Таймер 555
КУПИТЬ: NE555 Документация Устройства: NE555.pdf
В этой статье мы рассмотрим такую выдающуюся микросхему, как 555-й таймер (обычно обозначается как NE555, но у разных производителей обозначение может быть немного разным). По мере рассказа о ее возможностях и многочисленных способах применения станет понятно, почему она так популярна в мире и почему так знаменита.
Появился этот на первый взгляд очень скромный (всего с 8-ю ножками) электронный компонент в 1970-х годах в одной американской компании. После нескольких усовершенствований эта микросхема стала массовой благодаря простоте ее использования, широкому диапазону питающих напряжений (от 4,5 до 18 В), высокой точности и невысокой цене по сравнению с устройствами аналогичного назначения. С тех пор таймер почти не изменился (внешний вид показан на рис.1) и сохраняет свою внутреннюю схемотехнику почти в первоначальном виде.
1. GND – «земля», подключается к «минусу» источника питания.
2. Trigger. Обозначение контакта в переводе с английского языка означает «запуск». Для того чтобы таймер запустился (выдал одиночный импульс или череду импульсов), на этот контакт подается низкий уровень сигнала (низким для микросхемы считается сигнал с напряжением меньше 1/3 от напряжения питания Vcc). При подаче на этот вход высокого уровня напряжения (больше, чем 2/3 от Vcc) таймер остановится.
3. Output – выход. Именно на этом контакте формируются единичные или прямоугольные импульсы напряжения, которые формирует таймер.
4. Reset – сброс таймера. При подаче на этот вывод низкого уровня напряжения происходит останов таймера и сброс выходного контакта (контакта 3) в состояние низкого (околонулевого) уровня напряжения независимо от того, в каком режиме работает таймер. Чтобы исключить возможность случайного сброса таймера, этот контакт подключают к высокому уровню напряжения (к «плюсу» источника питания).
5. Control voltage – контроль опорного напряжения. Вход является полностью аналоговым. В зависимости от уровня напряжения, подаваемого на этот контакт, можно изменять длительность импульсов независимо от параметров подключаемых к таймеру внешних резисторов и конденсатора (RC цепочки). Используется этот вход достаточно редко, поскольку таймер обычно применяется в цифровых системах, внутри которых непросто получить регулирующий аналоговый сигнал. Если этот контакт не применяется, то для предотвращения помех рекомендуется его подключать через конденсатор небольшой емкости к контакту GND.
6. Threshold – можно перевести с английского как «предел» или «порог». При подаче на этот контакт импульса высокого уровня напряжения (больше, чем 2/3 от Vcc) таймер останавливается. При этом выход таймера (контакт №3) переходит в состояние с низким уровнем напряжения. Этот входной контакт участвует в подключении к внешней RC цепочке для управления режимами работы таймера.
7. Discharge – означает разряд. К этому контакту подключается линия конденсатора внешней RC цепочки. Через этот вход разряжается конденсатор, который задает длительность импульсов, выдаваемых таймером.
8. Vcc – питание. Таймер создан на основе КМОП-логики, поэтому допускает напряжение питания в широких пределах от 4,5 до 18 вольт. Однако, если планируется использовать напряжение выше 5 вольт, рекомендуем изучить документацию на используемый таймер и остальные компоненты электронного устройства, чтобы избежать их повреждения.
Для сборки данной схемы на макетной плате Вам потребуются:
|
Рисунок 3 |
(Rt1 = Rt2 = Rt3 =5 кОм).
Резисторы объединены в последовательную цепь, на которую подано напряжение Vcc. Как известно, напряжение делится пропорционально значению сопротивления на резисторе. Поэтому между Rt1 и Rt2 напряжение будет равно 2/3 от напряжения Vcc, а между Rt2 и Rt3 напряжение составит 1/3 от Vcc. Отсюда и берутся дробные значения напряжений от напряжения питания, которые фигурировали при описании контактов таймера (а так же и некоторых других микросхем).
Рисунок 5
Таймер в режиме генератора непрерывных колебаний
Еще более интересный режим работы таймера — это режим создания непрерывной череды импульсов. Фактически это режим генератора электрических колебаний. С помощью 555-го таймера создавать колебания очень просто и удобно.
На рисунке 6 показано, что и как надо подключить, чтобы на выходе №3 микросхемы пошла череда импульсов.
