NE555 | Таймер 555





Микросхема NE555, называемая таймер 555 или программируемый таймер, является одной из наиболее распространенных и продаваемых микросхем в мире. Она успешно выпускается и применяется уже более 40 лет! Серийное производство таймера 555 началось с 1971 года.

Эта микросхема завоевала высокую популярность благодаря тому, что с ее помощью можно формировать прямоугольные импульсы разной длительности, т. е. частоты, и скважности, параметры которых задаются с помощью внешних конденсаторов и резисторов (поэтому и называют 555 микросхему программируемым таймером), так называемой RC-цепи, подключаемой к определенным выводам микросхемы.

Таймер 555 применяется всюду, где необходимо формировать временные интервалы, например, в генераторах, таймерах, электронных реле времени, автоматах уличного освещения, сиренах сигнализаций и прочее.

Еще одним несомненным и очень важным преимуществом данной микросхемы является ее низкая стоимость. При покупке от 20 штук цена за одну единицу составляет мене 5 центов!

Выпускаются микросхемы в DIP (рис. 1) и SOIC (рис. 2) корпусах. SOIC используются для поверхностного монтажа. Мы же будем применять в DIP корпусе, поскольку он легко устанавливается в макетную плату.

NE555. Внешний вид в DIP корпусе

Рис. 1 – Внешний вид NE555 в DIP корпусе

Таймер 555 в SOIC корпусе

Рис. 2 – Внешний вид NE555 в SOIC корпусе

Таймер 555 имеет 8 выводов, назначение которых мы постепенно изучим далее.

Выпускаются также и сдвоенные таймеры в 14-ти выводном корпусе. Обозначается такая микросхема NE556 (рис. 3).

NE556. Внешний вид

Рис. 3 – Внешний вид NE556

Буквы, стоящие перед цифрами, обозначают производителя, поэтому тип микросхемы характеризуют лишь три цифры – 555. Отечественные производители таких микросхем имеют иное обозначение, но на нем мы останавливаться не будем, поскольку найти рассматриваемый таймер 555 гораздо проще, чем отечественный.

Назначение выводов NE555

Прежде, чем изучать принцип работы данной микросхемы, нужно определить где у нее 1-й вывод и последний. Для этого любой корпус микросхемы имеет, как минимум, один, так называемый ключ. Он выглядит как точка или насечка в виде полукруга (рис. 4). Точка наносится на корпус как раз возле 1-й ножки, а отсчет остальных продолжается против часовой стрелки. Если ключом служит насечка в виде полукруга, то корпус нужно расположить так, чтобы насечка находилась слева, тогда первый нижний вывод и будет 1-й ножкой.

Назначение выводов NE555

Рис. 4 – Назначение выводов NE555

Микросхема NE555, как и любая другая, требует питания. Данная микросхема питается постоянным напряжением в диапазоне от 5 В до 15 В. Плюс «+» источника питания подается на 8-ю ножку, а минус «-» на 1-ю. Для стабильной работы микросхемы рекомендуется между выводами 1 и 8 подключить электролитический конденсатор емкостью от 100 мкФ (рис. 5). Он будет служить защитой от перенапряжений при включении-отключении источника питания, а также от некоторых помех.

Схема подключения таймера 555 в режиме одновибратора

Рис. 5 – Схема подключения таймера 555 в режиме одновибратора

И так, с назначением двух выводов мы разобрались, осталось изучить назначение еще 6-ти выводов.

Что облегчить визуальное восприятие схемы уберем все остальные элементы, кроме тех, которые подсоединены к выводам 1, 2, 3 и 8 (рис. 6), но помним, схема не будет работать без отсутствующих элементов. Позже мы их вернем на место.

Схема подключения некоторых выводов таймера 555

Рис. 6 – Подключение выводов 1, 2, 3, и 8 микросхемы NE555

Для запуска таймера, необходимо на 2-й вывод, называемый «запуск», подать напряжение от 0 до величины, которая меньше 1/3 от входного, т. е. при напряжении между выводами 1 и 8, равном 12 В, для запуска таймера на выводе 2 необходимо иметь ≤ 4 В. А если напряжение питания 15 В, то на «ножке» 2 должно быть не более 5 В и т. д. Величину напряжения, при которой срабатывает таймер, можно отрегулировать с помощью переменного резистора R2.

Как только будет подан сигнал на вывод 2, путем замыкания кнопки К1, на выводе 3, который называется «выход», будет появляться прямоугольный сигнал определенной длительности, а мы увидим, как в течение этого времени будет светиться светодиод VD1.

В дальнейшем переменный резистор R2 можно убрать (рис. 7). Для нас он служил только в учебных целях и в последующих схемах не потребуется.

Схема подключения NE555 без переменного резистора

Рис. 7 – Схема подключения NE555 без переменного резистора

Выводы 6 и 7 называются «порог» и «разряд» соответственно. К ним подключаются резистор и конденсатор, параметры которых определяют время длительности импульса на 3-м выводе.

Некоторые производители таймера 555 рекомендуют применять резистор R2 сопротивлением в диапазоне от 1 кОм до 1 МОм.

Частота работы таймера 555

Для расчета длительности выходного сигнала tвс можно воспользоваться упрощенной формулой, точности которой нам будет вполне достаточно:

tвс = 0,0011RC,

где R – сопротивление резистора, кОм;

С – емкость конденсатора, мкФ.

Например, если нужно получить длительность импульса равную приблизительно 1 с, то понадобится резистор с сопротивлением R = 22 кОм и конденсатор емкостью C = 47 мкФ. Такую же длительность импульса можно получить, если увеличить сопротивление в 10 раз и снизить емкость в такое же число раз, т.е. R = 220 кОм, С = 4,7 мкФ.

Таким образом, задаваясь временем длительности импульса и сопротивлением имеющегося резистора мы находим нужную емкость. Или наоборот, при наличии конденсатора определенной емкости, находим сопротивление резистора.

При срабатывании таймера величина напряжения на выводе 3 («выход») будет почти равна величине напряжения питания, которое подается на выводы 1 и 8. Это значит, что при питании микросхемы от 12 В, в случае срабатывания таймера, на 3 ножке будет почти 12 В. Если питание 5 В, — то почти 5 В и т. п.

По умолчанию, естественно, при поданном напряжении, в моменты паузы между импульсами, на выводе 3 напряжение почти равно нулю.

Сброс таймера 555

Теперь рассмотрим назначение вывода 4. Он называется «сброс». Когда таймер сработал, то загорается светодиод VD1. Время его свечения, как мы уже знаем, определяется величиной сопротивления резистора R3 и емкостью конденсатора C2. При заданных параметрах длительность импульса составляет 3,3 с. Замыкание контактов кнопки K2 приведет к тому, что светодиод мгновенно погаснет не дожидаясь окончания длительности импульса.

К ножке 4 подсоединен резистор R4, который называется подтягивающим, поскольку с помощью него подтягивается положительный потенциал источника питания в точку соединения резистора с выводом микросхемы. Также в эту точку подключен контакт кнопки K2, при нажатии которой на 4 вывод подается минус источника питания и происходит сброс таймера. Обратите внимание, что подтянуть плюс источника питания к 4-й ножке можно и без применения резистора R4, однако в случае его отсутствия при нажатии кнопки K2 произойдет короткое замыкание источника питания. Поэтому резистор R4 служит еще и для защиты от короткого замыкания. Сопротивление его, как правило, составляет 10 кОм.

Осталось рассмотреть назначение одного вывода под номером 5, который называется «Управляющее напряжение». В рассматриваемой схеме мы задействовать этот вывод не будем, а заметим лишь то, что подавая на него напряжение можно регулировать чувствительность таймера. Во избегания различного рода наводок 5 вывод соединяют чрез конденсатор C3, емкость 0,1 мкФ, с минусом источника питания.

И так, с назначение всех выводов таймера 555 мы разобрались, теперь давайте заглянем внутрь таймера и более подробно рассмотрим его принцип действия.

Принцип работы таймера 555 в режиме одновибратора

Упрощенно «внутренности» таймера 555 (рис. 8) можно представить в виде двух компараторов К1 и К2, одного триггера ТГ и трех резисторов R1…R3. Последние образуют делитель напряжения, подведенное к выводам 1 и 8. Компаратор выполняет сравнивание двух величин напряжения, подаваемых на его входы, и, в зависимости от их соотношения, выдает соответствующий сигнал, который управляет триггером ТГ.

Принцип работы таймера 555

Рис. 8 – Упрощенная структура таймера 555

Триггер выполняет функцию переключателя с двумя фиксированными положениями. Изначально, как только на микросхему подано напряжение, внутренний переключатель триггера ТГ занимает верхнее по чертежу положение. В результате чего на 3-ю «ножку» таймера будет подан минус источника питания; точка соединения резистора R4 с конденсатором С1 через 7-ю «ножку» подключится к минусу, поэтому конденсатор не может заряжаться от плюса напряжения, приложенного к выводам 1 и 8.

Как только величина напряжения на 2-м выводе будет менее 1/3 от поданного напряжения, сработает компаратор К1. По его сигналу переключатель триггера займет нижнее по схеме положение. В этот момент времени происходит следующее: 3-й вывод сообщается с плюсом источника питания, а 7-й вывод – отключается от минуса, благодаря последнему, конденсатор С1 заряжается от «+» через резистор R4. Также возникает положительный импульс на 3-выводе микросхемы.

При достижении на конденсаторе 2/3 величины от всего напряжения, срабатывает компаратор К2 и по его команде переключатель триггера займет верхнее по схеме положение. Параллельно протекают следующие процессы: 3-й вывод получает плюс источника питания; 7-й вывод, называемый «разряд», отключается от «-».

Для того, чтобы снова запустить таймер, нужно подать на 2-й вывод напряжение, величина которого меньше 1/3 от напряжения источника питания либо кратковременно замкнуть ключ К1 (см. рис. 7) на минус источника питания. Поэтому такой режим работы таймера называют ждущим одновибратором, поскольку он требует повторной подачи сигнала для очередного запуска таймера.

Генератор импульсов на NE555

Кроме одиночных импульсов NE555 может непрерывно генерировать импульсы, т. е. выполнять функцию генератора импульсов. Высокой точности частоты с помощью такой микросхемы получить не удастся ввиду некоторых допустимых отклонений от номинальных значений конденсаторов и резисторов. Однако такая точность, для рассматриваемых вариантом схем, и не нужна.

В отличие от предыдущей схемы (см. рис. 7) в данной схеме (рис. 9) перемычка между выводами 6 и 7 заменена резистором R2, а также 2-й вывод соединен с 6-м с помощью перемычки. Теперь второй вывод управляется конденсатором С2, который постоянно перезаряжается.

Схема подключения таймера 555 в автоколебательном режиме

Рис. 9 – Схема подключения таймера 555 в автоколебательном режиме

Такой режим работы таймера называется режимом автоколебаний, а частота определяется с помощью следующего выражения:

f = 1440/((R1+2R2)C2) [Гц],

R1, R2 – сопротивление резисторов в кОм;

C2 – емкость конденсатора в мкФ.

Если подобрать сопротивление резисторов R1, R2 и емкость конденсатора С1 таким образом, чтобы частота автоколебаний составляла от 20 Гц до 20 кГц, то, заменив светодиод VD1 на маломощный динамик D (рис. 10), мы услышим его гул соответствующей частоты. И в дальнейшем, путем изменения параметров рассматриваемых элементов, можно получить различную частоту звучания динамика.

Схема подключения динамика к NE555

Рис. 10 – Схема подключения динамика к NE555

Теперь давайте снова заглянем внутрь микросхемы (рис. 11) и более детально изучим процессы, протекающие в ней при автоколебательном режиме работы таймера.

Принцип работы NE555

Рис. 11 – Принцип работы таймера 555 в атоколебательном режиме

В начальный момент времени, когда только подано напряжение от источника питания на выводы 1 и 8, конденсатор С1 разряжен, а на 6-м и 2-м выводах присутствует «0», который заставляет сработать компаратор К1 и перевести триггер ТГ в нижнее положение. При этом вывод 7 разобщается с минусом, а конденсатор С1 начинает заряжаться через резистор R4 и R5. Одновременно с этим на 3-й ножке микросхемы возникнет положительный импульс.

Как только напряжение на конденсаторе С1 достигает 2/3 величины напряжения источника питания, срабатывает компаратор К2 и дает команду триггеру ТГ переключится в верхнее положение. Далее происходит следующее: 7-й вывод сообщается с минусом и конденсатор С1 начинает разряжаться; на 3-м выводе импульс сменится паузой. Когда конденсатор разрядится до величины напряжения, равной 1/3 от номинального значения, сработает компаратор К1 и переключить триггер в нижнее положение. Далее все повторится снова.

Обратите внимание, что конденсатор С1 заряжается через два резистора R4 и R5, а разряжается только через один резистор R5. Поэтому длительность импульса будет несколько превышать длительность паузы. Чтобы выровнять их длительности достаточно взять одинаковые номиналы обеих резисторов и резистор R5 шунтировать диодом VD1 в обратном направлении (рис. 12). В этой схеме заряд конденсатора С1 будет происходить через резистор R4 и диод VD1, а разряд через R5.

Схема генератора импульсов на NE555

Рис. 12 – Схема генератора импульсов на NE555

Управление несколькими таймерами 555

С помощью одного таймера можно управлять другим или несколькими. Первый таймер будет ведущий, а остальные ведомые. Управляющий сигнал с ведущего таймера снимается с его 3-го вывод и подается на один из выводов 2, 5 или 8 ведомого таймера.

В схеме, приведенной на рис. 13, оба таймера работают в режиме автоколебаний, но с различной частотой. Частота первого таймера приблизительно 1,5 Гц, а второго 700 Гц. Когда на 3-м выводе 1-й микросхемы будет положительный импульс, он запитает 2-й таймер путем подачи напряжения на его 8-й вывод, т. е. первый таймер буде служить как бы источником питания второго.

Схема будет работать таким образом, что звуки из динамика будут прерывистыми, а частота их повторений определяется 1-м таймером и равна 1,5 Гц.

Схема соединения двух NE555

Рис. 13 – Схема соединения двух NE555

Второй вариант схемы (рис. 14) с применением двух NE555, как по мне, более интересен. В ней управляющий сигнал с 3-го вывода 1-й микросхемы подается через сопротивление резистора R7 непосредственно на 5-й вывод второго таймера 555. Если собрать данную схему, то мы услышим звук сирены сигнализации.

Схема соединения двух таймеров 555

Рис. 14 – Схема соединения двух таймеров 555 через управляющее напряжение

Рабочий диапазон напряжения данной схемы от 5 В до 15 В, при этом частота работы таймера останется неизменной, только снизится громкость звука в динамике по мере снижения напряжения.

В схемах, приведенных на рис. 13 и 14, вместо двух NE555 можно применить одну микросхему NE556.



Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *