555-й таймер. часть 1. как устроен и как работает таймер ne555. расчёт схем на основе ne555

Как работает микросхема 555

Перед тем, как перейти к примеру устройства реле, рассмотрим структуру микросхемы. Все дальнейшие описания будут делаться для микросхемы серии NE555 производства Texas Instruments.

Как видно из рисунка, основа — это RS-триггер с инверсным выходом, управляемый выходами с компараторов. Положительный вход верхнего компаратора называется THRESHOLD, отрицательный вход нижнего — TRIGGER. Другие входы компараторов подключены к делителю напряжения питания из трех резисторов по 5 кОм.

Как вы скорее всего знаете, RS-триггер может находиться в устойчивом состоянии (обладает эффектом памяти, объемом 1 бит) либо в логическом «0», либо в логической «1». Как он функционирует:

• Приход положительного импульса на вход R (RESET) устанавливает выход в логическую «1» (именно «1», а не «0», так как триггер инверсный — об это говорит кружок на выходе триггера);
• Приход положительного импульса на вход S (SET) устанавливает выход в логический «0».

Резисторы по 5 кОм в количестве 3-х штук делят напряжение питания на 3, что приводит к тому, что опорное напряжение верхнего компаратора (вход «–» компаратора, он же, вход CONTROL VOLTAGE микросхемы) составляет 2/3 Vcc. Опорное напряжение нижнего — 1/3 Vcc.

С учетом сказанного, можно составить таблицы состояний микросхемы относительно входов TRIGGER, THRESHOLD и выхода OUT

Обратите внимание, что выход OUT — это инвертированный сигнал с RS-триггера

В нашем случае, для создания реле времени применяется такая хитрость: входы TRIGGER и THRESHOLD объединяются вместе и к ним подается сигнал с RC-цепочки. Таблица состояний в таком случае будет выглядеть так:

Схема включения NE555 для такого случая следующая:

После подачи питания конденсатор начинает заряжаться, что приводит к постепенному увеличению напряжения на конденсаторе с 0В и далее. В свою очередь, напряжение на входах TRIGGER и THRESHOLD будет наоборот, убывать, начиная с Vcc+. Как видно из таблицы состояний, на выходе OUT присутствует логический «0» после подачи питания Vcc+, а переключение выхода OUT в логическую «1» произойдет, когда на указанных входах TRIGGER и THRESHOLD напряжение опустится ниже 1/3 Vcc.

Важен тот факт, что время задержки реле, то есть промежуток времени между подачей питания и зарядкой конденсатора до момента переключения выхода OUT в логическую «1», можно рассчитать по очень простой формуле:T = 1.1 * R * C И как видите, это время не зависит от напряжения питания. Следовательно, при проектировании схемы реле времени можно не заботиться о стабильности питания, что значительно позволяет упростить схемотехнику. Далее приведем рисунок варианта исполнения микросхемы в DIP-корпусе и покажем расположения выводов чипа:

Также стоит упомянуть, что кроме 555 серии производится серия 556 в корпусе с 14-ю выводами. Серия 556 содержит два таймера 555.

Режим одновибратора

Всего существует три работы режима микросхемы NE555, один из них – одновибратор. Чтобы осуществить формирование импульсов, приходится применять конденсатор полярного типа и резистор.

Работа схемы происходит таким образом:

1. Ко входу таймера прикладывается напряжение – низкоуровневый импульс.
2. Происходит переключение режима работы микросхемы.
3. На выводе «3» появляется сигнал с высоким уровнем.

Рассчитать время, в течение которого проходит сигнал, можно по простой формуле:

t=1,1*R*C.

По прошествии этого времени на выходе произойдет формирование низкоуровневого сигнала. В режиме мультивибратора выводы «4» и «8» соединяются. При разработке схем на основе одновибратора нужно учитывать такие нюансы:

1. Напряжение питания не может влиять на время импульса. При увеличении напряжения скорость зарядки конденсатора, который задает время, больше. Следовательно, увеличивается амплитуда сигнала на выходе.
2. Если произвести подачу дополнительного импульса на вход (уже после основного), то он не повлияет на работоспособность таймера до окончания времени t.

Чтобы повлиять на функционирование генератора, можно воспользоваться одним из способов:

1. На вывод RESET подать низкоуровневый сигнал. При этом таймер вернется в состояние по умолчанию.
2. Если на вход «2» идет низкоуровневый сигнал, то на выходе всегда будет высокий импульс.

При помощи одиночных импульсов, подаваемых на вход, и изменения параметров времязадающих компонентов, можно на выходе получить прямоугольный сигнал нужной длительности.

Краткая история таймера

Таймер – это специальное устройство, назначением которого является обратный отсчет времени. Механизм действия основан на секундном шаге и шкале времени. Пользуясь интуитивно понятной шкалой, можно выставить необходимые показатели время, по прошествии которого обычно подается сигнал и прибор останавливается.

Изобретение таймера связано с историей первого секундомера. Английский часовщик Клемент в 1676 году открыл систему якорно-анкерного спуска в часах. На оси этого маятника были приспособлены зубцы, которые, попадая в ходовое колесо, запускали механизм. Создание маятникового регулятора Гюйгенса привнесло в работу над секундомерами и таймерами некоторое усовершенствование. Затем на основе механических часов французский мастер Луи Муане в 1815 году занялся исследованиями хронометража времени и возможности запускать отсчет. Результатом его трудов стал первый механический аналог современного таймера. Усовершенствовал таймер английский часовщик Роберт Гук, введя в конструкцию балансирный механизм.

• Таймеры используют для контроля за системами освещения объектов, витрин, рекламных вывесок, программируют таймер и для дозированной подачи корма и воды в аквариумах и террариумах.
• Также применяют таймер для правильного и регулярного полива растений, включения и отключения обогревательных систем.
• На таймер выставлены заводские сигналы и школьные звонки.
• Используется это устройство для имитации эффекта присутствия. Случается, для защиты дома владельцы оставляют таймеры, включающие свет или радио для предотвращения краж и отпугивания злоумышленников от дома или квартиры.
• Также таймер управляет различными электроустройствами, системами питания электроприборов.

Микросхема 555

Всем привет. Сегодня я хочу рассказать вам о микросхеме 555. Её история началась ещё в далеком 1971 году, когда компания Signetics Corporation выпустила микросхему SE555/NE555 под названием «Интегральный таймер» (The IC Time Machine). В те времена это была единственная «таймерная» микросхема, которая была доступна массовому потребителю. Сразу после выхода 555 завоевала бешеную популярность и её начали выпускать почти все производители полупроводников. Отечественные производители тоже выпускали данную микросхему под названием КР1006ВИ1.

Что это за чудо?

Микросхема выпускается в двух вариантах корпуса — пластиковом DIP и круглом металлическом. Правда встретить 555 в круглом металлическом корпусе в наши времена очень сложно, чего не скажешь о версии в пластиковом DIP корпусе. Внутри корпуса с восемью выводами скрываются транзисторы, диоды и резисторы. Не будем вдаваться в доскональное изучение 555, но про ножки этой микросхемы я расскажу более подробно. Всего ножек 8.

1. Земля

. Вывод, который во всех схемах нужно подключать к минусу питания. 2.Триггер , он же запуск. Если напряжение на пуске падает ниже 1/3 Vпит, то таймер запускается. Ток, потребляемый входом, не превышает 500нА. 3.Выход . Напряжение выхода примерно на 1,7 В ниже напряжения питания, когда он включен. Максимальная нагрузка, которую может выдержать выход — 200 мА. 4.Сброс . Если подать на него низкий уровень напряжения (меньше 0,7 В), то схема переходит в исходное состояние не зависимо от того, в каком режиме находится таймер на данный момент. Если в схеме не нужен сброс, то рекомендуется подключить этот вывод к плюсу питания. 5.Контроль . Этот вывод позволит нам получить доступ к опорному напряжению компаратора №1. Используется этот вывод очень редко, а вися в воздухе может сбивать работу, поэтому в схеме его лучше всего присоединить к земле. 6.Порог , он же стоп. Если напряжение на этом выходе выше 2/3 Vcc, то таймер останавливается и выход переводится в состояние покоя. Стоит заметить, что работает выход только тогда, когда вход выключен. 7.Разряд . Этот выход соединяется с землей внутри самой микросхемы, когда на выходе микросхемы низкий уровень и закрыт, когда на выходе высокий уровень. Может пропускать до 200 мА и иногда используется как дополнительный выход. 8.Питание . Данный выход нужно подключать к плюсу питания. Микросхема поддерживает напряжение в пределах 4,5-16 В. Может работать от обычной 9В-батарейки или от проводка USB.

Режимы

Ну что же пришло время поведать вам о режимах микросхемы 555. Их всего 3 и о каждом я расскажу более подробно.

Моностабильный

При подаче сигнала на вход нашей микросхемы, она включается, генерирует выходной импульс заданной длины и выключается, ожидая входного импульса

Важно, что после включения микросхема не будет реагировать на новые сигналы. Длину импульса можно рассчитать по формуле t=1.1*R*C

Пределов по длительности импульсов нет — как по минимальной, так и по максимальной длительности. Есть некоторые практические ограничения, которые можно обойти, но стоит задуматься над тем, нужно ли это и не проще ли выбрать другое решение. Итак, минимальные значения, установленные практическим образом для R составляет 10кОм, а для С — 95пФ. Можно и меньше, но при этом схема начнет поглощать много электричества.

Нестабильный мультивибратор

В этом режиме все довольно таки просто. Управлять таймером не нужно. Он все сделает сам — сперва включится, подождет время t1, потом выключится, подождет время t2 и начнет все заново. На выходе у нас получится забор из высоких и низких состояний. Частота с которой будет колебаться зависит от параметров величин R1,R2 и C и определяется она по формуле F= 1,44/((R1+R2)C). В течение времени t1 = 0.693(R1+R2)C на выходе будет высокий уровень, а в течение времени 2 = 0.693R2C — низкий.

Бистабильный

В данном режиме наша микросхема 555 используется как выключатель. Нажал одну кнопку — выход включился, нажал другую — выключился.

Преимущества ID-диаграммы

Основное преимущество диаграммы Рамзина влажного воздуха заключается в её наглядности и простоте использования. Гораздо проще найти на диаграмме точку с заданной температурной и влажностью и определить остальные параметры, чем пользоваться вышеприведенными формулами.

На диаграмме сразу видно, у каких точек выше или ниже влагосодержание, а, исходя из этого, становится понятным, что нужно применять на объекте – увлажнение или осушение воздуха.

Кроме того, по диаграмме быстро определяются такие параметры как относительная влажность, точка росы, количество влаги, которое готов принять воздух при адиабатном увлажнении, возможность существования воздуха с заданными параметрами и другие характеристики.

Наконец, на диаграмме Рамзина удобно строить и рассчитывать процессы обработки влажного воздуха. Большинство из них имеет линейный вид, направлены вдоль тех или иных линий на диаграмме. На диаграмме быстро считываются изменения энтальпии и влагосодержания. Если их умножить на расход воздуха, то буквально в одно действие будут получены тепловая и холодильная мощность кондиционера, расход увлажнителя, мощность осушителя и другие параметры.

Поделиться

Копировать ссылку: Копировать

Дополнительные материалы

Комментарии читателей

Евгений

ну набрал я исходные данные . А куда нажимать , чтобы получить результат расчёта ?

Евгений

Великолепная приспосОба (гаджет , утилита ) для инженерных расчётов ! Мне бы такую лет 30 назад .
z9mby

Расчёт параметров таймера NE555

Подробности

Категория: Разное

Таймер NE555 может работать как моностабильный мультивибратор, а также как  генератор прямоугольных импульсов c выходным током 200 мА(max).I потребления = I вых + 3 мА(maх).Напряжение питания от 4,5B(min) до 16B(max).Точность параметров таймера — не более 1% от расчетного значения и  не зависит от напряжения питания.

Блок схема таймера NE555.

Таймеры и реле времени

Схема таймера с индикацией от 1 до 10 секунд или от 1 до 10 мин Матрица из 10 светодиодов служит для индикации интервалов времени от 1 до 10 сек или 1 до 10 мин. Схема может использоваться для определения продолжительности телефонных звонков, времени выдержки в фотографии или времени приготовления пищи. Частота импульсов с выхода генератора, выполненного на… 0 2957 0

Таймер с задержкой 10 минут на основе SN74121 В схеме таймера используется автоколебательный мультивибратор SN74121, который генерирует импульсы с длительностью в 4 сек. Тактовая частота мультивибратора устанавливается резистором R1. Микросхемы U2 и U3 делят входную частоту мультивибратора на 144, что дает, в итоге, временную задержку в 576…

0 1818 0

Последовательный таймер для тестирования внешних устройств (NE555) В схеме используются три таймера 555, которые подключены последовательно. С приведенными на схеме значениями первый таймер работает в течение 10 мс после его запуска от импульса, поданного на вывод 2, или же с помощью соединения этого вывода с общим проводом. В конце временного цикла…

0 2345 0

Схема реле времени с задержкой от 2 до 5 минут После нажатия на пусковую кнопку «START” нагрузка LOAD включается с задержкой до 5 мин, как это требуется для некоторых CMOS-схем и цифровых систем управления. В схеме используется пара таймеров 555: микросхема А в простом режиме таймера, а микросхема В как триггер…

0 3350 0

Таймер с десятью фиксированными интервалами Схема предназначена для формирования десяти предварительно установленных независимых интервалов времени, которые проходят по очереди с подачей звукового сигнала в конце каждого интервала. Таймер останавливается после каждого интервала до тех пор, пока не будет нажата пусковая кнопка «START”…

0 2315 0

Бюджетный 1-часовой таймер на микросхеме NE555 Схема с использованием таймера NE555 предназначена для выключения телевизора или другого устройства после любого желаемого интервала времени до одного часа с момента нажатия на пусковую кнопку «START”. В схеме используется реле MR312C производства компании IRC с сопротивлением катушек 212 Ом…

0 2738 0

Счетчик для определения продолжительности выполнения программы С помощью схемы, представленной на рисунке, измеряется время между 2 точками программы микропроцессора, во время ее выполнения. Кварцевый генератор на 1 МГц на логических элементах обеспечивает тактовыми импульсами счетчик 1941А производства компании Fluke, который используется для подсчета…

0 1582 0

Реле с большой временной задержкой, использующий малую емкость конденсатора

Применение двух детекторов уровня высокой точности при помощи двух входов микросхемы СА3098 устраняет необходимость использования дорогих времязадающих конденсаторов большой емкости с низким током утечки, если необходимы большие задержки длительностью в несколько часов. Для 4-часового таймера…

1 1750 0

Схема таймера от 0 до 10 минут с точностью 1 сек После калибровки схемы точность выдержки временных интервалов не зависит от напряжения батареи питания, поскольку напряжение источника равным образом влияет на напряжение заряда конденсатора С и на пороговое напряжение компаратора А2. Задержку таймера можно определить по формуле t = CR1R3/R2.

0 1881 0

Схема таймера с задержкой от 0 до 5 минут Значение сопротивления резистора R* определяет временную задержку схемы, в которой используется полевой транзистор Q1 с двумя затворами типа RCA40841. Транзистор применяется для запуска тиристора Q2, причем тиристор сам служит для запуска сими-стора МТ1, который может переключать резистивные и…

0 2132 0

… 8 …

Схема импульсного источника питания двухполярного напряжения

Он собран на одной микросхеме NE555 (рис.1), которая служит задающим генератором прямоугольных импульсов. Генератор собран по классической схеме. Частота следования выходных импульсов генератора 6,474…6,37 кГц. Она изменяется в зависимости от напряжения питания, которое может быть 3,6 В (3 аккумулятора в кассете питания) и 4,8 В (при 4 аккумуляторах в кассете). В схеме импульсного источника питания были использованы аккумуляторы ENERGIZER типоразмера АА емкостью 2500 мА-ч. Прямоугольные импульсы с выхода 3 МС 555 через ограничивающий резистор R5 подаются на базу транзисторного ключа VT1, нагрузкой которого является дроссель L1 индуктивностью 3 мГн. При резком запирании этого транзистора в дросселе L1 наводится большая ЭДС самоиндукции. Полученные таким образом высоковольтные импульсы поступают на два параллельных выпрямителя с удвоением напряжения, на выходах которых будут два разнополярных напряжения ±4,5…15 В.

Эти напряжения можно регулировать, изменяя скважность выходных импульсов с помощью потенциометра R1. Постоянное напряжение с движка R1 попадает на вывод 5 МС555 и меняет скважность, а следовательно, и выходные напряжение обоих выпрямителей

Выходные напряжения этого источника будут идеально равны только в том случае, когда скважность импульсов генератора будет равна 2 (длительность импульсов равна паузе между ними)

При другой скважности импульсов выходные напряжения источника в точках А и Б будут несколько разниться (до 1…2 В). Столь небольшая разница обеспечивается применением в схеме импульсного источника питания выпрямителей удвоения, конденсаторы которых заряжаются как положительными, так и отрицательными импульсами

Этот недостаток компенсируется простотой и дешевизной схемы.

В этой схеме импульсного источника питания можно использовать дроссели от электронных балластов негодных экономичных ламп дневного света. Разбирая эти лампы, старайтесь не повредить спиральные или U-образные стеклянные трубки, так как они содержат ртуть. Делать это лучше на открытом воздухе. На некоторых дросселях, особенно импортных, нанесена величина индуктивности в мГн (2.8, 2.2, 3.0, 3,6 и т.д.). Входные и выходные напряжения, потребляемый ток и частоты следования импульсов для схемы рис.1 приведены в табл.1.

Использование вывода 5 таймера NE555

Всем известен и широко применяет­ся в радиолюбительских конструк­циях таймер NE555 и его аналоги, на­пример, отечественный КР1006ВИ1. В подавляющем большинстве случаев вывод 5 таймера NE555 оставляют сво­бодным или соединяют с общим прово­дом через блокировочный конденсатор, что в условиях отсутствия помех по питанию не очень нужно. В зарубежных описаниях таймера этот вывод называ­ют по-разному — Cont. Control. Control Voltage, а в отечественных — «Контроль делителя», хотя уместнее было бы пере­вести слово control как «управление».

Внутри таймера NE555 вывод 5 соединен с точкой соединения «верхне­го» и «среднего» резисторов делителя напряжения питания, формирующего пороги срабатывания компараторов и задающего таким образом пределы из­менения напряжения на времязадающем конденсаторе Поэтому, когда вы­вод 5 оставлен свободным, напряжение на нем — 2/3 напряжения питания. Точка соединения «среднего» и «нижнего» резисторов, где напряжение равно 1/3 напряжения питания, внешнего вывода не имеет. Исходя именно из таких поро­гов, в справочниках приведены форму­лы расчёта длительности импульсов и частоты их следования на выходе гене­ратора, собранного на таймере. Однако длительностью и частотой можно управлять, не изменяя ёмкость и сопротивление времязадающих эле­ментов, а лишь подавая внешнее напря­жение на вывод 5 таймера, сдвигая тем самым пороги срабатывания компара­торов. О такой возможности написано в справочных данных таймера, но никаких зависимостей или рекомендаций на эту тому там не приведено. Чтобы воспол­нить этот пробел, были проведены экс­перименты, с результатами которых хочу ознакомить читателей.

На таймере NE555 был собран гене­ратор непрерывных колебаний по схеме, изображенной на рис. 1.

Рис. 1

Если вывод 5 таймера никуда не подключён, коэффи­циент заполнения генерируемых им­пульсов (отношение длительности им­пульсов Т+ к периоду их следования Т) равен 0.5, а частота их следования

При указанных на схеме номиналах элементов F0≈1 кГц.

Внешнее напряжение, поданное на вывод 5, влияет на оба порога Причём верхний порог становится равным это­му напряжению, а нижний — его поло­вине. Если подать на вывод 5 напряже­ние Uупр равное 8 В (2/3 от 12 В), часто­та и коэффициент заполнения останут­ся прежними. Но при других значениях Uупр они изменяются, как показано на рис. 2 (частота) и рис. 3 (коэффициент заполнения).

Рис. 2

Рис. 3

Причём частота, увеличи­ваясь в 3,7 раза при изменении Uупр от 11,5 до 1 В, с дальнейшим его уменьше­нием резко падает. Коэффициент заполнения растёт с 0,06 (Uупр = 1 В) до 0,77 (Uупр = 11,5 В) практически линей­но.

Рис. 4

Другой способ управления состоит в подключении к выводу 5 резистора второй вывод которого соединён с одним из других выводов таймера. Варианты его подключения показаны на рис. 4 а зависимости частоты и коэф­фициента заполнения от — соответ­ственно на рис. 5 и рис. 6. Буквы у кри­вых на этих рисунках совпадают с теми, которыми обозначены варианты под­ключения резистора на рис.4.

Рис. 5

Рис. 6

Как видим, при соединении резисто­ра Rупр с общим проводом и уменьше­нии его сопротивления от 100 кОм до 470 Ом частота растёт в 1,7 раза, а коэффициент заполнения падает в восемь раз. Если соединить резистор с плюсо­вой линией питания, при изменении его сопротивления в тех же пределах часто та уменьшается в 2,2 раза, а коэффици­ент заполнения растёт в 1,5 раза, Наи­большее изменение частоты — в четыре раза достигнуто при соединении рези­стора Rупр с выходом OUT (выводом 3) таймера, При этом коэффициент запол­нения импульсов практически не изме­няется, оставаясь приблизительно рав­ным 0,5. Если подключить резистор Rупр к выходу с открытым коллектором DISCH (выводу 7), кривые зависимос­тей изменения частоты и коэффициента заполнения от сопротивления резисто­ра занимают промежуточные положения между кривыми при его соедине­нии с плюсом питания и с выходом OUT.

Полученные результаты можно рас­пространить и на КМОП-версии тайме­ра — микросхемы LMC555, TS555, ICM7555, КР1441ВИ1. Но следует иметь в виду, что пороговые напряжения в них заданы с помощью делителей напряже­ния из резисторов сопротивлением 100 кОм, а не 5 кОм, как в таймерах NE555. Поэтому для них значения со­противления резистора указанные на рис. 5 и рис. 6, нужно увеличить в 20 раз.