Elektronisia laitteita kehitettäessä on usein tarpeen generoida tietyn pituisia pulsseja tai tuottaa suorakaiteen muotoinen signaali tietyllä taajuudella ja tietyllä pituuden ja taukosuhteen kanssa. Kokeneen suunnittelijan ei ole vaikeaa suunnitella tällaista laitetta erillisille digitaalisille elementeille, mutta on kätevämpää käyttää erikoistunutta mikropiiriä tähän tarkoitukseen.
Sisältö
Mikä on NE555-siru ja missä sitä voidaan käyttää
NE555-siru kehitettiin viime vuosisadan 70-luvulla ja on edelleen erittäin suosittu ammattilaisten ja amatöörien keskuudessa. Se on ajastin, joka on suljettu koteloon, jossa on 8 nastaa.Saatavana DIP- tai eri pinta-asennusversioina (SMD).
Mikropiiri sisältää kaksi vertailijaa - ylemmän ja alemman. Niiden tuloihin muodostuu referenssijännite, joka on 2/3 ja 1/3 syöttöjännitteestä. Jakaja muodostuu vastuksista vastus 5 kOhm. Vertailijat ohjaavat RS-kiikkua. Sen lähtöön on kytketty puskurivahvistin ja transistorikytkin. Jokaisella vertailijalla on yksi vapaa tulo, se toimii ulkoisten ohjaussignaalien syöttämisessä. Ylempi komparaattori laukeaa, kun korkea taso ilmaantuu ja kytkee mikropiirin lähdön matalalle tasolle. Alempi "suoja" laskee jännitteen alle 1/3 VCC:n ja asettaa ajastimen lähdön loogiseen yksikköön.
NE555-sirun tärkeimmät ominaisuudet
Eri valmistajien ajastimen ominaisuudet voivat vaihdella pienissä rajoissa, mutta kenelläkään ei ole perustavanlaatuisia poikkeamia (paitsi tuntemattoman alkuperän mikropiirejä, voit odottaa heiltä mitä tahansa):
- Syöttöjännite ilmoitetaan normaalisti välillä +5 - +15 V, vaikka teknisissä tiedoissa on rajat 4,5 ... 18 V.
- Lähtövirta on 200 mA.
- Lähtöjännite on enintään VCC miinus 1,6 V, mutta vähintään 2 V syöttöjännitteen ollessa 5 V.
- Virrankulutus jännitteellä 5 V on enintään 5 mA, 15 V - 13 mA asti.
- Virhe pulssin keston muodostuksessa on enintään 2,25%.
- Suurin toimintataajuus on 500 kHz.
Kaikki parametrit on määritetty +25 °C:n ympäristön lämpötilalle.
Pintojen sijainti ja tarkoitus
Ajastinlähdöt on järjestetty vakiona kotelon rakenteesta riippumatta - nousevassa järjestyksessä avaimesta vastapäivään (ylhäältä katsottuna), 1 - 8. Jokaisella lähdöllä on oma käyttötarkoituksensa:
- GND – laitteen yhteinen virtajohto.
- TRIG - kun käytetään matalaa tasoa, se käynnistää toisen (kaavion mukaan alemman) komparaattorin, jonka ulostuloon ilmestyy looginen yksikkö, joka asettaa sisäisen RS-kiikun arvoon 0. Ulkoinen ajoitus-RC-piiri on kytketty siihen. Se on etusijalla THR:ään nähden.
- OUT - poistu. Signaalin korkea taso on hieman alhaisempi kuin syöttöjännite, matala taso on 0,25 V.
- RESET - nollaa. Huolimatta muiden tulojen signaaleista, jos taso on alhainen, se nollaa lähdön nollaan ja poistaa ajastimen käytöstä.
- CTRL - hallinta. Sen taso on aina 2/3 tehokiskon jännitteestä. Täällä voit käyttää ulkoista signaalia ja moduloida lähtöä sillä.
- THR - kun korkea taso ilmaantuu (yli 2/3 virtalähteestä), ensimmäinen (kaavion mukaan ylin) liipaisin asetetaan arvoon 1 ja sisäinen RS varvastossu menee loogisen yksikön tilaan.
- DIS - aika-asetuskondensaattorin purkaus. Kun korkean tason liipaisin ilmestyy ulostuloon, sisäinen transistori avautuu, tapahtuu nopea purkaus. Ajastin on valmis seuraavaa toimintajaksoa varten.
- VCC – lähtöteho. Se voidaan syöttää jännitteellä 5 - 15 V.
Kuvaus NE555-sirun toimintatiloista
Vaikka ajastimen arkkitehtuuri mahdollistaa sen käytön useissa tiloissa, NE555:lle on kolme tyypillistä toimintatilaa.
Yksi vibraattori (valmiustilassa oleva multivibraattori)
Aloitusasento:
- tulo 2 korkea logiikkataso;
- liipaisimen tuloissa R ja S - nollia;
- liipaisimen lähtö - 1;
- purkauspiirin transistori on auki, kondensaattori C on ohitettu;
- lähtö 3 on taso 0.
Kun nollataso tulee tuloon 2, alempi komparaattori vaihtuu arvoon 1 ja liipaisin käännetään 0:aan. Korkea taso näkyy mikropiirin lähdössä.Samaan aikaan transistori sulkeutuu ja lakkaa shunttamasta kondensaattoria. Se alkaa latautua vastuksen R kautta. Heti kun sen yli oleva jännite saavuttaa 2/3 VCC:stä, ylempi komparaattori toimii, aseta liipaisimen takaisin arvoon 1 ja ajastimen ulostuloksi 0. Transistori kytkeytyy päälle ja purkaa kapasitanssin . Tällöin lähtöön muodostuu positiivinen pulssi, jonka alun määrää ulkoinen signaali sisääntulossa 2 ja päättyminen riippuu kondensaattorin latausajasta, joka lasketaan kaavalla t=1,1⋅R⋅ C.
multivibraattori
Kun virta kytketään, kondensaattori purkautuu, sisääntulossa 2 (ja 6) logiikka 0, ajastimen 1 lähdöstä (tämä prosessi on kuvattu edellisessä osassa). Kun kapasitanssi on ladattu R1:n ja R2:n kautta tasolle 2/3 VCC, korkea taso tulossa 6 kääntää lähdön 3 nollaan ja purkaustransistori kytkeytyy päälle. Mutta kondensaattoria ei pureta suoraan, vaan R2:n kautta. Tämän seurauksena piiri tulee alkuperäiseen asentoonsa ja sykli toistuu yhä uudelleen. Prosessin kuvauksesta näkyy, että latausaika määräytyy resistanssien R1, R2 ja kondensaattorin kapasitanssin summalla ja purkausajan R1 ja C. R1:n ja R2:n sijaan voit laittaa muuttuvia vastuksia ja ohjata nopeasti pulssien taajuutta ja käyttösuhdetta. Laskentakaavat:
- pulssin kesto t1=0,693⋅(R1+R2)⋅C;
- tauon kesto t2=0,693⋅R2⋅C;
- pulssin toistotaajuus f=1/(0,693(R1+2⋅R2)⋅C.
Taukoaika ei voi ylittää pulssiaikaa. Tämän rajoituksen kiertämiseksi purkaus- ja latauspiirit erotetaan sisällyttämällä piiriin diodi (katodi nastaan 6, anodi nastaan 7).
Schmittin laukaisin
555-sirulle voit rakentaa Schmitt-laukaisimen.Tämä laite muuntaa hitaasti muuttuvan signaalin (siniaalto, sahahammas jne.) neliöaaltoksi. Tässä ajastuspiirejä ei käytetä, signaali syötetään tuloihin 2 ja 6, jotka on kytketty toisiinsa. Kun 2/3 VCC:n kynnys saavutetaan, lähtöjännite vaihtuu äkillisesti arvoon 1, kun se putoaa tasolle 1/3, se myös laskee äkillisesti nollaan. Epäselvyysalue on 1/3 syöttöjännitteestä.
Hyödyt ja haitat
NE555-sirun tärkein etu on sen helppokäyttöisyys - piirin rakentamiseen riittää pieni sidos, joka soveltuu hyvin laskemiseen. Samaan aikaan laitteen hinta on alhainen.
Ajastimen suurin haittapuoli on pulssin keston selvä riippuvuus syöttöjännitteestä. Tämä johtuu siitä, että yksittäisen vibraattorin tai multivibraattoripiirin kondensaattoria ladataan vastuksen (tai kahden) kautta ja vastuksen ylempi liitin on kytketty syöttöväylään. Resistanssin läpi kulkevan virran muodostaa jännite VCC - mitä suurempi se on, sitä suurempi virta, sitä nopeammin kondensaattori latautuu, mitä aikaisemmin komparaattori toimii, sitä lyhyempi on generoitu aikaväli. Jostain tuntemattomasta syystä tätä hetkeä ei ole teknisessä dokumentaatiossa, mutta se on kehittäjien tiedossa.
Toinen ajastimen haittapuoli on, että komparaattorien kynnysjännitteet muodostuvat sisäisistä jakajista, eikä niitä voida säätää. Tämä rajoittaa NE555:n sovellusmahdollisuuksia.
Ja vielä yksi epämiellyttävä ominaisuus. Pääteasteen rakentamisen push-pull -mallin yhteydessä kytkentähetkellä (kun ylempi transistori on jo auki ja alempi ei ole vielä kiinni, tai päinvastoin) on läpivirtauspulssi. Sen kesto on lyhyt, mutta se johtaa mikropiirin lisäkuumenemiseen ja aiheuttaa häiriöitä tehopiireihin.
Mitkä ovat analogit
Ajastimen olemassaolon aikana on kehitetty ja vapautettu suuri määrä klooneja. Niitä valmistavat eri yritykset, mutta niiden kaikkien nimessä on numero 555. Analogeja valmistavien tehtaiden joukossa on sekä suosittuja elektroniikkakomponenttien valmistajia että tuntemattomia valmistajia Kaakkois-Aasiasta. Jos edellinen antaa ilmoitetut parametrit, jälkimmäiseltä ei pitäisi odottaa takeita. Poikkeamat ilmoitetuista ominaisuuksista voivat olla suuria.
Neuvostoliitossa kehitettiin samanlainen ajastin KR1006VI1. Sen toiminnallisuus on täsmälleen sama kuin alkuperäinen, yhtä poikkeusta lukuun ottamatta: sen lähtö 2 on etusijalla lähtöön 6 (eikä päinvastoin, kuten NE555). Tämä on otettava huomioon suunnitelmia suunniteltaessa. Ja vielä yksi asia: КР-indeksi tarkoittaa, että mikropiiri tuotetaan vain DIP8-paketissa.
Esimerkkejä käytännön käytöstä
Ajastimen käytännön sovellusalue on laaja, tämän katsauksen puitteissa aihetta ei ole mahdollista kattaa kokonaan. Mutta yleisimpiä esimerkkejä kannattaa harkita.
Yhden vibraattorin tilassa useille mikropiireille on mahdollista rakentaa koodilukko aikarajoituksella koodin valitsemiselle. Toinen tapa on käyttää sitä merkinantolaitteena kynnystason saavuttamiseksi (valaistusvoimakkuus, säiliön täyttötaso jne.) eri antureiden yhteydessä.
Multivibraattoritilassa (astable mode) ajastin löytää laajimman sovelluksen. Useampaan ajastimeen voit rakentaa seppelekytkimen, jossa on erillinen välähdystaajuuden, kellonajan ja taukoajan säätö.NE555:tä voidaan käyttää aikareleen pohjana ja muodostaa kuluttajan päällekytkentäaika 1 - 25 sekuntia. Voit rakentaa metronomin muusikolle. Tämä on eniten käytetty sirutila, eikä kaikkia sovelluksia voi kuvata.
Schmitt-laukaisimena ajastinta käytetään harvoin. Mutta bistabiilissa tilassa ilman taajuuden asetuselementtejä NE555:tä käytetään debouncerina tai kahden painikkeen kytkimenä start-stop-tilassa. Itse asiassa vain sisäänrakennettua RS-kiikkua käytetään. On myös tunnettua rakentaa ajastimeen perustuva PWM-ohjain.
On olemassa kokoelma piirejä, jotka kuvaavat erilaisia NE555-ajastimen sovelluksia. Ne kuvaavat tuhansia tapoja käyttää sirua. Mutta tämäkään ei ehkä riitä suunnittelijan uteliaalle mielelle, ja hän löytää ajastimelle lisäkäytön, jota ei ole vielä kuvattu missään. Mikropiirin kehittäjien asettamat mahdollisuudet mahdollistavat tämän.
Samanlaisia artikkeleita:
