Κατά την ανάπτυξη ηλεκτρονικών συσκευών, συχνά καθίσταται απαραίτητο να δημιουργηθούν παλμοί δεδομένου μήκους ή να δημιουργηθεί ένα ορθογώνιο σήμα με δεδομένη συχνότητα και συγκεκριμένο λόγο μήκους προς παύση. Δεν θα είναι δύσκολο για έναν έμπειρο σχεδιαστή να σχεδιάσει μια τέτοια συσκευή σε ξεχωριστά ψηφιακά στοιχεία, αλλά είναι πιο βολικό να χρησιμοποιήσετε ένα εξειδικευμένο μικροκύκλωμα για το σκοπό αυτό.
Περιεχόμενο
Τι είναι το τσιπ NE555 και πού μπορεί να χρησιμοποιηθεί
Το τσιπ NE555 αναπτύχθηκε στη δεκαετία του '70 του περασμένου αιώνα και εξακολουθεί να είναι πολύ δημοφιλές μεταξύ των επαγγελματιών και των ερασιτεχνών. Είναι ένα χρονόμετρο κλεισμένο σε περίβλημα με 8 ακίδες.Διατίθεται σε DIP ή σε διάφορες εκδόσεις επιφανειακής βάσης (SMD).
Το μικροκύκλωμα περιέχει δύο συγκριτές - επάνω και κάτω. Στις εισόδους τους σχηματίζεται τάση αναφοράς ίση με τα 2/3 και το 1/3 της τάσης τροφοδοσίας. Ο διαχωριστής σχηματίζεται από αντιστάσεις αντίσταση 5 kOhm. Οι συγκριτές ελέγχουν το flip-flop RS. Στην έξοδό του συνδέονται ένας ενισχυτής buffer και ένας διακόπτης τρανζίστορ. Κάθε συγκριτής έχει μία ελεύθερη είσοδο, χρησιμεύει για την παροχή εξωτερικών σημάτων ελέγχου. Ο επάνω συγκριτής ενεργοποιείται όταν εμφανίζεται ένα υψηλό επίπεδο και αλλάζει την έξοδο του μικροκυκλώματος σε χαμηλό επίπεδο. Το κάτω "προστατευτικό" μειώνει την τάση κάτω από το 1/3 VCC και ρυθμίζει την έξοδο του χρονοδιακόπτη σε μια λογική μονάδα.
Τα κύρια χαρακτηριστικά του τσιπ NE555
Τα χαρακτηριστικά του χρονοδιακόπτη από διαφορετικούς κατασκευαστές μπορεί να διαφέρουν εντός μικρών ορίων, αλλά κανείς δεν έχει θεμελιώδεις αποκλίσεις (εκτός από μικροκυκλώματα άγνωστης προέλευσης, μπορείτε να περιμένετε οτιδήποτε από αυτούς):
- Η τάση τροφοδοσίας υποδεικνύεται τυπικά από +5 έως +15 V, αν και τα φύλλα δεδομένων περιέχουν όρια 4,5 ... 18 V.
- Το ρεύμα εξόδου είναι 200 mA.
- Η τάση εξόδου είναι το πολύ VCC μείον 1,6 V, αλλά όχι μικρότερη από 2 V με τάση τροφοδοσίας 5 V.
- Η κατανάλωση ρεύματος στα 5 V δεν είναι μεγαλύτερη από 5 mA, στα 15 V - έως 13 mA.
- Το σφάλμα στο σχηματισμό της διάρκειας παλμού δεν είναι μεγαλύτερο από 2,25%.
- Η μέγιστη συχνότητα λειτουργίας είναι 500 kHz.
Όλες οι παράμετροι καθορίζονται για θερμοκρασία περιβάλλοντος +25 °C.
Θέση και σκοπός των καρφίδων
Οι έξοδοι του χρονοδιακόπτη είναι διατεταγμένες ως τυπική, ανεξάρτητα από τη σχεδίαση της θήκης - σε αύξουσα σειρά από το πλήκτρο αριστερόστροφα (όταν βλέπετε από πάνω), από το 1 έως το 8. Κάθε έξοδος έχει τον δικό της σκοπό:
- GND – κοινό καλώδιο τροφοδοσίας της συσκευής.
- ΚΟΜΨΟΣ - όταν εφαρμόζεται χαμηλή στάθμη, ξεκινά ο δεύτερος (χαμηλότερος σύμφωνα με το σχήμα) συγκριτής, εμφανίζεται μια λογική μονάδα στην έξοδό του, ρυθμίζοντας το εσωτερικό flip-flop RS στο 0. Σε αυτό είναι συνδεδεμένο ένα εξωτερικό κύκλωμα χρονισμού RC. Προηγείται του THR.
