Quando si sviluppano dispositivi elettronici, diventa spesso necessario generare impulsi di una determinata lunghezza o generare un segnale rettangolare con una determinata frequenza e un certo rapporto tra lunghezza e pausa. Non sarà difficile per un designer esperto progettare un dispositivo del genere su elementi digitali separati, ma è più conveniente utilizzare un microcircuito specializzato per questo scopo.
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Cos'è il chip NE555 e dove può essere utilizzato
Il chip NE555 è stato sviluppato negli anni '70 del secolo scorso ed è ancora molto popolare tra professionisti e dilettanti. È un timer racchiuso in un alloggiamento con 8 pin.Disponibile in DIP o in varie versioni a montaggio superficiale (SMD).
Il microcircuito contiene due comparatori: superiore e inferiore. Ai loro ingressi si forma una tensione di riferimento, pari a 2/3 e 1/3 della tensione di alimentazione. Il divisore è formato da resistori resistenza 5 kOhm. I comparatori controllano il flip-flop RS. Alla sua uscita sono collegati un amplificatore buffer e un interruttore a transistor. Ogni comparatore ha un ingresso libero, serve per fornire segnali di controllo esterni. Il comparatore superiore viene attivato quando appare un livello alto e commuta l'uscita del microcircuito su un livello basso. La "guardia" inferiore abbassa la tensione al di sotto di 1/3 VCC e imposta l'uscita del timer su un'unità logica.
Le principali caratteristiche del chip NE555
Le caratteristiche del timer di diversi produttori possono differire entro piccoli limiti, ma nessuno ha deviazioni fondamentali (ad eccezione dei microcircuiti di origine sconosciuta, puoi aspettarti qualcosa da loro):
- La tensione di alimentazione è indicata di norma da +5 a +15 V, sebbene le schede tecniche contengano limiti di 4,5 ... 18 V.
- La corrente di uscita è di 200 mA.
- La tensione di uscita è un massimo di VCC meno 1,6 V, ma non inferiore a 2 V con una tensione di alimentazione di 5 V.
- Il consumo di corrente a 5 V non è superiore a 5 mA, a 15 V - fino a 13 mA.
- L'errore nella formazione della durata dell'impulso non supera il 2,25%.
- La frequenza operativa massima è di 500 kHz.
Tutti i parametri sono specificati per una temperatura ambiente di +25 °C.
Posizione e scopo dei perni
Le uscite timer sono disposte di serie, indipendentemente dal design del case - in ordine crescente dal tasto in senso antiorario (visto dall'alto), da 1 a 8. Ogni uscita ha il suo scopo:
- GND – filo comune di alimentazione del dispositivo.
- TRIG - quando viene applicato un livello basso, avvia il secondo comparatore (inferiore secondo lo schema), alla sua uscita compare un'unità logica che imposta il flip-flop RS interno a 0. Ad esso è collegato un circuito RC di temporizzazione esterno. Ha la precedenza su THR.
- FUORI - Uscita. Il livello alto del segnale è leggermente inferiore alla tensione di alimentazione, il livello basso è 0,25 V.
- RIPRISTINA - Ripristina. Indipendentemente dai segnali sugli altri ingressi, se è presente un livello basso, ripristina l'uscita a 0 e disabilita il timer.
- CTRL - gestione. Ha sempre un livello 2/3 della tensione della barra di alimentazione. Qui puoi applicare un segnale esterno e modulare l'uscita con esso.
- THR - quando compare un livello alto (più di 2/3 dell'alimentazione), il primo trigger (in alto secondo lo schema) è impostato a 1 e quello interno Infradito RS entra nello stato di unità logica.
- DIS - la scarica del condensatore di temporizzazione. Quando all'uscita appare un trigger di alto livello, il transistor interno si apre, si verifica una scarica rapida. Il timer è pronto per il prossimo ciclo di funzionamento.
- VCC – potenza erogata. Può essere alimentato con tensione da 5 a 15 V.
Descrizione delle modalità operative del chip NE555
Sebbene l'architettura del timer ne consenta l'utilizzo in una varietà di modalità, esistono tre modalità di funzionamento tipiche per NE555.
Vibratore singolo (multivibratore in standby)
Posizione di partenza:
- ingresso 2 livello logico alto;
- agli ingressi R e S del trigger - zeri;
- uscita trigger - 1;
- il transistor del circuito di scarica è aperto, il condensatore C è in derivazione;
- l'uscita 3 è di livello 0.
Quando viene visualizzato un livello zero all'ingresso 2, il comparatore inferiore passa a 1, portando il trigger su 0. All'uscita del microcircuito viene visualizzato un livello alto.Allo stesso tempo, il transistor si chiude, cessando di deviare il condensatore. Inizia a caricarsi attraverso il resistore R. Non appena la tensione ai suoi capi raggiunge i 2/3 di VCC, il comparatore superiore funzionerà, ripristinerà il trigger su 1 e l'uscita del timer su 0. Il transistor si accenderà e scaricherà la capacità . Pertanto, all'uscita si formerà un impulso positivo, il cui inizio è determinato da un segnale esterno all'ingresso 2 e il completamento dipende dal tempo di carica del condensatore, che è calcolato dalla formula t=1,1⋅R⋅ C.
multivibratore
Quando viene applicata l'alimentazione, il condensatore si scarica, all'ingresso 2 (e 6) logico 0, all'uscita del timer 1 (questo processo è descritto nella sezione precedente). Dopo aver caricato la capacità attraverso R1 e R2 al livello di 2/3 VCC, un livello alto all'ingresso 6 porterà l'uscita 3 a zero e il transistor di scarica si accenderà. Ma il condensatore non verrà scaricato direttamente, ma tramite R2. Di conseguenza, il circuito tornerà alla sua posizione originale e il ciclo si ripeterà ancora e ancora. Dalla descrizione del processo, si può vedere che il tempo di carica è determinato dalla somma delle resistenze R1, R2 e dalla capacità del condensatore e il tempo di scarica è impostato da R1 e C. Invece di R1 e R2, puoi inserire resistori variabili e controllare rapidamente la frequenza e il ciclo di lavoro degli impulsi. Formule per il calcolo:
- durata dell'impulso t1=0,693⋅(R1+R2)⋅C;
- durata pausa t2=0,693⋅R2⋅C;
- frequenza di ripetizione degli impulsi f=1/(0,693(R1+2⋅R2)⋅C.
Il tempo di pausa non può superare il tempo di impulso. Per aggirare questa limitazione, i circuiti di scarica e di carica sono separati includendo un diodo nel circuito (catodo al pin 6, anodo al pin 7).
Innesco di Schmitt
Sul chip 555, puoi costruire un trigger Schmitt.Questo dispositivo converte un segnale che cambia lentamente (sinusoide, dente di sega, ecc.) in un'onda quadra. Qui non vengono utilizzati circuiti di temporizzazione, il segnale viene inviato agli ingressi 2 e 6, interconnessi. Quando viene raggiunta la soglia di 2/3 VCC, la tensione di uscita passa bruscamente a 1, quando scende al livello di 1/3, diminuisce anche bruscamente a zero. La zona di ambiguità è 1/3 della tensione di alimentazione.
Vantaggi e svantaggi
Il principale vantaggio del chip NE555 è la sua facilità d'uso: per costruire un circuito è sufficiente un piccolo binding, che si presta bene al calcolo. Allo stesso tempo, il costo del dispositivo è basso.
Lo svantaggio principale del timer è la pronunciata dipendenza della durata dell'impulso dalla tensione di alimentazione. Ciò è dovuto al fatto che il condensatore nel circuito del vibratore singolo o multivibratore viene caricato tramite un resistore (o attraverso due) e il terminale superiore del resistore è collegato al bus di alimentazione. La corrente attraverso la resistenza è formata dalla tensione VCC: maggiore è, maggiore è la corrente, più velocemente si caricherà il condensatore, prima funzionerà il comparatore, più breve sarà l'intervallo di tempo generato. Per qualche motivo sconosciuto, questo momento non è nella documentazione tecnica, ma è ben noto agli sviluppatori.
Un altro inconveniente del timer è che le tensioni di soglia dei comparatori sono formate da divisori interni e non possono essere regolate. Ciò limita le possibilità di applicazione di NE555.
E un'altra caratteristica spiacevole. In connessione con lo schema push-pull per la costruzione dello stadio di uscita, al momento della commutazione (quando il transistor superiore è già aperto e quello inferiore non è ancora chiuso o viceversa) c'è un impulso di corrente passante. La sua durata è breve, ma porta a un ulteriore riscaldamento del microcircuito e genera interferenze nei circuiti di alimentazione.
Quali sono gli analoghi
Durante l'esistenza del timer, è stato sviluppato e rilasciato un gran numero di cloni. Sono prodotti da varie aziende, ma nel nome contengono tutti il numero 555. Tra le fabbriche che producono analoghi, ci sono sia produttori famosi di componenti elettronici che produttori sconosciuti del sud-est asiatico. Se i primi forniscono i parametri dichiarati, non ci si dovrebbe aspettare garanzie dai secondi. Le deviazioni dalle caratteristiche dichiarate possono essere notevoli.
In URSS è stato sviluppato un timer simile KR1006VI1. La sua funzionalità è esattamente la stessa dell'originale, con un'eccezione: il suo output 2 ha la precedenza sull'output 6 (e non viceversa, come NE555). Questo deve essere preso in considerazione durante la progettazione degli schemi. E un'altra cosa: l'indice КР significa che il microcircuito viene prodotto solo nel pacchetto DIP8.
Esempi di utilizzo pratico
L'ambito di applicazione pratica del timer è ampio; nell'ambito di questa revisione, non sarà possibile coprire completamente l'argomento. Ma vale la pena considerare gli esempi più comuni.
Nella modalità vibratore singolo su più microcircuiti, è possibile realizzare una serratura a codice con un limite di tempo per la composizione del codice. Un altro modo è utilizzarlo come dispositivo di segnalazione per il raggiungimento di un livello di soglia (illuminazione, livello di riempimento del serbatoio, ecc.) in combinazione con vari sensori.
Nella modalità multivibratore (modalità stabile), il timer trova l'applicazione più ampia. Su più timer è possibile costruire un interruttore a ghirlanda con regolazione separata della frequenza di lampeggio, del tempo di accensione e del tempo di pausa.È possibile utilizzare NE555 come base per un relè a tempo e formare un tempo di accensione dell'utenza da 1 a 25 secondi. Puoi costruire un metronomo per un musicista. Questa è la modalità chip più utilizzata ed è impossibile descrivere tutte le applicazioni.
Come trigger di Schmitt, il timer viene utilizzato di rado. Ma in modalità bistabile senza elementi di impostazione della frequenza, il NE555 viene utilizzato come antirimbalzo o interruttore a due pulsanti in modalità start-stop. In effetti, viene utilizzato solo il flip-flop RS integrato. È anche noto per costruire un controller PWM basato sul timer.
Esistono raccolte di circuiti che descrivono varie applicazioni del timer NE555. Descrivono migliaia di modi per utilizzare il chip. Ma anche questo potrebbe non essere sufficiente per la mente curiosa del designer, che troverà un ulteriore uso del timer che non è stato ancora descritto da nessuna parte. Le possibilità previste dagli sviluppatori del microcircuito lo consentono.
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