Интегральный таймер NE555 - история, устройство и приницип работы. Разнообразие простых схем на NE555

В предыдущей заметке, посвященной электронике, мы познакомились с довольно простой интегральной схемой, счетчиком 4026 . Чип, о котором речь пойдет в этом посте, существенно интереснее, как минимум, потому что он может выполнять не одну-единственную функцию, а сразу несколько. Более того, с его помощью мы наконец-то научимся не только мигать светодиодами, но и генерировать звуки. Название чипа — таймер 555.

Как работает таймер 555

Я видел разные объяснения того, как работает данная микросхема. Но лучшее, как мне кажется, приводится во всей той же книге Чарьза Платта . Платт предлагает представить, что внутри микросхемы как бы спрятан виртуальный переключатель:

Ножки 1 и 8 просто подключаются к питанию. Про ножку 5 (control) можно пока забыть, потому что она редко используется и обычно подключается к земле. Притом, через конденсатор небольшой емкости, чтобы предотвратить помехи. Зачем она на самом деле нужна, будет объяснено чуть позже.

Упомянутый переключатель изображен на картинке зеленым цветом. В исходном состоянии он подключает выходы 3 и 7 к земле. Когда напряжение на ножке 2 (trigger) падает до 1/3 напряжения питания, это замечает компаратор A (тоже виртуальный, понятное дело) и опускает переключатель вниз. В этом состоянии выход 3 становится подключен к плюсу, а выход 7 разомкнут. Когда напряжение на ножке 6 (threshold) вырастает до 2/3 напряжения питания, это замечает компаратор B и поднимает переключатель вверх. Собственно, ножка 5 (control) нужна для того, чтобы вместо 2/3 выбирать какое-то другое значение. Наконец, понизив напряжение на ножке 4 (reset), можно вернуть микросхему в исходное состояние.

Чтобы понять, почему же таймер 555 называется «таймером», рассмотрим три режима его работы.

Моностабильный режим (monostable mode)

Также иногда называется режимом одновибратора. Ниже изображена схема использования чипа в этом режиме:

Заметьте, что, как это часто бывает, расположение ножек чипа на схеме не совпадает с их физическим расположением. На этой и следующих схемах не указано напряжение источника питания, так как его можно менять в некотором диапазоне. Лично я проверял работоспособность схем при напряжении от 3 до 6 В. На всех схемах есть конденсатор емкостью 100 мкФ, подключенный параллельно нагрузке. Как нам с вами уже известно, он играет роль сглаживающего фильтра . На двух схемах из трех ножка 5 (control) подключена к керамическому конденсатору на 100 нФ. Почему так сделано, уже было рассказано выше. Это что общего у всех схем. Теперь поговорим о различиях.

Fun fact! Согласно спецификации, таймер 555 не рассчитан на работу при напряжении менее 4.5 В. Однако на практике он не так уж плохо работает и при напряжении 3 В.

Итак, что здесь происходит. В исходном состоянии светодиод не горит. При нажатии на кнопку, подключенную к ножке 2 (trigger), светодиод загорается примерно на 2.5 секунды, а затем гаснет. Если в то время, когда светодиод горит, нажать на кнопку, подключенную к ножке 4 (reset), светодиод тут же погаснет, до истечения времени.

Как это работает? Обратите внимание на правую часть схемы. В начальный момент времени вывод 7 подключен к минусу, поэтому ток идет через резистор прямо на него, не доходя до конденсатора внизу схемы. Вывод 3 (out) также подключен к минусу, поэтому ток через светодиод не идет и, соответственно, он не горит. При нажатии на копку, подключенную к выводу 2 (trigger), вывод 7 начинает ни к чему не вести, а вывод 3 подключается к плюсу. В итоге ток идет на светодиод и он зажигается. Кроме того, начинает заряжаться конденсатор внизу схемы. Когда конденсатор достигает 2/3 напряжения питания, таймер видит это через вывод 6 (threshold) и возвращает чип в исходное состояние. В итоге светодиод гаснет, а конденсатор полностью разряжается. Пользователь может преждевременно вернуть чип в исходное состояние, нажав вторую кнопку.

Время, в течение которого светодиод горит, можно регулировать при помощи емкости конденсатора и сопротивления резистора по следующей формуле:

>>> import math
>>> R = 100 * 1000
>>> C = 22 / 1000 / 1000
>>> T = math.log(3) * R * C
>>> T
2.4169470350698417

Здесь R — сопротивление резистора в омах, C — емкость конденсатора в фарадах, а T — время горения светодиода в секундах. Учтите однако, что на практике характеристики всех элементов определяются с некоторой погрешностью. Для резисторов, например, она типично составляет либо 5% (золотая полоска), либо 10% (серебряная полоска).

Автоколебательный режим (astable mode)

Соответствующая схема:

Что здесь происходит? Светодиод просто мигает с частотой около 3-х раз в секунду. Никаких кнопок или иного интерактива не предусмотрено.

Как это работает. Благодаря тому, что изначально вывод 7 (discharge) подает низкое напряжение и подключен к выводу 2 (trigger) через резистор сопротивлением 10 кОм, чип тут же переключается в свое «нижнее» состояние. Светодиод загорается, а конденсатор внизу схемы начинает заряжаться через два резистора справа. Когда напряжение на конденсаторе достигает 2/3 полного напряжения, чип видит это через вывод 6 (threshold) и переключается в «верхнее» состояние. Конденсатор начинает разряжаться через вывод 7 (discharge), но делает это медленнее, чем в предыдущей схеме, так как на сей раз он разряжается через резистор сопротивлением 10 кОм. Когда напряжение на конденсаторе падает до 1/3 полного напряжения, чип видит это через вывод 2 (trigger). В результате он снова переходит в «нижнее» состояние и процесс повторяется.

То, как будет мигать светодиод, можно определить по формулам:

>>> import math
>>> C = 22 / 1000 / 1000
>>> R1 = 1 * 1000
>>> R2 = 10 * 1000
>>> H = math.log(2) * C * (R1 + R2)
>>> H
0.16774161769550675
>>> L = math.log(2) * C * R2
>>> L
0.15249237972318797
>>> F = 1 / (H + L)
>>> F
3.1227165387207

Здесь F — частота миганий в герцах, H — время в секундах, в течение которого светодиод горит, а L — время в секундах, в течение которого светодиод не горит. Интересно, что параллельно с резистором R2 можно подключить диод, тем самым заставив конденсатор заряжаться только через R1, а разряжаться, как и раньше, через R2. Таким образом, можно добиться полной независимости времени H от времени L и наоборот.

Fun fact! Подключив в этой схеме вместо светодиода динамик или пьезо-пищалку, а также выбрав C равным 100 нФ или 47 нФ, можно насладиться звуком с частотой 687 Гц или 1462 Гц соответственно. На самом деле, это далеко не чистый звук определенной частоты, так как чип 555 генерирует прямоугольный сигнал, а для чистого звука нужна синусоида. Почувствовать разницу между прямоугольным и синусоидальным сигналом проще всего в Audacity, сказав Generate → Tone. Заметьте, что можно регулировать R2, а следовательно и частоту звука, заменив соответствующий резистор на потенциометр. Кроме того, резистор, подключенный последовательно с динамиком или пьезо-пищалкой, можно также заменить на потенциометр и регулировать с его помощью громкость. Наконец, к выводу 5 (control) вместо конденсатора также можно подключить потенциометр и с его помощью более тонко подогнать частоту сигнала.

Бистабильный режим (bistable mode)

И, наконец, схема бистабильного режима:

Что происходит. Изначально светодиод не горит. При нажатии на кнопку, подключенную к ножке 2 (trigger) он загорается и горит бесконечно долго. При нажатии на другую кнопку, подключенную к ножке 4 (reset), светодиод гаснет. То есть, получилось что-то вроде кнопок «включить» и «выключить».