- ΕΞΩ - έξοδος. Το υψηλό επίπεδο του σήματος είναι ελαφρώς χαμηλότερο από την τάση τροφοδοσίας, το χαμηλό επίπεδο είναι 0,25 V.
- ΕΠΑΝΑΦΟΡΑ - επαναφορά. Ανεξάρτητα από τα σήματα σε άλλες εισόδους, αν υπάρχει χαμηλή στάθμη, επαναφέρει την έξοδο στο 0 και απενεργοποιεί το χρονόμετρο.
- CTRL - διαχείριση. Έχει πάντα ένα επίπεδο 2/3 της τάσης της ράγας ισχύος. Εδώ μπορείτε να εφαρμόσετε ένα εξωτερικό σήμα και να διαμορφώσετε την έξοδο με αυτό.
- ΘΡ - όταν εμφανίζεται ένα υψηλό επίπεδο (πάνω από τα 2/3 του τροφοδοτικού), η πρώτη (πάνω σύμφωνα με το σχήμα) σκανδάλη ρυθμίζεται στο 1 και η εσωτερική RS flip-flop μεταβαίνει στην κατάσταση μιας λογικής μονάδας.
- DIS - την εκφόρτιση του πυκνωτή ρύθμισης χρόνου. Όταν εμφανίζεται μια σκανδάλη υψηλού επιπέδου στην έξοδο, ανοίγει το εσωτερικό τρανζίστορ, εμφανίζεται γρήγορη εκφόρτιση. Το χρονόμετρο είναι έτοιμο για τον επόμενο κύκλο λειτουργίας.
- VCC – ισχύς εξόδου. Μπορεί να τροφοδοτηθεί με τάση από 5 έως 15 V.
Περιγραφή των τρόπων λειτουργίας του τσιπ NE555
Αν και η αρχιτεκτονική του χρονοδιακόπτη επιτρέπει τη χρήση του σε ποικίλους τρόπους λειτουργίας, υπάρχουν τρεις τυπικοί τρόποι λειτουργίας για το NE555.
Μονός δονητής (πολυδονητής αναμονής)
Θέση εκκίνησης:
- είσοδος 2 υψηλό επίπεδο λογικής?
- στις εισόδους R και S της σκανδάλης - μηδενικά.
- έξοδος σκανδάλης - 1;
- το τρανζίστορ του κυκλώματος εκφόρτισης είναι ανοιχτό, ο πυκνωτής C είναι διακλαδισμένος.
- Η έξοδος 3 είναι επίπεδο 0.
Όταν εμφανίζεται ένα μηδενικό επίπεδο στην είσοδο 2, ο χαμηλότερος συγκριτής αλλάζει στο 1, γυρίζοντας τη σκανδάλη στο 0. Ένα υψηλό επίπεδο εμφανίζεται στην έξοδο του μικροκυκλώματος.Ταυτόχρονα, το τρανζίστορ κλείνει, παύοντας να διακλαδίζει τον πυκνωτή. Ξεκινά τη φόρτιση μέσω της αντίστασης R. Μόλις η τάση της φτάσει τα 2/3 του VCC, ο επάνω συγκριτής θα λειτουργήσει, θα θέσει τη σκανδάλη πίσω στο 1 και την έξοδο του χρονοδιακόπτη στο 0. Το τρανζίστορ θα ενεργοποιηθεί και θα εκφορτίσει την χωρητικότητα . Έτσι, θα σχηματιστεί ένας θετικός παλμός στην έξοδο, η αρχή του οποίου καθορίζεται από ένα εξωτερικό σήμα στην είσοδο 2, και η ολοκλήρωση εξαρτάται από το χρόνο φόρτισης του πυκνωτή, ο οποίος υπολογίζεται με τον τύπο t=1,1⋅R⋅ ΝΤΟ.
πολυδονητής
Όταν εφαρμόζεται ισχύς, ο πυκνωτής αποφορτίζεται, στην είσοδο 2 (και 6) λογική 0, στην έξοδο του χρονοδιακόπτη 1 (αυτή η διαδικασία περιγράφεται στην προηγούμενη ενότητα). Μετά τη φόρτιση της χωρητικότητας μέσω των R1 και R2 στο επίπεδο των 2/3 VCC, ένα υψηλό επίπεδο στην είσοδο 6 θα γυρίσει την έξοδο 3 στο μηδέν και το τρανζίστορ εκφόρτισης θα ενεργοποιηθεί. Αλλά ο πυκνωτής δεν θα εκφορτιστεί απευθείας, αλλά μέσω του R2. Ως αποτέλεσμα, το κύκλωμα θα έρθει στην αρχική του θέση και ο κύκλος θα επαναλαμβάνεται ξανά και ξανά. Από την περιγραφή της διαδικασίας, μπορεί να φανεί ότι ο χρόνος φόρτισης καθορίζεται από το άθροισμα των αντιστάσεων R1, R2 και της χωρητικότητας του πυκνωτή και ο χρόνος εκφόρτισης ορίζεται από τα R1 και C. Αντί για R1 και R2, μπορείτε να βάλετε μεταβλητές αντιστάσεις και να ελέγξετε γρήγορα τη συχνότητα και τον κύκλο λειτουργίας των παλμών. Τύποι υπολογισμού:
- διάρκεια παλμού t1=0,693⋅(R1+R2)⋅C;
- διάρκεια παύσης t2=0,693⋅R2⋅C;
- ρυθμός επανάληψης παλμών f=1/(0,693(R1+2⋅R2)⋅C.
Ο χρόνος παύσης δεν μπορεί να υπερβαίνει τον χρόνο παλμού. Για να ξεπεραστεί αυτός ο περιορισμός, τα κυκλώματα εκφόρτισης και φόρτισης διαχωρίζονται συμπεριλαμβάνοντας μια δίοδο στο κύκλωμα (κάθοδος στον ακροδέκτη 6, άνοδος στον πείρο 7).
σκανδάλη Schmitt
Στο τσιπ 555, μπορείτε να δημιουργήσετε μια σκανδάλη Schmitt.Αυτή η συσκευή μετατρέπει ένα αργά μεταβαλλόμενο σήμα (ημιτονοειδές, πριονωτό κ.λπ.) σε τετράγωνο κύμα. Εδώ, τα κυκλώματα χρονισμού δεν χρησιμοποιούνται, το σήμα τροφοδοτείται στις εισόδους 2 και 6, διασυνδεδεμένα. Όταν επιτευχθεί το όριο των 2/3 VCC, η τάση εξόδου αλλάζει απότομα στο 1, όταν πέσει στο επίπεδο του 1/3, μειώνεται επίσης απότομα στο μηδέν. Η ζώνη ασάφειας είναι το 1/3 της τάσης τροφοδοσίας.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα
Το κύριο πλεονέκτημα του τσιπ NE555 είναι η ευκολία χρήσης του - για την κατασκευή ενός κυκλώματος, αρκεί ένα μικρό δέσιμο, το οποίο προσφέρεται για τον υπολογισμό. Ταυτόχρονα, το κόστος της συσκευής είναι χαμηλό.
Το κύριο μειονέκτημα του χρονοδιακόπτη είναι η έντονη εξάρτηση της διάρκειας του παλμού από την τάση τροφοδοσίας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο πυκνωτής στο κύκλωμα ενός δονητή ή πολυδονητή φορτίζεται μέσω μιας αντίστασης (ή μέσω δύο) και ο άνω ακροδέκτης της αντίστασης συνδέεται με το δίαυλο τροφοδοσίας. Το ρεύμα μέσω της αντίστασης σχηματίζεται από την τάση VCC - όσο υψηλότερη είναι, τόσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα, τόσο πιο γρήγορα θα φορτίσει ο πυκνωτής, όσο νωρίτερα θα λειτουργήσει ο συγκριτής, τόσο μικρότερο θα είναι το παραγόμενο χρονικό διάστημα. Για κάποιο άγνωστο λόγο, αυτή η στιγμή δεν περιλαμβάνεται στην τεχνική τεκμηρίωση, αλλά είναι πολύ γνωστή στους προγραμματιστές.
Ένα άλλο μειονέκτημα του χρονοδιακόπτη είναι ότι οι τάσεις κατωφλίου των συγκριτών σχηματίζονται από εσωτερικούς διαχωριστές και δεν μπορούν να ρυθμιστούν. Αυτό περιορίζει τις δυνατότητες εφαρμογής του NE555.
Και ένα ακόμη δυσάρεστο χαρακτηριστικό. Σε σχέση με το σχήμα push-pull για την κατασκευή της βαθμίδας εξόδου, τη στιγμή της μεταγωγής (όταν το πάνω τρανζίστορ είναι ήδη ανοιχτό και το κάτω δεν είναι ακόμα κλειστό ή το αντίστροφο) υπάρχει παλμός διέλευσης ρεύματος. Η διάρκειά του είναι μικρή, αλλά οδηγεί σε επιπλέον θέρμανση του μικροκυκλώματος και δημιουργεί παρεμβολές στα κυκλώματα ισχύος.
Ποια είναι τα ανάλογα
Κατά τη διάρκεια της ύπαρξης του χρονοδιακόπτη, έχει αναπτυχθεί και κυκλοφορήσει μεγάλος αριθμός κλώνων. Παράγονται από διάφορες εταιρείες, αλλά όλες περιέχουν τον αριθμό 555 στο όνομα. Μεταξύ των εργοστασίων που παράγουν ανάλογα, υπάρχουν τόσο δημοφιλείς κατασκευαστές ηλεκτρονικών εξαρτημάτων όσο και άγνωστοι κατασκευαστές από τη Νοτιοανατολική Ασία. Εάν οι πρώτες παρέχουν τις δηλωμένες παραμέτρους, τότε δεν πρέπει να αναμένονται εγγυήσεις από τις δεύτερες. Οι αποκλίσεις από τα δηλωμένα χαρακτηριστικά μπορεί να είναι μεγάλες.
Στην ΕΣΣΔ, αναπτύχθηκε ένα παρόμοιο χρονόμετρο KR1006VI1. Η λειτουργικότητά του είναι ακριβώς η ίδια με το πρωτότυπο, με μια εξαίρεση: η έξοδος 2 υπερισχύει της εξόδου 6 (και όχι το αντίστροφο, όπως το NE555). Αυτό πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τον σχεδιασμό σχημάτων. Και κάτι ακόμα: ο δείκτης КР σημαίνει ότι το μικροκύκλωμα παράγεται μόνο στη συσκευασία DIP8.
Παραδείγματα πρακτικής χρήσης
Το εύρος της πρακτικής εφαρμογής του χρονοδιακόπτη είναι ευρύ· στο πλαίσιο αυτής της ανασκόπησης, δεν θα είναι δυνατό να καλυφθεί πλήρως το θέμα. Αλλά τα πιο κοινά παραδείγματα αξίζει να εξεταστούν.
Στη λειτουργία μεμονωμένου δονητή σε πολλά μικροκυκλώματα, είναι δυνατή η δημιουργία κλειδώματος κωδικού με χρονικό όριο για την κλήση του κωδικού. Ένας άλλος τρόπος είναι να το χρησιμοποιήσετε ως συσκευή σηματοδότησης για την επίτευξη ενός επιπέδου κατωφλίου (φωτισμός, επίπεδο πλήρωσης δεξαμενής κ.λπ.) σε συνδυασμό με διάφορους αισθητήρες.
Στη λειτουργία multivibrator (σταθερή λειτουργία), το χρονόμετρο βρίσκει την ευρύτερη εφαρμογή. Σε πολλά χρονόμετρα, μπορείτε να δημιουργήσετε έναν διακόπτη γιρλάντα με ξεχωριστή ρύθμιση της συχνότητας αναβοσβήνει, την ώρα και το χρόνο παύσης.Είναι δυνατό να χρησιμοποιηθεί το NE555 ως βάση για ένα ρελέ χρόνου και να διαμορφωθεί ο χρόνος ενεργοποίησης του καταναλωτή από 1 έως 25 δευτερόλεπτα. Μπορείτε να φτιάξετε έναν μετρονόμο για έναν μουσικό. Αυτή είναι η πιο χρησιμοποιούμενη λειτουργία chip και είναι αδύνατο να περιγραφούν όλες οι εφαρμογές.
Ως σκανδάλη Schmitt, ο χρονοδιακόπτης χρησιμοποιείται σπάνια. Αλλά σε λειτουργία bistable χωρίς στοιχεία ρύθμισης συχνότητας, το NE555 χρησιμοποιείται ως debouncer ή διακόπτης δύο κουμπιών σε λειτουργία start-stop. Στην πραγματικότητα, χρησιμοποιείται μόνο η ενσωματωμένη flip-flop RS. Είναι επίσης γνωστή η κατασκευή ενός ελεγκτή PWM με βάση το χρονόμετρο.
Υπάρχουν συλλογές κυκλωμάτων που περιγράφουν διάφορες εφαρμογές του χρονοδιακόπτη NE555. Περιγράφουν χιλιάδες τρόπους χρήσης του τσιπ. Αλλά ακόμη και αυτό μπορεί να μην είναι αρκετό για το περίεργο μυαλό του σχεδιαστή, και θα βρει μια πρόσθετη χρήση του χρονοδιακόπτη που δεν έχει ακόμη περιγραφεί πουθενά. Οι δυνατότητες που δίνονται από τους προγραμματιστές του μικροκυκλώματος το επιτρέπουν.
Παρόμοια άρθρα:
