Режимы работы, описание характеристик и назначение выводов микросхемы NE555

Области применения

Сложно найти направления в развитии электроприборов, в которой бы не нашел применение  таймер NE/SE 555. На нем успешно конструируют платы генераторов и реле времени, с возможностью управления интервалом от микросекунд до нескольких часов, используют при создании датчиков освещенности и контроля уровня жидкости, охранной сигнализации и кодовых замков.

Сигнализатор темноты

С устройствами, включающимися или выключающимися при изменении силы светового потока (освещенности), каждый вольно или невольно сталкивается каждый день:

• на улицах с помощью таких устройств включаются фонари освещения;
• в подъездах – дежурное освещение лестничных площадок;
• в квартирах — различные устройства имеющий суточный ритм работы.

Принцип действия устройства, реагирующего на изменение освещенности, основан на том, что при изменении сопротивления фоторезистора, на входе NE555 меняется потенциал. Это влечет изменение напряжения на выходе и включает реле.

РИСУНОК 2

Принципиальная схема датчика света

Модуль сигнализации

Сигнализация, собранная с использованием микросхемы 555, использует ее как одновибратор, который, получив сигнал от датчика, генерирует управляющий сигнал включающий сирену. Продолжительность, тональность и громкость звучания регулируется введенными в схему переменными резисторами.

РИСУНОК 3

Принципиальная схема сигнализации

Метроном

Аналог механического прибора, задающего ритм определенной частоты и используемый музыкантами в процесс обучения и репетиций, имеет электронный аналог, собираемый с использованием таймера 555.

В данном случае микросхема работает в режиме мультивибратора, генерирующего периодические импульсы, которые регулируются  транзисторами Q₁ и  Q₂, обеспечивающими регулировку частоты импульсов. Непосредственно частота имульсов регулируется потенциометром Р₁ . Для получения щелчка, схожего с щелчком механического метронома, в схему добавлен транзистор Q₃ .

РИСУНОК 4

Принципиальная схема метронома

Таймер

Пример использования микросхемы по «прямому» назначению – отсчету интервала времени. Работа устройства основана на способности переключать режимы, выдавая сигналы на включение/выключение.

При разряженном конденсаторе потенциал на входе 555 обнулен. В процесс зарядки, требующей определенного времени, «отсчитывается» заданный интервал. После достижения заданного значения зарядки происходит разряд конденсатора, изменение потенциала. Таймер срабатывает на включение или выключение.

РИСУНОК 5

Принципиальная схема таймера

Точный генератор

Используется для регулирования параметров выходных импульсов в различных электронных устройствах. В частности – в высокочастотных преобразователях, входящих в блоки питания LED-лент.

РИСУНОК 6

Принципиальная схема таймера

Расположение и назначение выводов

Микросхема NE555 имеет восемь выходов. В настоящее время встречаются микросхемы в прямоугольных DIP-корпусах, хотя, изредка, можно встретить микросхему в круглом металлическом корпусе. От этого назначение выводов не меняется.

Расположение и нумерация показана на рисунке:

РИСУНОК 7

Расположение и назначение выводов NE555

Цоколевка

Распиловка микросхема NE555 может быть выполнена в двух типах корпусов. Для дырочного монтажа DIP-8, а для навесного SOP-8. В обоих случаях порядок расположения ножек одинаков.

Остановимся подробнее на назначении каждого вывода:

1. GND – земля, подсоединяется к отрицательному полюсу источника тока;
2. TRIG – пуск. При появлении на нем низкоуровневого сигнала на OUT устанавливается разность потенциалов высокого уровня. Его длительность задаётся значением параметров внешней RС цепочки
3. OUT – выход.
4. RESET – сброс. Используется для управления работой микросхемы. Если напряжение на нем не будет превышать 0,7 В запуск NE555 будет невозможен вне зависимости от состояния остальных выводов. Часто подключается к положительному полюсу источника питания через дополнительный резистор.
5. CTRL – контроль. Этот вывод имеет подключение с делителем напряжения находящемуся внутри NE555. При отсутствии внешнего воздействия напряжение на нем равно 2/3 питающего напряжения. С его помощью можно получить частотно модулированный (FM) сигнал.
6. ТНR – останов. При напряжении на нем более 2/3 U_пит таймера останавливается. Имеет более низкий приоритет, чем TRIG, поэтому для блокировки NE555, напряжение на TRIG (2 ножке) должно отсутствовать.
7. DIS – разряд. Подключён к коллектору внутреннего транзистора. Его эмиттер соединён с землёй. Когда на выходе OUT микросхемы низкая разность потенциалов он открыт, а когда высокая закрыт.
8. VCC – питание. Подключается к плюсовому выводу блока питания.

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.

Некоторые проблемы и особенности работы с микросхемой

8-пиновый корпус – идея хорошая, но из-за этого форм-фактора возникают некоторые трудности при работе с таймером. А именно, он лишен возможности независимого сравнения сигналов верхнего и нижнего порогов, что довольно часто требуется в устройствах преобразования, например, тех же АЦП. Чтобы реализовать такую возможность радиолюбители прибегают к использованию другой серии устройств, например, NE 521 или устанавливают на вход элементы 3И-НЕ, если это целесообразно.

В биполярных устройствах присутствует такой недостаток, как импульсный ток при включении и выключении, величина которого может достигать 400 мА, что может стать причиной пробоя выходного транзистора или других элементов схемы, в которую она была впаяна. Причиной такого явления является сквозной ток выходного каскада, возникающий из-за тех же высоких импульсов по питанию.

Чтобы устранить проблему, рекомендуется использовать специальный блокирующий конденсатор, подключаемый на входы 5 и общий (мину питания) емкостью порядка 0,01–0,1 мкФ. Благодаря заряду его обкладок внутренне напряжение в МС, поступающее на выходной каскад, сглаживается, что и исключает вероятность возникновения пробоя. Также он защитит внутренний делитель от помех извне, которые могут вызвать ложное срабатывание.

Также, как и в случае со многими другими микросхемами с ТТЛ-логикой, NE 555 рекомендуется шунтировать гасящим конденсатором с керамическим обкладками емкостью 1 мкФ.

Работа нестабильного генератора

Легче всего разобрать нестабильную схему, хотя в ней больше элементов, чем в моностабильной. Его принципиальная схема представлена ​​ниже. Резисторы RA, RB и конденсатор C1 используются для отсчета времени. Конденсатор C2 не является обязательным (его роль будет рассмотрена позже).

NE555 в нестабильном режиме

Если приведенное ниже описание слишком сложно для вас, не беспокойтесь об этом. Продолжайте, выполняйте практические упражнения и только потом возвращайтесь к этому описанию. Однако помните, что это сложная тема, и вам не обязательно в ней разбираться. Если понять, как эта схема работает изнутри, это будет здорово, но это не обязательно — вряд ли кто-то в начале своих экспериментов с электроникой так тщательно разбирался в этой теме.

Самое главное, что после этой статьи вы сможете использовать NE555 на практике. Хорошее знание внутреннего устройства этой микросхемы не является обязательным.

Теперь используйте свое воображение и следите за текстом. Мы предполагаем, что вся система питается от 6 В (т.е. от четырех батареек АА). Конденсатор С1 разряжается после включения питания. Компаратор нижнего уровня реагирует на это отображением высокого состояния на своем выходе, и потенциал на неинвертирующем входе (+) намного выше, чем потенциал на инвертирующем входе (-), подключенном к конденсатору.

Это вызывает установку в логическом триггере 1, т.к. этот компаратор управляет входом S. Напряжение на выходе схемы близко к напряжению питания.

Разрядный транзистор, управляемый инвертированным выходом, забит и не проводит электричество. На входе R низкий уровень, т.к. инвертирующий вход компаратора высокого уровня (-) находится под потенциалом ⅔ напряжения питания, то есть 4 В.

Конденсатор медленно заряжается через последовательно включенные резисторы RA и RB.

Через некоторое время, когда конденсатор заряжается до напряжения, превышающего порог переключения нижнего компаратора (т.е. выше 2 В), компаратор перейдет в низкое состояние на своем выходе. Однако это ничего не меняет в работе триггера — он запомнил состояние high с входа S до и ждет. Конденсатор продолжает заряжаться.

Анимированная работа NE555

После того, как конденсатор зарядится выше 4 В, верхний компаратор меняет свой выход на высокий и сбрасывает выход триггера. На выходе Q установлен низкий уровень, а разрядный транзистор «включен» и насыщен.

Ток через транзистор протекает от 2 источников: через резистор RA (от источника питания) и RB (от конденсатора, заряженного до напряжения 4 В)

Первое не имеет значения, второе очень важно. Когда конденсатор разряжается, на выходе OUT низкий уровень, и он длится до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не превышает 2 В

Стоит отметить, что верхний компаратор активен только на мгновение: разряд начинается, как только обнаруживается порог переключения, поэтому его выход быстро возвращается в низкое состояние.

Разряд заканчивается, когда нижний компаратор сигнализирует, что напряжение на конденсаторе упало ниже 2 В. Он устанавливает вход S триггера, выход схемы становится высоким и разрядный транзистор забивается. Цикл закрывается и начинается заново.

Описание дополняется схемой хронологии наиболее важных напряжений в цепи: на конденсаторе, на выходе схемы и на входах триггера. Зарядка и разрядка конденсатора происходит дугой, поскольку конденсатор, питаемый резистором, изменяет свое напряжение экспоненциально.

Ход наиболее важных напряжений внутри NE555

Смотирте видео работы ШИМ регулятора

Импульсный регулятор предназначен для питания низковольтных ламп накаливания или галогенных ламп

На рисунке показана схема уст-ва, NE555 используется в качестве астабильного генератора и вырабатывает импульсы с изменяемой скважностью (0,1 до 0,99). Коэффициент заполнения регулируется резистором R4

NE555 управляет работой транзистора VT1, уст-во можно использовать с лампами мощностью до 60 Вт(12В), при этом радиатор на транзистор

Малогабаритный блок питания используется вместо батареи КРОНА и размещается в батарейном отсеке прибора. В блоке питания использован преобразователь напряжения (15кГц). Выходное напряжение БП 9В при токе нагрузки 50 мА. Выпрямитель на диоде VD1 питается от ограничителя напряжения стабилитроне VD2. Выпрямленное напряжение которое подается на преобразователь (VT1) равно 15В. Напряжение со вторичной обмотки трансформатора выпрямляется диодом

Данный импульсный источник питания можно использовать в стерео усилителях. Выходной каскад выполнен по однотактной схеме с обратным включением выпрямителей. Предвыходной преобразователь выполнен по бестрансформаторной схеме на 3-х транзисторах VT1-VT3. С вывода 13 ИМС снимается отрицательный импульс, длительность которого пропорциональна напряжению ОС, поступающему на вывод 3 ИМС. Импульс положительной полярности снимаемый с коллектора VT1, открывает VT2,

При включении питания, С1 плавно заряжается через R4, который служит для защиты диодного моста от перегрузки в момент включения. В колебательном контуре возникает колебательный процесс благодаря делителям R2R6, R1R3, R5R7. Энергия снимается с колебательного контура вторичными обмотками IV и V. ВЧ колебания выпрямляются диодами VD5VD6 и сглаживаются конденсатором С3. Стабилизирующей нагрузкой служит стабилитрон VD7. Ток

Так большинство цифровых микросхем имеют питание +5В, то при применении вакуумного индикатора возникают проблемы с его питанием. Дело в том, что практически все индикаторы типа ИВ или ИВЛ рассчитаны на анодное напряжение 22-27В и переменное 3-3,5В. Такие индикаторы абсолютно не работоспособны при питании 5В. Для обеспечения нормальной работы индикатора от 5В необходимо ввести в схему

Для питания приборов на ОУ требуется напряжение +/-10…15В, при токе потребления не более 10-20мА(2-3 ОУ), именно для таких уст-в разработан данный ИБП. Сетевое напряжение гасится до уровня 50В, при помощи параметрического стабилизатора — С1 VD1 C2 VD2. Этим напряжением питается 2-х тактный импульсный генератор на VT1 VT2 собранный по схеме симметричного мультивибратора. К коллекторной цепи

Блок бесперебойного питания обеспечивает выходную мощность до 220 Вт. В схеме (см. рисунок) и напряжение свинцового автомобильного аккумулятора GB1 приложено к задающему генератору на микросхеме DD1 частотой 50 Гц, который раскачивает мощные ключевые транзисторы, попеременно прикладывающие 12 В к обмоткам Ia и Iб повышающего трансформатора Т2. С вторичной обмотки Т2 напряжение 220 В частотой 50

Импульсный блок питания (см. рисунок) состоит из выпрямителей сетевого напряжения, задающего генератора, формирователя прямоугольных импульсов регулируемой ширины, двухкаскадного усилителя мощности, выходных выпрямителей и схемы стабилизации выходного напряжения. Задающий генератор, выполненный на элементах микросхемы DD1.1, DD1.2 (К555ЛА3), вырабатывает прямоугольные импульсы частотой 150 кГц. На элементах DD1.3, DD1.4 собран RS-триггер, на выходе которого частота выходных сигналов составляет

Режимы работы NE555

Таймер 555 серии работает в одном из трёх режимов, рассмотрим их более детально на примере микросхемы NE555.

Одновибратор

Принципиальная электрическая схема одновибратора приведена на рисунке. Для формирования одиночных импульсов, кроме микросхемы NE555, понадобится сопротивление и полярный конденсатор. Схема работает следующим образом. На вход таймера (2) подают одиночный импульс низкого уровня, который приводит к переключению микросхемы и появлению на выходе (3) высокого уровня сигнала. Продолжительность сигнала рассчитывается в секундах по формуле: t=1,1*R*C.

По истечении заданного времени (t) на выходе формируется сигнал низкого уровня (исходное состояние). По умолчанию вывод 4 объединен с выводом 8, то есть имеет высокий потенциал.

Во время разработки схем нужно учесть 2 нюанса:

1. Напряжение источника питания не влияет на длительность импульсов. Чем больше напряжение питания, тем выше скорость заряда времязадающего конденсатора и тем больше амплитуда выходного сигнала.
2. Дополнительный импульс, который можно подать на вход после основного, не повлияет на работу таймера, пока не истечет время t.

На работу генератора одиночных импульсов можно влиять извне двумя способами:

• подать на Reset сигнал низкого уровня, который переведёт таймер в исходное состояние;
• пока на вход 2 поступает сигнал низкого уровня, на выходе будет оставаться высокий потенциал.

Таким образом, с помощью одиночных сигналов на входе и параметров времязадающей цепочки можно получать на выходе импульсы прямоугольной формы с чётко заданной длительностью.

Мультивибратор

Мультивибратор представляет собой генератор периодических импульсов прямоугольной формы с заданной амплитудой, длительностью или частотой, в зависимости от поставленной задачи. Его отличие от одновибратора состоит в отсутствии внешнего возмущающего воздействия для нормального функционирования устройства. Принципиальная схема мультивибратора на базе NE555 показана на рисунке. В формировании повторяющихся импульсов участвуют резисторы R1, R2 и конденсатор С1. Время импульса (t1), время паузы(t2), период (T) и частоту (f) рассчитывают по нижеприведенным формулам:

Из данных формул несложно заметить, что время паузы не сможет превысить время импульса, то есть достичь скважности (S=T/t1) более 2 единиц не удастся. Для решения проблемы в схему добавляют диод, катод которого соединяют с выводом 6, а анод с выводом 7. Схема работает следующим образом

В момент подачи питания конденсатор С1 разряжен, что переводит выход таймера в состояние высокого уровня. Затем С1 начинает заряжаться, набирая ёмкость до верхнего порогового значения 2/3 UПИТ. Достигнув порога ИМС переключается, и на выходе появляется низкий уровень сигнала. Начинается процесс разряда конденсатора (t1), который продолжается до нижнего порогового значения 1/3 UПИТ. По его достижении происходит обратное переключение, и на выходе таймера устанавливается высокий уровень сигнала. В результате схема переходит в автоколебательный режим

Схема работает следующим образом. В момент подачи питания конденсатор С1 разряжен, что переводит выход таймера в состояние высокого уровня. Затем С1 начинает заряжаться, набирая ёмкость до верхнего порогового значения 2/3 UПИТ. Достигнув порога ИМС переключается, и на выходе появляется низкий уровень сигнала. Начинается процесс разряда конденсатора (t1), который продолжается до нижнего порогового значения 1/3 UПИТ. По его достижении происходит обратное переключение, и на выходе таймера устанавливается высокий уровень сигнала. В результате схема переходит в автоколебательный режим.

Прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером

Внутри таймера NE555 встроен двухпопроговый компаратор и RS-триггер, что позволяет реализовывать прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером на аппаратном уровне. Входное напряжение делится компаратором на три части, при достижении каждой из которых происходит очередное переключение. При этом величина гистерезиса (обратного переключения) равна 1/3 UПИТ. Возможность применения NE555 в качестве прецизионного триггера востребована в построении систем автоматического регулирования.

Функциональная схема и описание прибора

Функционально таймер состоит из 5 компонентов. Выводов у схемы больше, чем внутренних блоков, что и говорит о возможной гибкости включения в различные схемные решения с участием данной микросхемы.

Функциональная схема таймера NE555

Входной внутренний делитель напряжения задает опорные напряжения для двух компараторов — верхнего и нижнего. RS-триггер принимает их сигналы и формирует выходной сигнал, который отправляет на усилитель мощности. Еще имеется дополнительный транзистор с выведенным наружу коллектором, который используется для подключения внешней времязадающей цепочки.

Выводы схемы расположены одинаково, независимо от исполнения микросхемы

С одной стороны с первого по четвертый (сверху вниз), с другой — с пятого по восьмой (снизу вверх).

Таймер 555 и его выводы

Описание выводов схемы

Приведенный ниже даташит содержит выводы и подаваемые на них сигналы, откуда становится немного понятной работа микросхемы. Хотя очень многое зависит от ее подключения.

Земля –	Минусовой общий вывод питания	0 В	Плюсовой вывод питания – 8
Запуск	Вход компаратора №2 (нижнего). Сигнал низкого уровня – аналоговый или импульсный.	Таймер срабатывает на сигнал (аналоговый или импульсный) низкого уровня (порог – 1/3 Vпит)	На 3 выводе появляется выходной сигнал высокого уровня
Выход	Выходной сигнал (высокий уровень) зависит от питания: Vпит – 1,7 В Низкий уровень (нет сигнала) – примерно 0,25 В	Временная характеристика выходного сигнала определяется внешней времязадающей цепочкой, состоящей из резистора (или резисторов) и емкости.
Сброс	Срабатывает по сигналу низкого уровня (≤ 0,7 В)	Немедленный сброс выходного сигнала	Входной сигнал не зависит от напряжения питания
Контроль	Управление опорным напряжением компаратора №1	Величина напряжения управляет длительностью выходных импульсов (одновибратор) или их частотой (мультивибратор).
Останов	Сбрасывающий сигнал высокого уровня – аналоговый или импульсный
Разряд	Цепь разряда времязадающего конденсатора С
Питание +	Плюсовой провод питания	Vпит = от 4,5 В до 18 В	Минусовой – 1

Одновибратор

Самая простая схема подключения Емкость С и резистор R задают длительность импульса t, выдаваемого схемой в ответ на сигнал по входу Input (вывод 2). Напряжение питания влияет не на длительность, а на амплитуду выходного сигнала. При выдаче импульса изменение входного сигнала схемой не воспринимается. Через время t схема выдает задний фронт выходного сигнала и возвращается в исходное состояние, после чего готова снова реагировать на входной сигнал. Таким образом, она может выделять информативные всплески (низкого уровня) на фоне помех, так как сигнал на входе в общем случае аналоговый. Может работать как антидребезговая схема.

Генератор импульсов (мультивибратор)

Мультивибратору не нужно подавать на вход никаких сигналов, он начинает работать сразу после включения питания.

Вторая схема подключения

Разряженный в начале конденсатор С задает на вход низкий уровень, отчего таймер срабатывает, выдавая на выход высокий потенциал. Его длительность определяется зарядкой конденсатора C через резисторы R1 и R2. Далее происходит разрядка C через R2 и вход 7, что и определяет длительность паузы на таймере. После этого все повторяется, и на выходе получаются импульсы заданной напряжением питания амплитуды и длительностями t1 и t2, то есть частотой f

Формула

и скважностью S = T/t1. Скважность в данном простейшем подключении более 2 быть не может, так как время импульса t1 всегда > времени паузы t2

• Что такое паяльный флюс?
• Электротехнический инвертор
• Транзистор: описание электронного компонента