Для сборки данной схемы на макетной плате Вам потребуются:
|
Рисунок 6 |
Упрощенное объяснение работы схемы:
В начальный момент времени конденсатор разряжен, и на контактах микросхемы № 2 и № 6 присутствует низкий уровень напряжения. Когда на контакте 2 подан низкий уровень напряжения, внутренний триггер переключается и устанавливает на выходе №3 таймера высокий уровень напряжения. Выход №7 разъединяется с линией нулевого напряжения (как в схеме из предыдущего урока), и конденсатор начинает заряжаться через резисторы Rи1 и Rи2. Когда напряжение на конденсаторе достигает 2/3 напряжения питания, то это напряжение попадет и на контакт №6, внутренний триггер снова переключится и напряжение на выходе №3 станет близким к нулю. При этом внутренний ключ таймера соединит контакт №7 с GND («землей»). Конденсатор соединен по схеме с контактом №7 через резистор Rи2, поэтому и он окажется замкнут на «землю», что приведет к его разряду через резистор. Разряжаться конденсатор будет до напряжения, составляющего 1/3 от напряжения питания Vcc. А поскольку конденсатор соединен не только с контактом №6, но еще и с контактом №2, то на входе №2 снова окажется низкий уровень напряжения. Данный факт снова приведет к переключению внутреннего триггера. На выходе №3 микросхемы снова появится высокий уровень и т. д. Соответственно, весь процесс пойдет на новый круг и в дальнейшем появление импульсов будет повторяться постоянно. При этом импульсы будут чередоваться с паузами, в течение которых на выходе будет низкий уровень напряжения. Таким образом, мы получили генератор импульсов, являющийся генератором колебаний. Длительность импульсов зависит от параметров RC цепочки, то есть от величины сопротивления резисторов и емкости конденсатора.
Подробное объяснение работы схемы:
На рисунке 7 показана схема того же самого устройства, что и на рисунке 6. Она нарисована немного по-другому. Дополнительно на этой схеме (рис 7) показаны внутренние компоненты таймера.
Рисунок 7
Пошагово рассмотрим принцип действия такой схемы.
a) Контакт №2 соединяется с конденсатором, который в начальный момент времени разряжен и на его контакте низкий уровень сигнала. В результате сработает компаратор К2 и сформирует высокий уровень на входе S триггера. Логическая 1 на входе S переключит триггер, на инвертирующем выходе которого установится низкий уровень напряжения (логический 0). Напряжение на 6-м контакте также гарантированно меньше 2/3 Vcc, значит компаратор К1 будет в выключенном состоянии (на выходе будет логический 0 — низкий уровень). Соответственно, на входе триггера Reset2 сигнала не будет.
b) После включения триггера с его выхода логический 0 попадет на ключ Тк и на инвертирующий элемент НЕ. Благодаря логическому элементу НЕ на выходе №3 микросхемы установится высокий уровень напряжения. Ключ Тк из-за низкого напряжения на базе закроется, и конденсатор Cи начнёт заряжаться через резисторы Rи1 и Rи2.
c) В процессе заряда конденсатора Си напряжение на нем будет увеличиваться и через некоторое время достигнет уровня до 2/3 Vcc. Это напряжение заставит сработать компаратор К1, и высокое напряжение на его выходе через вход Reset 2 сбросит триггер.
d) Сброс тригерра приведет к появлению на его выходе высокого уровня напряжения, которое откроет ключ Тк и через элемент НЕ обеспечит логический ноль на выходе №3 микросхемы. Так завершится существование первого импульса на выходе 555-го таймера.
e) Из-за открытого ключа Тк конденсатор начинает разряжаться через Rи2. Напряжение по схеме равно напряжению на контактах №2 и №6. Поэтому, как только напряжение на Cи снизится до 1/3 Vcc, снова сработает нижний компаратор, формирующий сигнал на входе S триггера. И это снова запустит шаги a), b), c), d). Генератор колебаний будет работать постоянно.
Происходящие изменения напряжений при работе таймера изображены на временной диаграмме (рисунок 8).
Рисунок 8
Время, на протяжении которого будет присутствовать высокое напряжение на выходе таймера, можно определить с достаточной точностью из выражения:
tи = 0,693·(Rи1 + Rи2)·Cи
А длительность паузы между импульсами можно вычислить по формуле:
tп = 0,693·Rи2·Cи
Для схемы (рисунок 6) при Rи1= 10000 Ом , Rи2 = 50000 Ом и Cи = 0,0000047 Ф, значит
tи = 0,693·(10000 + 50000)·0,0000047 = 0,195 с;
tп = 0,693·50000·0,0000047 = 0,163 с.
Поскольку мы имеем дело с периодическими колебаниями в данной схеме, то период колебаний составит:
T = tи + tп = 0,693·(Rгк1 + 2·Rгк2)·Cгк = 0,163 + 0,195 = 0,358 с.
Частота колебаний в этом случае может быть определенна по формуле:
f=1/T = 1/0,358 = 2,79 Гц
Более подробно изучить микросхему таймера 555, а так же другие микросхемы, собрать различные интересные и полезные устройства на их снове вы сможете с помощью Основного набора Уровня 1 Эвольвектор.
Написать отзыв
Ваше Имя:Ваш отзыв: Внимание: HTML не поддерживается! Используйте обычный текст.
Оценка: Плохо Хорошо
Введите код, указанный на картинке: