555-й таймер. Часть 1. Как устроен и как работает таймер NE555. Расчёт схем на основе NE555


Один из наиболее часто используемых компонентов электроники – таймер-генератор. Современный формат выпуска его конструкций организован в виде специализированных сборок, применяемых в миллионах различных устройств. Наиболее распространенный таймер такого типа, или, с другим названием, – реле времени, 555 серия микросхем, впервые выпущенная и разработанная компанией Signetic в 1971 году.

За неимением конкуренции на тот период, она получила очень высокое признание и распространение в схемах электрических приборов. Характеристики и выдаваемый сигнал серии таймеров NE555 (изначальное название) позволил применять их при разработке генераторов, модуляторов, систем задержки, различных фильтров, преобразователей напряжения. С развитием цифровой техники, микросхема не потеряла свою актуальность и применяется уже в качестве ее элемента.

Основная задача таймера 555 – создавать одиночные или множественные импульсы с точным разграничением временных интервалов между ними.

Внешний вид микросхемы NE555

Особенности и характеристики


Простой генератор импульсов на основе 555
Наиболее известная особенность 555 серии микросхем, снижающей количество областей их применения – внутренний делитель напряжения. Он задает фиксированный уровень порога срабатывания обоих компараторов устройства, сменить который невозможно.

Питание таймера 555 серии осуществляется напряжением от 4,5 до 16 вольт. Ток потребления непосредственно зависит от этого параметра и составляет от 2 до 15 мА. Характеристики выходного сигнала отличаются у различных производителей. В основном, его ток не превышает 200 мА.

Температурные режимы также зависят от сборки. Обычные NE555 рассчитаны на эксплуатацию в промежутке от 0 до 70°С. Военные варианты таймера (исторически обозначенные серией SE) допускают более широкий диапазон – от -55 до 125°С.

В период активности таймера на выходе присутствует напряжение, оно равно приходящему на шине питания за вычетом 1,75В. В остальных случаях на этом контакте 0,25В, при общем напряжении +5В. Терминология описывает эти состояния, как высокий и низкий уровень сигнала.

Запуск таймера к генерации производится импульсным сигналом 1/3 вольт от питания устройства. Форма его любая – синусная или прямоугольная.


Элементы схемы, определяющие временные параметры срабатывания

Время срабатывания изменения состояния устанавливается характеристиками внешнего конденсатора между контактом разряда и землей, а также сопротивлением двух резисторов. Первый расположен на шине питания и соединяет ее с входом останова работы микросхемы. Второй находится на линии между предыдущим и контактом разряда, но до описанной ранее емкости.

Расположение и назначение выводов

NE555 и её аналоги преимущественно выпускаются в восьмивыводном корпусе типа PDIP8, TSSOP или SOIC. Расположение выводов независимо от корпуса – стандартное. Условное графическое обозначение таймера представляет собой прямоугольник с надписью G1 (для генератора одиночных импульсов) и GN (для мультивибраторов).

  1. Общий (GND). Первый вывод относительно ключа. Подключается к минусу питания устройства.
  2. Запуск (TRIG). Подача импульса низкого уровня на вход второго компаратора приводит к запуску и появлению на выходе сигнала высокого уровня, длительность которого зависит от номинала внешних элементов R и С. О возможных вариациях входного сигнала написано в разделе «Одновибратор».
  3. Выход (OUT). Высокий уровень выходного сигнала равен (Uпит-1,5В), а низкий – около 0,25В. Переключение занимает около 0,1 мкс.
  4. Сброс (RESET). Данный вход имеет наивысший приоритет и способен управлять работой таймера независимо от напряжения на остальных выводах. Для разрешения запуска необходимо, чтобы на нём присутствовал потенциал более 0,7 вольт. По этой причине его через резистор соединяют с питанием схемы. Появление импульса менее 0,7 вольт запрещает работу NE555.
  5. Контроль (CTRL). Как видно из внутреннего устройства ИМС он напрямую соединен с делителем напряжения и в отсутствие внешнего воздействия выдаёт 2/3 Uпит. Подавая на CTRL управляющий сигнал, можно получить на выходе модулированный сигнал. В простых схемах он подключается к внешнему конденсатору.
  6. Останов (THR). Является входом первого компаратора, появление на котором напряжения более 2/3Uпит останавливает работу триггера и переводит выход таймера в низкий уровень. При этом на выводе 2 должен отсутствовать запускающий сигнал, так как TRIG имеет приоритет перед THR (кроме КР1006ВИ1).
  7. Разряд (DIS). Соединен напрямую с внутренним транзистором, который включен по схеме с общим коллектором. Обычно к переходу коллектор-эмиттер подключают времязадающий конденсатор, который разряжается, пока транзистор находится в открытом состоянии. Реже используется для наращивания нагрузочной способности таймера.
  8. Питание (VCC). Подключается к плюсу источника питания 4,5–16В.

Достоинства и недостатки

Основное достоинство реле времени на 555 чипе –низкая цена и громадное количество разработанных и использующих его схем электрооборудования.

Существуют и недостатки, которые, впрочем, исправлены в выпусках микросхем с транзисторной базой на основе КМОП. При использовании биполярных, в момент изменения состояния генерирующего каскада в противоположный, на выводах могло возникнуть паразитное напряжение до 400 мА. Проблема решается установкой полярного конденсатора 0,1 мкФ, между управляющим контактом и общим проводом.


Конденсатор, уменьшающий влияние помех на устройство

Можно повысить и помехоустойчивость микросхемы таймера. Для этого размещают неполярный конденсатор 1 мкФ на линию цепи питания.

Аналоги микросхемы NE555

Микросхема 555, аналог которой в России был назван КР1006ВИ1, представляет интегральное устройство.


Смотреть галерею

Среди рабочих блоков следует выделить RS-триггер (DD1), компараторы (DA1 и DA2), усилительный каскад на выходе, основанный на двухтактной системе и дополняющий транзистор VT3. Назначение последнего заключается в сбросе задающего время конденсатора при использовании агрегата в роли генератора. Сбрасывание триггера происходит при подаче логической единицы (Юпит/2…Юпит) на входы R.

В случае сброса триггера на выходе устройства (вывод 3) будет наблюдаться низкий показатель напряжения (транзистор VT2 открыт).

Режимы работы устройства

Основные режимы использования микросхемы 555 серии – одновибратор, мультивибратор и триггер Шмитта.

Первый применяется для создания единовременного сигнала заданной длительности при подаче входного напряжения на стартовый контакт чипа.

Второй – для генерации множества автоколебательных импульсов прямоугольной формы.

Третий, благодаря эффекту памяти предыдущего сигнала и трех вариантов исходящих согласно внутренней логики, в системах задержки и цифровых устройствах.

Одновибратор

В этой схеме, при подаче сигнала любой формы на второй вход 555 серии, будет генерироваться импульс на третьем ее выходе. Его длительность зависит от характеристик сопротивления R и емкости C. Вычислить необходимое время действия исходящего сигнала можно по формуле t=1,1*C*R.


Схема одновибратора

Мультивибратор

В отличие от предыдущей схемы, мультивибратору для начала постоянной генерации не нужна подача внешнего сигнала. Достаточно только произвести подключение питания. На выходе импульсы прямоугольной формы с изменением состояния в течение t2 и с периодом действия t1.

Их время рассчитываться от параметров R1 и R2 по формулам:

Период и частота:

Чтобы достичь времени импульса большего, чем время паузы, используют диод, соединяющий катодом 7 контакт микросхемы (разряд), с 6 (останов) через свой анод.


Мультивибратор

Прецизионный триггер Шмитта

Функциональность в рамках инвертирующего прецизионного переключателя в 555 серии обеспечивается наличием двух порогового компаратора и RS — триггера. Напряжение на входе разделяется на три части, при достижении пороговых значений которых и изменяется состояние выдачи сигнала устройством.

Разграничение делается по полярности, причем для переключения достаточно 1/3 общего вольтажа питания любого из полюсов. На выходе, при получении порогового сигнала на входе, возникает импульс, инвертированный полярно относительно изначального. Его уровень постоянен и длится он ровно то время, которое действует инициирующий импульс.

Проще говоря, триггер Шмитта — это инвертирующий одновибратор с памятью полярности предыдущего сигнала.

Используется подобная схема в системах, где требуется избавление от излишнего шума и приведение его последовательностей к необходимым пороговым значениям.


Схема триггера Шмитта с графиком выравниваемых уровней сигнала

Таймер с отложеным отключением на Ne555

Приобрели с женой , антикомариный фумигатор, и подумалось мне что не хорошо то что он работает всю ночь, и решил собрать таймер на всем известной Ne555.

Собрал схемой вроде остался доволен, но больше 40-50 минут я из него не смог выжать, и успокоился вроде думая что этого времени для процедуры убиеня комаров будет достаточно, а оказалось ан нет, опытным путем определил что нужно как минимум, 2,5 часа(для стабильного введения комаринских, в крутое пике). Стал изучать Ne555 ,вернее крутить схему в прекрастном для этого онлайн симуляторе https://falstad.com/circuit/ , и открыл для себя что если подать на 5 ножку микросхемы,напряжение от 0 и до напряжения питания,можем существено влиять на время срабатывания таймера. Позже залез в документацию этой прекрастной микросхемы, и нашел подтверждение этому, 5 нога для этого и была создана,для влияния на делитель компаратора таймера, то есть подавая то или иное напряжение на 5 ножку таймера мы можем управлять интервалом отключения. первое что пришло мне на ум это подключить к пятой ножке управляемый источник опорного напряжения.но в симуляторе открылось вдруг,что это напряжение да влияет на временой интервал, но логарифмически,то есть до 1 вольта, очень сильно увеличивает этот интервал,а дальше с небольшим разбросом. Для моих целей необходимо значит подать напряжение амплитудой 0,5 вольт, и тут мне на ум пришла идея а что если подать через диод с выхода микросхемы на 5 ногу ее же, но я подключил выход микросхемы к аноду, ну по логике ведь так и должно работать,но ничего не случилось,то есть временой интервал не изменился,от отчаяния я повернул диод наоборот и о эврика, я получил желаемое влияние на интервал, он стал в 3,6 раз дольше, то есть не 40 минут а 2 часа 20 минут, это в симуляторе, практика же оказалось еще щедрее, таймер отключился через 2 часа 40 минут, таймер работает стабильно. Теперь комары также дохнут,а вот с продавцом жидкости для фумигатора мы видимся реже,и денюжка в кармане осталась, вот эти лишние деньги направлю ка я на покупку этой чудо микросхемы. Вот схема с дополнительной диодной цепью на выходе.

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Область применения НЕ555

Возможности микросхемы дают широкий спектр техники, в которой она используется. Мультивибраторы на 555 серии встречаются практически во всех схемах генерации сигналов.

Примером служат различные звуковые и световые оповещающие устройства, детекторы металла, освещенности, влажности или касания. Таймер, заложенный в микросхему, позволяет создавать реле времени, для контроля работы различного оборудования по определенным человеком периодам.

Варианты исполнения в виде триггера Шмитта применяются как фильтрующие преобразователи зашумленных сигналов, для придания им правильной прямоугольной формы. Актуальность подобные схемы имеют и в цифровой технике, в которой используются только два вида импульсов – его наличие и отсутствие.

Микросхема 555 практическое применение

Автор: с2. Опубликовано в Все статьи

Наверное нет такого радиолюбителя, который не использовал бы в своей практике эту микросхему.

Микросхема существует с 1971 года, когда компания Signetics Corporation выпустила микросхему SE555/NE555 под названием «Интегральный таймер»,

Сразу после поступления в продажу микросхема завоевала бешеную популярность и среди любителей и среди профессионалов. Появилась куча статей, описаний, схем, использующих сей девайс. За прошедшие 39 лет практически каждый уважающий себя производитель полупроводников, считал свои долгом выпустить свою версию этой микросхемы.

Но при этом в функциональности и расположении выводов никаких различий нет. Все они полные аналоги оригинала Signetics Corporation. Новые виды схемных решений находятся и по сей день .

Меня эта микросхема по прежнему часто удивляет , как изменив в схеме подключение одного элемента, схема приобретает новую функциональность.

В статье простые схемы примеры практического применения данной микросхемы

Триггер Шмидта.

Это очень простая, но эффективная схема. Схема позволяет, подавая на вход аналоговый сигнал, получить чистый прямоугольный сигнал на выходе

— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

Простой таймер.

  • Схема простого таймера NE555, видео обзор от пользователя jakson .

— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

Схема таймера NE555, для получения более точных интервалов.

— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

Простой ШИМ

— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

Сумеречный выключатель.

— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

Управление устройством с помощью одной кнопки.

  • Вариант исполнения такой схемы находится в этом блоге.

— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

Аналогичная схема управление одной кнопкой на микросхеме CD4013 (аналог 561TM2)

— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

Датчик (индикатор) влажности.

— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

Контроль уровня воды.


Два датчика уровня жидкости могут служить для контроля за количеством воды в баке . Один датчик сообщает о малом количестве воды в баке, а второй о том , что бак полный. При небольшой доработке схемы выходные сигналы схемы можно подключить к более серьёзным нагрузкам :).

— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

ON/OFF сенсор.

— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

Схема для включения светодиодной подсветки от автономного питания, на 10- 30секунд.

Один вариант из применения, встраивается во входную дверь в районе замочной скважины.

Подсветка включается посредством нажатия кнопки на дверной ручке – в результате не возникнет проблем с открытием замка при отсутствии естественного либо искусственного освещения.

— — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

Кодовый замок на таймере NE555.

Подобной разработки кодового замка на таймере NE555, в интернете я пока не встречал, поэтому эта разработка посвящается всем любителям этой чудесной микросхемы. Схему на микросхеме NE555 в виде кодового замка на дверь или сейф, нетрудно реализовать на этом таймере. Еще я знаю, что 555 нормально работает при отрицательных температурах,(если предстоит эксплуатация на улице) и более широкий диапазон напряжения питания до 16V. Надежность микросхемы не подлежит сомнению.

Отечественные и зарубежные производители

Микросхема-таймер 555 серии настолько популярна, что ее аналоги изготавливаются мощностями практически всех известных брендов микроэлектронной промышленности. Причем территориально расположенных не только в США, но и других странах мира. Среди них: Texas Instrument, Sanyo, RCA, Raytheon, NTE Silvania, National, Motorola, Maxim, Lithic Systems, Intersil, Harris, Fairchild, Exar ECG Phillips и множество других.

Зачастую номер серии от конкурентов содержит отсылку к оригинальной NE555. Встречается маркировки NE555N, НЕ555Р или им подобные.


Российская КР1006ВИ1

Производится таймер и в России, с маркировкой микросхемы КР1006ВИ1 с биполярными транзисторами и КР1441ВИ1 по КМОП технологии. Национальный вариант немного отличается от классического 555 серии – в нем вход остановки обладает большим приоритетом, чем сигнал запуска.

Как сделать реле времени 555 своими руками

Одним из вариантов ознакомления с таймером 555 серии будет изготовление своими руками реле времени. Схема достаточно проста, считается классической и доступна к повторению специалистом любого уровня.


Схема таймера отключения

Запуск производится нажатием тумблера SB1. Длительность подстраивается резистором R2. На представленной схеме среднее время работы находится в пределах 6 секунд. Для его увеличения, без изменения характеристик R2 повышают емкость C1.

Если требуется суточный цикл работы, то понадобится конденсатор на 1600 мкФ. Если устройство будет применяться в условиях, близких к реальности, – количество фарад меняют на более подходящее к нужному времени работы. Расчет производится согласно формуле: T=C1*R2, где C1 емкость соответствующего конденсатора на схеме, R2 среднее сопротивление мегаом подстроечного резистора.

Более точная калибровка времени действия будет устанавливаться в процессе использования переменным резистором R2.

Немного о нумерации используемых контактов микросхемы 555 серии, то есть ее распиновка:

  1. «Земля» (GND) – минус питания.
  2. «Запуск» (Trigger) – на контакт поступает импульс, начинающий работу таймера. Инициируется нажатием тумблера.
  3. «Выход» (Output) – пока таймер активен, на контакте генерируется исходящий сигнал. Его вольтаж равный Vпитания-1,7В, через ограничивающий резистор R3 позволяет открыть базу транзистора VT1. В свою очередь, полупроводниковый усилитель начинает пропускать напряжение на пусковое реле К1, которое уже коммутирует ток к потребителю. Диод VD1 в схеме предотвращает бросок паразитных токов в моменты активации.
  4. «Сброс» (Reset) – при подаче отрицательного сигнала таймер переводится в 0 и останавливается. Чтобы такого не произошло, в схеме сделан подвод положительного полюса питания через сопротивление к этому контакту.
  5. «Контроль» (Control Voltage) – для такого простого устройства, этот вход микросхемы соединяется массой через емкость. Подобная конструкция повышает помехоустойчивость всей сборки.
  6. «Остановка» (Threshold) – в схеме контакт просто присоединен к положительному полюсу питания. В более сложных системах, кратковременное его замыкание на минус остановит работу таймера.
  7. «Разряд» (Discharge) – контакт предназначен для соединения 555 микросхемы с задающей временный интервал емкостью.
  8. «Питание» (VCC) – плюс напряжения схемы.
Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Для любых предложений по сайту: [email protected]