией Signetics под обозначением NE555. Функциональные аналоги оригинального NE555 выпускаются во множестве биполярных и КМОП-вариантов. Сдвоенная версия 555 выпускается под обозначением 556, счетверенная — под обозначением 558.

Представляет собой асинхронный RS-триггер со специфическими порогами входов, точно заданными аналоговыми компараторами и встроенным делителем напряжения.

Применяется для построения различных генераторов, модуляторов, реле времени, пороговых устройств и прочих узлов электронной аппаратуры. В качестве примеров применения микросхемы-таймера можно указать функции восстановления цифрового сигнала, искажённого в линиях связи, фильтры дребезга, двухпозиционные регуляторы в системах автоматического регулирования, импульсные преобразователи напряжения, устройства широтно-импульсного регулирования, таймеры и др.

История разработки и модификации

Летом 1970 года США находились в экономическом кризисе. Микроэлектронная компания Signetics сократила половину персонала. Среди уволенных оказался и схемотехник Ганс Камензинд, разрабатывавший на Signetics микросхемы ФАПЧ. Камензинд продолжил работу над аналоговыми схемами у себя в гараже. Вначале он отладил схему интегрального ГУН с частотой, не зависевшей от напряжения питания. Схема ФАПЧ, впоследствии выпускавшаяся под именем NE566, содержала все структурные блоки будущего таймера 555 — делитель напряжения, компараторы, триггер и аналоговый ключ. Она вырабатывала колебания треугольной формы, амплитуда которых была задана внутренним делителем, а частота — внешней частотозадающей RC-цепью.

Камензинд сумел продать разработку бывшему работодателю, а затем предложил доработать ИС 566, превратив её в ждущий мультивибратор — генератор одиночных импульсов. Идея встретила сопротивление: оппоненты полагали, что дешёвый интегральный таймер подорвёт сложившийся рынок операционных усилителей и стабилитронов, и только благодаря вмешательству руководителя продаж Арта Фьюри проект получил одобрение. Фьюри и придумал ему название NE555 (NE — префикс Signetics). Долгое время Камензинду не удавалось упаковать схему в дешёвый восьмивыводной корпус — модифицированный 556 получался девятивыводной. Решением стала замена встроенного генератора стабильного тока, заряжавшего времязадающий конденсатор, на обычный резистор. В микросхеме ГУН такая замена была недопустимой, в микросхеме таймера она оказалась оправданной. Ещё пять месяцев заняла подготовка отлаженной на макете схемы к производству. За это время сотрудники Signetics, ушедшие к конкурентам вместе с разработкой Камензинда, успели запустить её в серию, но с началом продаж настоящего NE555 отказались от этого проекта. По настоянию Фьюри NE555 продавался по беспрецедентно низкой для своего времени стартовой цене в 75 центов — в 1971 году никто из конкурентов не был готов к соперничеству на такой отметке. Микросхема содержала 23 транзистора, 16 резисторов и 2 диода.

По мере удешевления производства выпуск 555 освоили и конкуренты. Российскими аналогами таймеров типа 555 являются КР1006ВИ1, КР1008ВИ1 и КР1087ВИ2. КР1087ВИ3 — сдвоенный таймер (аналог 556); КР1087ВИ1 — счетверённый таймер (аналог 558). Следует заметить, что таймер КР1006ВИ1 по своей логике работы имеет одно отличие от прототипа NE555, а именно вход останова R отечественной микросхемы имеет приоритет над входом запуска S, тогда как у других микросхем — наоборот. Данное обстоятельство не отражено в официальной документации к микросхеме КР1006ВИ1 и потому нередко становилось причиной проблем у неискушённых радиолюбителей. К счастью, в большинстве конструкций, где используется таймер, приоритеты входов R и S не играют роли. Также выпускаются различные экономичные модификации таймера, выполненные по КМОП-технологии, например это микросхемы ICM7555IPA, GLC555 и их отечественный аналог КР1441ВИ1. Первую КМОП-версию начали выпускать ещё в 1970-е годы на Intersil.

Описание и основные параметры схемы

Микросхема состоит из делителя напряжения с двумя опорными напряжениями для сравнения, двух прецизионных компараторов (низкого и высокого уровней), RS-триггера с дополнительным входом сброса, транзисторного ключа с открытым коллектором и выходного усилителя мощности для увеличения нагрузочной способности.

Номинальное напряжение питания базовой версии микросхемы может находиться в пределах 4,5…16,5 В. Некоторые модификации работоспособны до 18 В. КМОП-версии отличаются возможностью работы при пониженном напряжении питания (от 2 В).

Потребляемый микросхемой ток может достигать величины 6…15 мА в зависимости от напряжения питания (6 мА при VCC = 5 В и 15 мА при VCC = 15 В). Типовое потребление бывает меньше и обычно составляет 3…10 мА в состоянии низкого уровня и 2…9 мА — в состоянии высокого. Ток потребления КМОП-версий таймера не превышает сотен микроампер.

Максимальный выходной ток для отечественной КР1006ВИ1 и КМОП-версий таймера составляет 100 мА. Большинство ныне выпускаемых зарубежных аналогов, выполненных по биполярной технологии, допускает выходной ток до 200 мА и более.

Особенности и недостатки

Применённая схема неотключаемого внутреннего делителя напряжения на входе троичного компаратора делает невозможным независимую установку напряжений сравнения верхнего и нижнего компараторов, что уменьшает область возможного применения микросхемы. В этих случаях можно применить микросхему двойного компаратора с двумя встроенными логическими элементами 3И-НЕ для построения RS-триггера NE521.

К недостаткам биполярного таймера также можно отнести значительный импульсный ток потребления (до 300—400 мА) в моменты переключения таймера. Этот ток вызван сквозными токами выходного каскада микросхемы. С данной особенностью связана рекомендация подключать между выводом 5 («контроль делителя») и минусом питания блокирующий конденсатор на 0,01…0,1 мкФ. Он защищает внутренний делитель микросхемы от помех, наводимых по цепи питания в моменты переключения таймера, что устраняет нестабильность его запуска и повышает общую надёжность схемы. Для аналогичных целей микросхему рекомендуется шунтировать по цепи питания керамическим конденсатором ёмкостью 1 мкФ, который располагается в непосредственной близости к микросхеме. Следует заметить, что указанный недостаток практически устранён в КМОП-версиях таймера, поэтому применение с ними дополнительных конденсаторов обычно не требуется.

Расположение выводов и обозначение на схемах

NE555 чаще всего выпускается в корпусе PDIP8 и SO8, но встречаются и другие варианты корпуса. На схемах обычно обозначается в виде прямоугольника с надписью «G1/GN», которая расшифровывается как специализированный генератор, используемый для формирования одиночных импульсов или серий импульсов. Расположение выводов является стандартным для всех однотипных микросхем:

№ вывода
NE555
№ вывода
NE556
Обозначение Альтер-
нативное
обозначение
Назначение Описание
1 7 GND -U Общий Общий провод, минус питания
2 6 / 8 TRIG S Запуск Когда напряжение на этом выходе становится ниже 1/3 от VCC, на выходе появляется напряжение высокого уровня, начинается отсчёт времени.
3 5 / 9 OUT Q или без
обозначения
Выход На этом выводе формируется одно из двух напряжений, примерно соответствующих GND и VCC — 1,5 В, в зависимости от состояния таймера.
4 4 / 10 RESET E Сброс (разрешение запуска) При подаче на этот вход напряжения менее 0,7 В выход микросхемы принудительно переходит в состояние низкого уровня (переключается на GND). Это происходит независимо от состояния других входов, то есть данный вход имеет наивысший приоритет. Другими словами, высокий уровень напряжения на данном входе (более 0,7 В) разрешает запуск таймера, в противном случае запуск запрещён.
5 3 / 11 CTRL UR Управление (контроль делителя) Подключен напрямую к внутреннему делителю напряжения. При отсутствии внешнего сигнала имеет напряжение 2/3 от VCC. Определяет пороги останова и запуска.
6 2 / 12 THR R Останов Когда напряжение на этом выводе превышает напряжение на выводе CTRL, на выходе устанавливается напряжение низкого уровня, интервал заканчивается. Останов возможен, если на вход TRIG не поступает сигнал запуска, так как вход TRIG имеет приоритет над THR (исключение — микросхема КР1006ВИ1).
7 1 / 13 DIS ◊ или ¤< Разряд Выход типа «открытый коллектор», обычно используется для разрядки времязадающего конденсатора между интервалами. Состояния этого выхода повторяют состояния основного выхода OUT, поэтому возможно их параллельное соединение для увеличения нагрузочной способности таймера по втекающему току.
8 14 VCC +U Питание Плюс питания. 4.5V…18V.

Режимы работы NE555

Прецизионный триггер Шмитта

Если на соединенные входы THRES и TRIG подать входной сигнал, то NE555 будет работать в режиме инвертирующего прецизионного триггера Шмитта. Величина гистерезиса определяется встроенным делителем и равна трети напряжения питания.

Одновибратор

Схема подключения таймера в режиме одновибратора

Входной импульс низкого уровня на входе INPUT вызывает переключение таймера в режим отсчёта времени (на выходе OUTPUT высокий уровень), который длится заданный промежуток времени t = 1 , 1 ⋅ R ⋅ C {\displaystyle t=1,1\cdot R\cdot C} , а затем таймер переключается обратно в стабильное состояние (низкий уровень на выходе OUTPUT).
Стоит отметить два факта:

  1. Появление низкого уровня на входе RESET переключает таймер в стабильное состояние и переводит выход OUTPUT на низкий уровень.
  2. Пока на входе INPUT остаётся низкий уровень, выход OUTPUT всегда имеет высокий уровень.

Мультивибратор

Схема подключения таймера в автоколебательном режиме

Напряжение на выходе OUTPUT периодически меняется, генерируются прямоугольные импульсы, описываемые следующими уравнениями:
Длительность высокого уровня t 1 = ln ⁡ 2 ⋅ ( R 1 + R 2 ) ⋅ C = 0 , 693 ⋅ ( R 1 + R 2 ) ⋅ C {\displaystyle t_{1}=\ln 2\cdot (R1+R2)\cdot C=0,693\cdot (R1+R2)\cdot C} ,
низкого — t 2 = ln ⁡ 2 ⋅ R 2 ⋅ C = 0 , 693 ⋅ R 2 ⋅ C {\displaystyle t_{2}=\ln 2\cdot R2\cdot C=0,693\cdot R2\cdot C}
Период T = ln ⁡ 2 ⋅ ( R 1 + 2 ∗ R 2 ) ⋅ C = 0 , 693 ⋅ ( R 1 + 2 ∗ R 2 ) ⋅ C {\displaystyle T=\ln 2\cdot (R1+2*R2)\cdot C=0,693\cdot (R1+2*R2)\cdot C}
Частота f = 1 ln ⁡ 2 ⋅ ( R 1 + 2 ∗ R 2 ) ⋅ C {\displaystyle f={\frac {1}{\ln 2\cdot (R1+2*R2)\cdot C}}}
Например, при номиналах

R 1 = 5 k O h m = 5000 O h m {\displaystyle R1=5kOhm=5000Ohm} , R 2 = 2 k O h m = 2000 O h m {\displaystyle R2=2kOhm=2000Ohm} , C = 47 μ F = 0 , 000047 F {\displaystyle C=47\mu F=0,000047F} имеем: t 1 = ln ⁡ 2 ⋅ ( R 1 + R 2 ) ⋅ C = 0 , 693 ⋅ 7000 ⋅ 0 , 000047 = 0 , 227997 ( s e c ) {\displaystyle t_{1}=\ln 2\cdot (R1+R2)\cdot C=0,693\cdot 7000\cdot 0,000047=0,227997(sec)} t 2 = ln ⁡ 2 ⋅ R 2 ⋅ C = 0 , 693 ⋅ 2000 ⋅ 0 , 000047 = 0 , 065142 ( s e c ) {\displaystyle t_{2}=\ln 2\cdot R2\cdot C=0,693\cdot 2000\cdot 0,000047=0,065142(sec)} T = ln ⁡ 2 ⋅ ( R 1 + 2 ∗ R 2 ) ⋅ C = 0 , 693 ⋅ 9000 ⋅ 0 , 000047 = 0 , 293139 {\displaystyle T=\ln 2\cdot (R1+2*R2)\cdot C=0,693\cdot 9000\cdot 0,000047=0,293139} f = 1 ln ⁡ 2 ⋅ ( R 1 + 2 ∗ R 2 ) ⋅ C = 1 0 , 693 ⋅ 9000 ⋅ 0 , 000047 = 1 0 , 293139 = 3 , 41135 ( H z ) {\displaystyle f={\frac {1}{\ln 2\cdot (R1+2*R2)\cdot C}}={\frac {1}{0,693\cdot 9000\cdot 0,000047}}={\frac {1}{0,293139}}=3,41135(Hz)}

Если необходимая длительность низкого уровня больше длительности высокого (Скважность >2) необходимо дополнить приведённую схему диодом, анод которого подключен к выводу 7, а катод к выводу 6 микросхемы NE555. В этом случае конденсатор С будет заряжаться через резистор R1 (а R2 при этом будет накоротко замкнут диодом) и длительность высокого уровня будет определяться формулой
t 1 = ln ⁡ 2 ⋅ R 1 ⋅ C = 0 , 6931472 ⋅ R 1 ⋅ C {\displaystyle t_{1}=\ln 2\cdot R1\cdot C=0,6931472\cdot R1\cdot C} ,
При разрядке же ток будет протекать от конденсатора С , через резистор R2 до контакта 7 микросхемы — DISCHARGE, как раз предназначенного для разрядки конденсатора. Резистор R1 в разрядке не участвует и, соответственно, длительность низкого уровня составит :
t 2 = ln ⁡ 2 ⋅ R 2 ⋅ C = 0 , 6931472 ⋅ R 2 ⋅ C {\displaystyle t_{2}=\ln 2\cdot R2\cdot C=0,6931472\cdot R2\cdot C}
Полный период T = ln ⁡ 2 ⋅ ( R 1 + R 2 ) ⋅ C = 0 , 69314172 ⋅ ( R 1 + R 2 ) ⋅ C {\displaystyle T=\ln 2\cdot (R1+R2)\cdot C=0,69314172\cdot (R1+R2)\cdot C}
Частота f = 1 ln ⁡ 2 ⋅ ( R 1 + R 2 ) ⋅ C {\displaystyle f={\frac {1}{\ln 2\cdot (R1+R2)\cdot C}}}
Таким образом, подключив переменный резистор к выводам микросхемы 8 — Vcc и 2 — TRIGGER, а скользящий контакт к выводу 7 — DISCHARGE, можно получить простейший ШИМ регулятор с постоянной частотой и плавной регулировкой коэффициента заполнения в диапазоне 1..99 %
Например, при

R 1 = 2 , 5 k O h m = 2500 O h m {\displaystyle R1=2,5kOhm=2500Ohm} , R 2 = 7 , 5 k O h m = 7500 O h m {\displaystyle R2=7,5kOhm=7500Ohm} , C = 147 μ F = 0 , 000147 F {\displaystyle C=147\mu F=0,000147F} имеем: t 1 = ln ⁡ 2 ⋅ R 1 ⋅ C = 0 , 6931472 ⋅ 2500 ⋅ 0 , 000147 = 0 , 2547316 ( s e c ) {\displaystyle t_{1}=\ln 2\cdot R1\cdot C=0,6931472\cdot 2500\cdot 0,000147=0,2547316(sec)} t 2 = ln ⁡ 2 ⋅ R 2 ⋅ C = 0 , 6931472 ⋅ 7500 ⋅ 0 , 000147 = 0 , 7641948 ( s e c ) {\displaystyle t_{2}=\ln 2\cdot R2\cdot C=0,6931472\cdot 7500\cdot 0,000147=0,7641948(sec)} T = ln ⁡ 2 ⋅ ( R 1 + R 2 ) ⋅ C = 0 , 6931472 ⋅ 10000 ⋅ 0 , 000147 = 1 , 0189264 {\displaystyle T=\ln 2\cdot (R1+R2)\cdot C=0,6931472\cdot 10000\cdot 0,000147=1,0189264} f = 1 ln ⁡ 2 ⋅ ( R 1 + R 2 ) ⋅ C = 1 0 , 6931472 ⋅ 10000 ⋅ 0 , 000147 = 1 1 , 01089264 = 0 , 9814252 ( H z ) {\displaystyle f={\frac {1}{\ln 2\cdot (R1+R2)\cdot C}}={\frac {1}{0,6931472\cdot 10000\cdot 0,000147}}={\frac {1}{1,01089264}}=0,9814252(Hz)}

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:

  1. GND – общий, по порядку он первый (если считать от ключа-метки). На этот вывод подается минус от источника питания.
  2. 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.
  3. OUT – выход, на котором появляется сигнал высокого и низкого уровней. Переключение между ними занимает не более 0,1 мкс.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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).
  7. 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.
  8. 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:

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

Рассчитать время, в течение которого проходит сигнал, можно по простой формуле:

t=1,1*R*C.

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:

  1. Напряжение питания не может влиять на время импульса. При увеличении напряжения скорость зарядки конденсатора, который задает время, больше. Следовательно, увеличивается амплитуда сигнала на выходе.
  2. 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:

  1. На вывод RESET подать низкоуровневый сигнал. При этом таймер вернется в состояние по умолчанию.
  2. 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:

  1. При подаче питания конденсатор полностью разряжен.
  2. Таймер переводится в высокоуровневое состояние.
  3. Конденсатор накапливает заряд и на нем напряжение достигает максимума – 2/3 от питающего.
  4. Происходит переключение микросхемы и на выходе появляется низкоуровневый сигнал.
  5. Конденсатор разряжается в течение t1 до уровня 1/3 от питающего напряжения.
  6. 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.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *