Схемы NE555

Схемы NE555

Примером создания электронной схемы, небольшой, но достаточно полезной во многих случаях, является придумка еще в 1970-е годы микрочипа универсального таймера 555. Что это, шедевр электронной схемотехники?

Электронные интегральные схемы — такая отрасль нашей науки и техники, возможности которой еще далеко не исчерпаны. Видимо, это и есть ростки того самого искусственного интеллекта, о котором так много уже сказано. Причем, если наш природный интеллект строится на элементах — нейронах — которые можно назвать электронно-химическими, то созданные руками человека интегральные схемы в природе не встречаются. Это чистое изобретение человеческого разума. Оно получено в результате долгой работы по совершенствованию самых обыкновенных электроприборов, которые понадобились людям сразу после открытия электричества — выключателей, резисторов, конденсаторов, полупроводниковых приборов. Совершенствование шло как в направлении усложнения схем, так и в стремлении уместить большое количество элементов на ограниченной площади или в ограниченном объеме. А также создать из все тех же схемных примитивов нечто универсальное, долгоиграющее и омниполезное.

Таймер NE555

История изобретения этого таймера показывает, что настоящие шедевры делаются не всегда в самые лучшие для изобретателей времена, и часто даже в совершенно не высокотехнологичных условиях. Ганс Камензинд в свои 33 года кроме служебных обязанностей имел мечту. Это не всегда бывает по вкусу начальству, и ему пришлось уволиться. Свой шедевр он придумал, сидя в гараже в 1971 году, а через год микросхема на восьми ножках бойко пошла в производство и продажу. Схема простая и, как оказалась, полезная. Быть может, не последнюю роль в удаче сыграло и название, которое толком и объяснить не могут: почему NE — от названия фирмы Signetics? Почему 555 — потому что им полюбилась пятерка? Таймер? — да, но не такой, как обычные. Те, что всегда только безостановочно тикают импульсами, а этот может выдать очень точный интервал времени, и не в каких-то привычных в импульсной технике микросекундах, а в достаточно ощутимом интервале: взять и включить лампочку на несколько секунд.

Схема, как часто и все гениальное, оказалась на стыке двух техник: импульсной и аналоговой.

Аналоговые — операционные усилители — усиливают сигнал до нужного стандарта (2 на входах (двухпороговый компаратор) и 1 на выходе). А в середине работает импульсный RS-триггер, который может как генерировать импульсы (мультивибратор), так и выдавать одиночный импульс заданной протяженности (одновибратор).

И все очень легко регулируется — практически, соотношением параметров двух резисторов и одной емкости, подключенных к микросхеме на входах, а также подачей других сигналов на входы.

Видимо, схема имеет какое-то неуловимо удачное соотношение простоты управления и простоты конструкции, что в сочетании с неожиданным многообразием работы элементов и придало ей популярности на протяжении стольких лет. Потому что перечисленные свойства, как следствие, выразились в совсем даже невысокой стоимости и в применимости в разных схемах — и ширпотребовских, и профессиональных. Они хороши для использования в детских игрушках, реле времени, кодовых замках, космических аппаратах. А ежегодные продажи исчисляются до сих пор миллиардами штук по всему миру. Причем за все время схема не претерпела практически никаких изменений. По какой причине слово «эволюция» под рисунком выше и взято в кавычки. Таймер 555 выпускают многие фирмы по всему миру. Известны и отечественные аналоги NE555 — микросхема КР1006ВИ1 и ее КМОП вариант КР1441ВИ1.

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.

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

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.

1. Земля –

Минусовой общий вывод питания

Плюсовой вывод питания – 8

1. 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

1. 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.

1. Сброс

Срабатывает по сигналу низкого уровня (≤ 0,7 В)

Немедленный сброс выходного сигнала

Входной сигнал не зависит от напряжения питания

1. Контроль

Управление опорным напряжением компаратора №1

Величина напряжения управляет длительностью выходных импульсов (одновибратор) или их частотой (мультивибратор).

1. Останов

Сбрасывающий сигнал высокого уровня – аналоговый или импульсный

1. Разряд

Цепь разряда времязадающего конденсатора С

1. Питание +

Плюсовой провод питания

Vпит = от 4,5 В до 18 В

Применение: варианты подключения NE555 (или NE555 аналогов)

Одновибратор

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.

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

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

Обзор модуля генератора импульсов на NE555

Сегодня расскажу о модуле генератора импульсов на микросхеме NE555 (YS-32), которая способна работать от 10 до 200 кГц. Данный модуль используется для намотки спидометра, ремонте и так далее.

Технические параметры

► Микросхема: NE555;
► Форма генерируемых импульсов: прямоугольные импульсы;
► Рабочее напряжение: 5-15 В;
► Диапазоны частот: 1-50Гц, 50Гц — 1кГц, 1-10кГц, 10-200 кГц;
► Потребляемый ток: 100 мА;
► Выходной ток: 35 мА;
► Размеры: 31 х 22 х 17 мм;
► Вес: 7 г.

Обзор модуля NE555

Модуль основан на микросхеме NE555, которая была выпущена еще в 1971 году, компанией Signetics и которая на сегодняшний день остается популярной. Сам модуль имеет небольшие размеры, всего 31 на 17 мм. Частота выходного сигнала регулируется с помощью потенциометра, в определенном диапазоне, который задается с помощью перемычек: 1-50Гц, 50Гц — 1кГц, 1-10кГц и 10-200 кГц. Вторым потенциометром регулируется скважность. Для подключения используется трех контактный штыревой разъем, шагом 2,54 мм.

Назначение контактов:
► GND – Вывод питания, земля.
► OUT – Сигнальный вывод.
► VCC – Вывод питания, от 5 до 15 В.

Принципиальная схема:

Показания осциллограмм выходного сигнала NE555

Покажу показания выходного сигнала снятые с помощью осциллографа, потенциометр частоты и скважности выкрутил на минимум и на максимум.
1. Перемычка установлен на 1 Гц — 50 Гц, потенциометры на минимуме.

2. Перемычка установлен на 50 Гц — 1 кГц, потенциометры на минимуме.

3. Перемычка установлен на 1 кГц — 10 кГц, потенциометры на минимуме.

4. Перемычка установлен на 10к Гц — 200 кГц, потенциометры на минимуме.

5. Перемычка установлен на 1 Гц — 50 Гц, потенциометр частоты на максимуме, а потенциометр скважности выкручен максимально (до спада импульса).

6. Перемычка установлен на 50 Гц — 1 кГц, потенциометр частоты на максимуме, а потенциометр скважности выкручен максимально (до спада импульса).

7. Перемычка установлен на 1 кГц — 10 кГц, потенциометр частоты на максимуме, а потенциометр скважности выкручен максимально (до спада импульса).

8. Перемычка установлен на 10 кГц — 200 кГц, потенциометр частоты на максимуме, а потенциометр скважности выкручен максимально (до спада импульса).

Подключение модуля NE555 к Arduino

Необходимые детали:
► Arduino UNO R3 x 1 шт.
► Генератор импульсов на NE555 (от 1 Гц до 200 кГц ) x 1 шт.
► Провода DuPont M-F, 20 см x 1 шт.

Подключение:
Для наглядности подключим модуль генератора импульсов NE555 к аналоговому выводу Arduino, принципиальная схема подключена показана ниже.

Программа:
Скетч не сложный, просто считываем показания с аналогово порта А0 и полученные данные передаем в последовательный порт.

псевдо-Бистабильные реле RM-02, RM-04, RM-05

Пример №7 — Простой генератор прямоугольных импульсов на NE555

В момент включения схемы, конденсатор C1 разряжен и на выходе 3 таймера NE555 находится высокий уровень. Затем конденсатор C1 через резистор R1 начинает постепенно заряжаться.

Профессиональный цифровой осциллограф

Количество каналов: 1, размер экрана: 2,4 дюйма, разрешен…

В момент, когда потенциал на конденсаторе, и соответственно на выводе 6 (стоп) таймера, достигнет примерно 2/3 напряжения питания, сигнал на выводе 3 переключится на низкий уровень. Теперь конденсатор через сопротивление R1 начинает разряжаться. Когда уровень напряжения на входе 2 (запуск) упадет до 1/3 Uпит., на выходе снова будет высокий уровень. И процесс повторится снова.

Если к выходу добавить еще RC-цепь (выделено красным цветом), то выходной сигнал по форме будет приближен к синусоиде.

ШИМ регулятор на микросхеме NE555

Аббревиатура «ШИМ» довольно часто встречается в технической среде, расшифровывается она как «широтно-импульсная модуляция». Шим-сигнал представляет собой непрерывную последовательность из прямоугольных импульсов, ключевыми параметрами такого сигнала будут являться длительность самого импульса (широта), и частота сигнала. Отношение длительности импульса и длительности паузы между импульсами называется скважностью, она может варьироваться от 0 до 100%, если скважность равна 0 %, сигнал будет полностью отсутствовать. Если начать понемногу увеличивать длительность, то импульсы будут выглядеть как тонкие иголки, если увеличить ещё — один станут похожи на прямоугольники. В случае, когда скважность равна 50%, длительность паузы становится равно длительности самого импульса, если же увеличить скважность до 100%, то сигнал просто превратится в некое постоянное напряжение — паузы между импульсами просто будут отсутствовать. Если же проинтегрировать такую непрерывную последовательность импульсов, то получится некое постоянное напряжение, амплитуда которого будет меньше размаха самих импульсов, причём будет строго зависеть от скважности.

Чем больше процент скважности — тем соответственно будет амплитуда постоянного напряжения после интегрирования. Именно это интересное свойство используется в ШИМ-регуляторах — устройство, мощность которого нужно регулировать, питают не постоянным напряжением, а вот таким сигналом из прямоугольных импульсов, то есть регулируя скважность меняется и напряжение на нагрузке. Интегрирование происходит «автоматически» за счёт присутствия на выходе конденсатора, а также паразитных сопротивлений и индуктивностей. Кроме того, некоторым устройствам, например, нагревателям, совершенно неважно, какая форма у питающего напряжения, импульсы это или постоянный ток. Огромным преимуществом ШИМ-регуляторов является большой КПД — именно по этой причине они и получили такое широкое распространение в электронике. Дело в том, что для создания прямоугольных импульсов на нагрузке управляющий транзистор работает в ключевом режиме — то есть находится всегда в одном из двух состояний, либо полностью закрыт, либо полностью открыт. В первом случае ток через него не протекает вообще, соответственно не выделяется никакого тепла, во втором же случае он представляет из себя перемычку с очень малым падением напряжения — тепло также практически не выделяется, особенно если применять транзисторы с максимально низким сопротивлением открытого канала. Тепловыделение на транзисторе обусловлено, в первую очередь, потерями при переключении транзистора, ведь переключает своё состояние он несколько тысяч раз в секунду. Таким образом, при коммутировании маломощной нагрузки радиатор не потребуется вообще, а для мощной же (при токе от 5-7А) небольшой радиатор может потребоваться. Схем различных ШИМ-регуляторов в интернете представлено достаточно много, в том числе и на микроконтроллерах с различными дополнительными опциями и наворотами. Представленная же ниже схема является самой типовой и простейшей — она имеет всего один орган управления (переменный резистор), которым будет регулироваться мощность на нагрузке, контакты для подключения самой нагрузки и питающего напряжения, ничего лишнего.

Как можно увидеть, ключевым звеном схемы является микросхема-таймер NE555, которая работает в роли генератора прямоугольных импульсов. Подобный генератор также можно собрать и на паре отдельных транзисторов, но микросхема же обеспечивает большую надёжность работы и стабильность в зависимости от температуры. Резистор R1 — потенциометр, который и будет регулировать мощность. В одном его положении напряжение на нагрузке будет практически равно нуля, а во втором — напряжению питания, так, как будто нагрузка просто подключена напрямую. Этот орган управления можно установить на плате в виде подстроечного резистора, либо вывести на проводах и установить на корпусе с ручкой. Использовать здесь можно практически любой переменный резистор с сопротивлением от 10 до 50 кОм, характеристика должна быть линейной. Резистор R2 задаёт крайнее положение регулировки, установленный на схеме номинал в 1 кОм практически не влияет на границу регулировки. Диоды D1 и D2 — любые кремниевые диоды, например, подойдут дешёвые 1N4148, либо 1N4007. Особое внимание стоит обратить на конденсатор С1, ведь именно от его ёмкости будет зависеть частота работы ШИМ-регулятора. Эта частота может лежать в звуковом диапазоне, то есть быть менее 20 кГц — в этом случае возможно появление высокочастотного свиста от нагрузки. Если после запуска схемы слышен свист — можно уменьшить ёмкость этого конденсатора, в этом случае частота работы схемы просто выйдет за пределы слышимости человеческого уха. Также в этом случае не мешает поставить параллельно выходу схемы конденсатор, ёмкостью 100 нФ, а параллельно с ним электролитический на 100-220 мкФ для подавления пульсаций, то есть интегрирования прямоугольых импульсов. Конденсатор С1 можно использовать керамический, но более предпочтительным вариантом будет плёночный, так как здесь важна термостабильность и изменение ёмкости от температуры может стать критичным. С2 — керамический на 1 нФ.

Q1 на схеме — транзистор, который коммутирует нагрузку, особое внимание стоит уделить выбору этого транзистора, особенно если планирует использование регулятора с мощной нагрузкой. Стандартными вариантами будут распространённые и довольно дешёвые полевые транзисторы IRF740, IRF640, а также более низковольтные IRF3205, IRFZ55. Ключевыми параметрами транзисторов являются максимальный ток, максимальное напряжение (оно должно быть раза в два выше напряжения питания), а также сопротивление открытого канала. Резистор R4 на схеме ограничивает зарядный ток затвора транзистора, а R3 подтягивает затвор к плюсу питания. В данном регуляторе можно применить и биполярный транзистор, хоть он и будет обладать большими потерями и большим нагревом, по сравнению с полевым. Хорошим вариантом будет составной транзистор КТ827, схема с его использованием показана ниже.

А также печатная плата для данной схемы.

Обозначением N в кружке на схеме показана нагрузка, мощность на которой нужно регулировать, это может быть, например, лампочка накаливания, мощные светодиоды, какой-либо нагреватель, электродвигатель, зарядное устройство аккумулятора — практически любая нагрузка постоянного тока. Диод D3 служит для защиты транзистора от выбросов самоиндукции, которые могут возникать при коммутировании нагрузки индуктивного типа. Сюда подойдёт диод 1N4007.

Вся схема выполняется на довольно миниатюрной печатной плате, которая имеет по два контакта с каждой стороны — для подключения нагрузки и питающего напряжения. Также плата имеет посадочное место для установки подстроечного резистора — если используемый вами тип не совпадает с посадочным местом на плате, то можно открыть печатную плату в программе Sprint Layout и подредактировать, файл приложен в архиве в конце статьи. Транзистор можно оставить на плате, если на него не крепится радиатор, в противном же случае его также можно вывести на проводах и посадить на радиатор. Обратите внимание, что все провода для подключения мощной нагрузки нужно брать соответствующего сечения. Ниже показан собранный вариант платы с биполярным транзистором.

Напряжения питания регулятора составляет 9 — 15В, сама схема питается от того же источника, что и коммутируемая нагрузка. Удачной сборки!

shim-reguljator-2-1.rar [6,9 Kb] (скачиваний: 11)
Источник (Source)

Вводная информация о микросхеме-таймере EN555 [1]

Это руководство служит введением в работу с микросхемой EN555. Здесь вы узнаете о том, что это, а также о ее распиновке и трех разных режимах.

Таймер 555 (EN555)

EN555 – это очень универсальная микросхема. Ее можно встроить во множество различных электрических цепей.

EN555 используется, как правило, для генерации непрерывной серии импульсов. Эта серия импульсов, к примеру, позволяет непрерывно мигать светодиодом.

Таймер 555 может работать в 3 разных режимах:

• Моностабильный режим. Используется, как правило, для генерации задержек по времени.
• Нестабильный режим. Выдает колеблющийся импульсный сигнал.
• Двухустойчивый режим.EN555 меняет свой сигнал в зависимости от значений, поступающих от двух устройств ввода данных.

В этом руководстве будет показан пример нестабильного режима.

Распиновка

Если погуглить «Google 555 timer datasheet», то одним из первых результатов в поисковой выдаче будет PDF-даташит.

Это очень большой документ, но на данном этапе лучше сосредоточить внимание на распиновке. Ее можно наблюдать на картинке ниже:

Интегральная схема EN555 оснащена восемью контактами:

1. GND – для заземления.
2. TRIG – для управления состоянием на контакте 3.
3. OUT – для выдачи сигнала.
4. RESET – для сброса.
5. CTRL – для изменения синхронизации в RC-цепи.
6. THR – для управления состоянием на контакте 3.
7. DIS – для разрядки времязадающего конденсатора.
8. Vcc – для подачи плюсового питания.

На схемах EN555 изображается, как правило, так:

Выдача сигнала

Выдача сигнала на EN555 выполняется на контакте 3. Он генерирует колебания, т.е. напряжение идет вверх, потом вниз, потом вверх, потом снова вниз и т.д. (это называется нестабильным режимом).

Нестабильный режим

Чтобы EN555 мог работать в нестабильном режиме, цепь должна быть устроена следующим образом:

Частота колебаний настраивается подключением резисторов (R1 и R2) и конденсатора (C) с разным номиналом. Расчет частоты колебаний выполняется по следующей формуле:

Ассортимент устройств, которыми можно управлять при помощи выходного напряжения на контакте 3, обширен – это и светодиоды, и динамики, и моторы, и т.д.