Как это работает. Режим похож на моностабильный (первый рассмотренный), только нет никакого конденсатора, который мог бы вернуть чип из «нижнего» состояния обратно в «верхний». Вместо этого вывод 6 (threshold) подключен напрямую к земле, а выводы 5 (control) и 7 (discharge) вообще ни к чему не подключены. В данном случае это нормально, так как подача любого сигнала на эти выводы все равно будет игнорироваться. В общем и целом, это тот же моностабильный режим, только чип не меняет свое состояние автоматически. Изменить состояние может только пользователь, явно подав низкое напряжение на вывод 2 (trigger) или 4 (reset).

Заключение

Согласитесь, это было не так уж и сложно! На следующем фото изображены все описанные выше режимы, собранные на макетной плате:

Слева направо — моностабильный, автоколебательный и бистабильный режимы. Вариант, где автоколебательный режим используется с динамиком и двумя потенциометрами, выглядит куда более впечатляюще, но менее наглядно, поэтому здесь я его не привожу.

Исходники приведенных выше схем, созданных в gschem, вы найдете . Кое-какие дополнительные сведения можно найти в статье 555 timer IC на Википедии, а также далее по ссылкам.

Как всегда, буду рад вашим вопросам и дополнениям. А часто ли вам приходится использовать таймер 555?

Fun fact! Есть энтузиасты, которые делают на таймере 555 совершенно сумасшедшие вещи. Например, при сильном желании на его основе можно делать операционные усилители или логические вентили, а следовательно, теоретически, и целые процессоры. Подробности можно найти, например, в посте You Know You Can Do That with a 555 на сайте hackaday.com.

Дополнение: Вас также могут заинтересовать посты

При современном развитии электроники в Китае, купить, кажется, можно все, что душе угодно: начиная от домашних кинотеатров и компьютеров и заканчивая такими простейшими изделиями, как электрические розетки и вилки.

Где-то между ними находятся , мигающие елочные гирлянды, часы с термометрами, регуляторы мощности, терморегуляторы, фотореле и многое другое. Как говорил великий сатирик Аркадий Райкин в монологе про дефицит: «Пусть все будет, но пусть чего-то не хватает!» В общем, не хватает как раз того, что входит в «репертуар» простых радиолюбительских конструкций.

Несмотря на такую конкуренцию со стороны китайской промышленности, интерес самодеятельных конструкторов к этим простым конструкциям не потерян до сих пор. Они продолжают разрабатываться и в ряде случаев находят достойное применение в устройствах малой домашней автоматизации. Многие из этих устройств появились на свет благодаря (отечественный аналог КР1006ВИ1).

Это уже упомянутые фотореле, различные простые системы сигнализации, преобразователи напряжения, ШИМ - регуляторы двигателей постоянного тока и многое другое. Далее будут описаны несколько практических конструкций, доступных для повторения в домашних условиях.

Фотореле на таймере 555

Фотореле, показанное на рисунке 1, предназначено для управления освещением.

Рисунок 1.

Алгоритм управления традиционный: вечером при снижении освещенности лампочка включается. Выключение лампочки происходит утром, когда освещенность достигнет нормального уровня. Схема состоит из трех узлов: измеритель освещенности, узел включения нагрузки и блок питания. Описание работы схемы лучше начать задом - наперед, - блок питания, узел включения нагрузки и измеритель освещенности.

Блок питания

В подобных конструкциях, как раз тот самый случай, когда резонно применить, нарушая все рекомендации техники безопасности, блок питания, не имеющий гальванической развязки от сети. На вопрос, почему такое возможно, ответ будет таков: после настройки устройства никто в него не полезет, все будет находиться в изолирующем корпусе.

Наружных регулировок тоже не предвидится, после настройки останется только закрыть крышку и повесить готовое на место, пусть себе работает. Конечно, если есть необходимость, то единственную настройку «чувствительность», можно вывести наружу при помощи длинной пластмассовой трубки.

В процессе настройки безопасность можно обеспечить двумя путями. Либо воспользоваться развязывающим трансформатором () либо запитать устройство от лабораторного блока питания. При этом сетевое напряжение и лампочку можно не подключать, а срабатывание фотоэлемента контролировать по светодиоду LED1.

Схема блока питания достаточно проста. Она представляет мостовой выпрямитель Br1 с гасящим конденсатором C2 на переменное напряжение не менее 400В. Резистор R5 предназначен для сглаживания броска тока через конденсатор C14 (500,0мкФ * 50В) при включении устройства, а также «по совместительству» является предохранителем.

Стабилитрон D1 предназначен для стабилизации напряжения на C14. В качестве стабилитрона подойдет 1N4467 или 1N5022A. Для выпрямителя Br1 вполне подойдут диоды 1N4407 или любой маломощный мост, с обратным напряжением 400В и выпрямленным током не менее 500мА.

Конденсатор C2 следует зашунтировать резистором сопротивлением около 1МОм (на схеме не показан), чтобы после отключения устройства не «щелкало» током: убить, конечно, не убьет, но все же достаточно чувствительно и неприятно.

Узел включения нагрузки

Выполнен с применением специализированной микросхемы КР1182ПМ1А, которая позволяет сделать немало полезных устройств. В данном случае она используется для управления симистором КУ208Г. Лучшие результаты дает импортный «аналог» BT139 - 600: ток нагрузки 16А при обратном напряжении 600В, а ток управляющего электрода намного меньше, чем у КУ208Г (иногда КУ208Г приходится подбирать по этому показателю). BT139 способен выдерживать импульсные перегрузки до 240А, что делает его исключительно надежным при работе в различных устройствах.

Если BT139 установлен на радиаторе, то коммутируемая мощность может достигать 1КВт, без радиатора допустимо управление нагрузкой до 400Вт. В том случае, когда мощность лампочки не превышает 150Вт, можно вполне обойтись без симистора. Для этого правый по схеме вывод лампы La1 следует присоединить непосредственно в выводам 14, 15 микросхемы, а резистор R3 и симистор T1 из схемы исключить.

Поехали дальше. Микросхема КР1182ПМ1А управляется через выводы 5 и 6: когда они замкнуты лампа погашена. Тут может быть обычный контактный выключатель, правда, работающий наоборот, - выключатель замкнут, а лампа погашена. Так намного проще запомнить эту «логику».

Если этот контакт разомкнуть, то начинает заряжаться конденсатор C13 и, по мере возрастания напряжения на нем, плавно возрастает яркость свечения лампы. Для ламп накаливания это очень актуально, поскольку увеличивает срок их службы.

Подбором резистора R4 можно регулировать степень заряда конденсатора C13 и яркость свечения лампы. В случае использования энергосберегающих ламп конденсатор C13 можно не ставить, как собственно и саму КР1182ПМ1А. Но об этом будет сказано ниже.

Теперь приближаемся к главному. Вместо реле, просто из стремления избавиться от контактов, управление было поручено транзисторному оптрону АОТ128, который с успехом можно заменить импортным «аналогом» 4N35, правда, при такой замене номинал резистора R6 следует увеличить до 800КОм…1МОм, поскольку при 100КОм импортный 4N35 работать не будет. Проверено практикой!

Если транзистор оптрона будет открыт, его переход К-Э, подобно контакту, замкнет выводы 5 и 6 микросхемы КР1182ПМ1А и лампа будет выключена. Чтобы открыть этот транзистор требуется засветить светодиод оптрона. В общем, получается все наоборот: светодиод погашен, а лампа светит.

На основе 555 получается очень просто. Для этого достаточно на входы таймера подключить соединенные последовательно фоторезистор LDR1 и подстроечный резистор R7, с его помощью настраивается порог срабатывания фотореле. Гистерезис переключения (темно - светло) обеспечивается самим таймером, его . Помните, эти «волшебные» цифры 1/3U и 2/3U?

Если фотодатчик находится в темноте, его сопротивление велико, поэтому напряжение на резисторе R7 низкое, что приводит к тому, что на выходе таймера (вывод 3) устанавливается высокий уровень и светодиод оптрона погашен, а транзистор закрыт. Следовательно, лампочка будет включена, как было написано ранее в подзаголовке «Узел включения нагрузки».

В случае освещения фотодатчика его сопротивление становится маленьким, порядка нескольких КОм, поэтому напряжение на резисторе R7 возрастает до 2/3U, и на выходе таймера появляется низкий уровень напряжения, - светодиод оптрона засветился, а лампа-нагрузка погасла.

Вот тут кто-то может скажет: «Сложновато будет!». Но почти всегда все можно упростить до предела. Если предполагается зажигать энергосберегающие лампы, то плавное включение не требуется, и можно использовать обычное реле. А кто сказал, что только лампы и только включать?

Если реле имеет несколько контактов, то можно делать что душе угодно, и не только включать, но и выключать. Такая схема показана на рисунке 2 и в особых комментариях не нуждается. Реле подбирается из условий, чтобы ток катушки был не более 200мА при рабочем напряжении 12В.

Рисунок 2.

Схемы предварительной установки

В некоторых случаях требуется что-либо включать с некоторой задержкой относительно включения питания устройства. Например, сначала подать напряжение на логические микросхемы, и через некоторое время питание выходных каскадов.

Такие задержки реализуются на таймере 555 достаточно просто. Схемы таких задержек и временные диаграммы работы показаны на рисунках 3 и 4. Пунктирной линией показаны напряжения источника питания, а сплошной на выходе микросхемы.

Рисунок 3. После включения питания на выходе с задержкой появляется высокий уровень.

Рисунок 4. После включения питания на выходе с задержкой появляется низкий уровень.

Чаще всего такие «установщики» используются как составные части более сложных схем.

Устройства сигнализации на таймере 555

Схема сигнализатора представляет собой , с которым мы уже давно познакомились.

Рисунок 5.

В емкость с водой, например, бассейн погружены два электрода. Пока они находятся в воде, сопротивление между ними невелико (вода хороший проводник), поэтому конденсатор C1 зашунтирован, напряжение на нем близко к нулю. Также нулевое напряжение на входе таймера (выводы 2 и 6), следовательно на выходе (вывод 3) установится высокий уровень, генератор не работает.

Если уровень воды почему-то упадет и электроды окажутся в воздухе, сопротивление между ними увеличится, в идеале просто обрыв, и конденсатор C1 шунтироваться не будет. Поэтому наш мультивибратор заработает, - на выходе появятся импульсы.

Частота этих импульсов зависит от нашей фантазии и от параметров RC цепи: это будет либо мигающая лампочка, либо противный писк динамика. Попутно с этим можно включить долив воды. Чтобы избежать перелива и вовремя отключить насос к устройству необходимо добавить еще один электрод и подобную же схему. Тут уже читателю можно поэкспериментировать.

Рисунке 6.

При нажатии на концевой выключатель S2 на выходе таймера появляется напряжение высокого уровня, и останется таковым даже если S2 отпустить и больше не удерживать. Из этого состояния устройство можно вывести только нажатием на кнопку «Сброс».

Пока на этом остановимся, может кому потребуется время, чтобы взять паяльник и попробовать спаять рассмотренные устройства, исследовать, как они работают, хотя бы поэкспериментировать с параметрами RC цепей. Послушать, как пищит динамик или мигает светодиод, сравнить, что дают расчеты, намного ли практические результаты отличаются от расчетных.

Микросхема NE555 (аналог КР1006ВИ1) — универсальный таймер, предназначена для генерации одиночных и повторяющихся импульсов со стабильными временными характеристиками. Она не дорогая и широко используется в различных радиолюбительских схемах. На ней можно собрать различные генераторы, модуляторы, преобразователи, реле времени, пороговых устройств и прочих узлов электронной аппаратуры…

Размеры для разных типов корпусов

КОРПУС — РАЗМЕРЫ
PDIP (8) — 9.81 мм × 6.35 мм
SOP — (8) — 6.20 мм× 5.30 мм
TSSOP (8) — 3.00 мм× 4.40 мм
SOIC (8) — 4.90 мм× 3.91 мм

Структурная схема NE555

Электрические характеристики

(1) Этот параметр влияет на максимальные значения времязадающих резисторов R A и R B в цепи Рис. 12. Для примера, когда V CC = 5 V R = R A + R B ≉ 3.4 МОм, и для V CC = 15 В максимальное значение равно 10 мОм.

Эксплуатационные характеристики

(1) Соответствуют стандарту MIL-PRF-38535, эти параметры не проходили производственные испытания.

(2) Для условий указанных как Мин. и Макс. , используют соответствующее значение, указанное в рекомендуемых условиях эксплуатации.

(3) Погрешность интервала времени определяется как разность между измеренным значением и средним значением случайной выборки из каждого процесса .

(4) Значения указаны для моностабильной схемы со следующими значениями компонентов R A = 2 от кОм до 100 кОм, C = 0.1 мкФ.

(5) Значения указаны для астабильной схемы со следующими значениями компонентов R A = 1 от кОм до 100 кОм, C = 0.1 мкФ.

Металлодетектор на одной микросхеме

Диаметр катушки 70-90 мм, 250-290 витков провода в лаковой изоляции (ПЭЛ, ПЭВ…), диаметром 0,2-0,4 мм.

Вместо динамика можно использовать наушники или пьезоизлучатель.

Видео работы этого металлодетектора

Преобразователь напряжения с 12В на 24В

Анимация игрушек

Совместно со счётчиком 4017 и 555 можно сделать «бегущий огонь» для анимации какой нибудь игрушки или сувенира. При включении питания начинает работать генератор на 555 всего несколько минут, затем выключается. При этом ток потребления падает — батареек хватит на долго. Время выставляется переменным резистором 500 кОм.

Генератор, управляемый светом

Темно- детектор с LM555 . Эта схема будет генерировать звук когда свет падает на фотодатчик Cds . света . Датчика при воздействии света замыкает цепь и 555 генерирует колебания около 1 кГц через открытый транзистор BC158 .

Музыкальная клавиатура

Очень простой музыкальный инструмент (клавиатуру) для воспроизведения музыки можно сделать с помощью чипа 555. Можно собрать необычный музыкальный инструмент на фото выше. В качестве клавиатуры используется графит и лист бумаги с нотами представлены как дырки в бумаге.

Такая же схема, но с обычными резисторами и кнопками.

Таймер на 10 минут

Запускается таймер кнопкой S1 после 10 мин. попеременно мигают светодиоды LED1 и LED2. Время задаётся резистором 550 кОм и конденсатором 150 мкф.

Имитатор сигнализации автомобиля

Светодиод мигает, как будто в автомобиле установлена сигнализация. Светодиод установить на видном месте. Воришка увидит, что машина под сигнализацией и обойдёт её стороной 🙂

Простой имитатор полицейской сирены

Схема собрана на макетной плате.

На двух NE555 можно сделать простой генератор полицейской сирены. Рекомендуются Вам сделать следующее параметры таймера R1=68 кОм (timer №1) настроен в режим медленной генерации и таймер с R4=10 кОм (timer №2) настроен в режиме быстрой генерации. М ожете изменять характеристики время таймера. Выходная частота изменяется посредством цепи резисторов R1, R2 и C1 для компонент timer №1 и R4, R5 и С3 для timer №2.

Похожая схема ниже с транзистором на выходе:

Звуковой генератор уровня жидкости

Вы можете использовать эту схему контроля уровня воды для сигнализации в любом месте как индикатор уровня воды, например в резервуарах , баках, бассейнах или в любом другом месте .

Это далеко не все возможности микросхемы-таймера. Посмотрите также видео работы микросхемы.

Таймер NE555 является, пожалуй, самой популярной интегральной микросхемой своего времени. Несмотря на то, что он был разработан более 40 лет назад (в 1972 году) он до сих пор выпускается многими производителями. В этой статье, постараемся подробно осветить вопросы описания и применения таймера NE555.

Умные соединения компаратора, сбрасываемый триггер и инвертирующий усилитель в одной монолитной интегральной микросхеме, наряду с несколькими другими элементами породили почти бессмертные схемы устройств, которые сегодня используется многими радиолюбителями.

555 Таймер был разработан американской компанией Signetics в 1972 году и зарегистрирован на мировом рынке. Два года спустя той же компании был разработана микросхема с обозначением 556, которая объединила в себе два отдельных таймера NE555 имеющих только общие выводы по питанию. Еще позже были разработаны микросхемы 557, 558 и 559 с применением до четырех таймеров NE555 в одном корпусе. Но позже они были сняты с производства и почти забыты.

Интегральная микросхема NE555 разрабатывалась в качестве таймера и содержит в себе комбинацию аналоговых и цифровых элементов в одном кристалле. Выпускается в различном исполнении, начиная от классического DIP корпуса стандартного и SOIC для SMD монтажа и до миниатюрного корпуса версии SSOP или SOT23-5. (Цены на таймер NE555)

Таймер NE555, кроме стандартного исполнения производиться так же в маломощном CMOS исполнении. Схема электропитания NE555 составляет от 4,5 до 15 вольт (18 вольт максимум), а CMOS вариант использует питание от 3 вольт. Максимальная выходная нагрузка выхода для NE555 200мА, у версии маломощного таймера только 20 мА при 9 вольт.

Стабильность работы стандартной версии 555 сильно зависит от качества источника питания. Это не так сильно сказывается в простых схемах с применением таймера, однако, в более сложных конструкциях, желательно устанавливать буферный конденсатор по цепи питания емкостью 100 мкф.

Основные характеристики интегрального таймера NE555

• Максимальная частота более чем 500 кГц.
• Длина одного импульса от 1 мсек до часа.
• Может работать в режиме моностабильного мультвибратора.
• Высокий выходной ток (до 200 мА)
• Регулируемая скважность импульса (отношение периода импульса к его длительности).
• Совместимость с TTL уровнями.
• Температурная стабильность 0,005% на 1 градус Цельсия.

Микросхема NE555 в своем составе содержит чуть более 20 транзисторов и 10 резисторов. На следующем рисунке приводится структурная схема таймера от Philips Semiconductors.

В следующей таблице перечислены основные свойства NE555

Назначение выводов таймера NE555

№2 — Запуск (триггер)

Триггер переключается, если на этом выводе напряжение упадет ниже 1/3 напряжения питания. Данный вывод имеет высокое входное сопротивление, более 2 мОм. В нестабильном режиме используется для контроля напряжения на времязадающем конденсаторе, в бистабильном режиме к нему подключается элемент коммутации, например, кнопка.

№4 – Сброс

Если напряжение на этом выводе ниже 0,7 вольт, то происходит сброс внутреннего компаратора. В случае неиспользования, на данный вывод таймера NE555 необходимо подать напряжение питания. Сопротивление вывода составляет около 10 кОм.

№5 — Контроль

Может использоваться для регулировки длительности импульсов на выходе путем подачи напряжения 2/3 от напряжения питания. Если это вывод не используется, то его желательно подключить к минусу источника питания через конденсатор 0,01 мкф.

№6 — Стоп (компаратор)

Останавливает функционирование таймера, если напряжение на этом выводе будет выше 2/3 напряжения питания. Вывод имеет высокое входное сопротивление, более 10 мОм. Он обычно используется для измерения напряжения на времязадающем конденсаторе.

№7 — Разряд

Вывод через внутренний транзистор подключается к «земле», когда внутренний триггер находится в активном состоянии. Вывод (открытый коллектор) используется в основном для разряда времязадающего конденсатора.

№3 – Выход

Микросхема NE555 имеет всего один выход с током до 200 мА. Это значительно больше, чем у обычных интегральных микросхем. Вывод способен управлять, например, светодиодами (с токоограничивающим резистором), небольшими лампочками, пьезоэлектрическим преобразователем, динамиком (с конденсатором), электромагнитным реле (с защитным диодом) или даже маломощными двигателями постоянного тока. Если требуется более высокий выходной ток, то можно подключить подходящий транзистор в качестве усилителя.

Таймер NE555 — схема включения

Способность вывода 3 таймера NE555 создавать как высокий уровень напряжения, так и низкий (практически 0 вольт) позволяет управлять нагрузкой подключенной как к минусу питания, так и к плюсу. Как пример, подключение светодиодов. Это, конечно, не является обязательным требованием, и нагрузка (светодиод) может быть подключен либо к минусу, либо плюсу питания.

Если таймер NE555 работает в нестабильном состоянии (режим генератора), то к выходу его можно подключить динамик. Он подключается после разделительного конденсатора (например, 100 мкф) и должен иметь сопротивление не менее 64 Ом из-за ограниченного максимального тока нагрузки выхода таймера. Конденсатор предназначен для отделения постоянной составляющей сигнала и проводит только аудиосигнал.

Динамик с сопротивлением катушки ниже чем 64 Ом можно подключить либо через конденсатор с меньшей емкостью (реактивное сопротивление), являющегося дополнительным сопротивлением либо с помощью усилителя. Усилитель также может быть использован для подключения более мощного громкоговорителя.

Как и все интегральных микросхемы, выход таймера NE555 управляющий индуктивной нагрузкой (реле) должен быть защищена от скачков повышенного напряжения, созданное в в момент отключения. Диод (например, 1N4148) всегда подключается параллельно к катушке реле в обратном направлении.

Однако, для микросхемы NE555 требуется второй диод, включенный последовательно с катушкой реле. Он ограничивает низкое напряжение, которое находится на выходе 3 таймера и предотвращает возбуждение реле небольшим током.

Таким диодом может быть, например, 1N4001 (1N4148 диод не подходит) либо светодиод.

(скачено: 3 612)

Сразу стоит отметить при описании микросхемы NE 555, что она выпускается как в стандартной ТТЛ логике, так и КМОП, поэтому она может работать в широком диапазоне напряжений и использована во многих типах устройств в качестве генератора тактовых импульсов или универсального таймера. Микросхема может генерировать как одиночные, так повторяющиеся импульсы, что зависит от принципиальной схемы включения и выбора конкретного режима работы.

Разрабатывался первый вариант ИС еще в 1971 году знаменитой на то время компанией Signetics. По своим характеристикам и функциональным возможностям она является широко востребованной, свидетельством чего является ее активное применение в устройствах управления скоростью вращения двигателей и тиристорных регуляторах мощности.

Также, ее можно использовать для конструирования унифицированного генератора импульсов с регулируемой выходной частотой последовательностью импульсов. Для подробного описания характеристик микросхемы смотрите на ne 555 datasheet. В нем указаны не только основные характеристики, но также представлены диаграммы работы. А в этом описании ne 555 предоставим общую информацию, достаточную для разработки электронных устройств своими руками.

Предыстория создания ИС

В 70 гг. компания Signetics попала под влияние кризиса и вынуждена была сократить численность своего персонала как минимум на 50%, в число которых попал и разработчик представленной схемы. Поэтому она была создана буквально на коленках в гаражных условиях, а за основу была взята им же разработанная NE 566. Платформа будущей ИС уже состояла из основных, необходимых для работы функциональных блоков:

Существуют на ne 555 схемы включения разного типа для работы микросхемы достаточно было наличие внешней RC-цепи, которая являлась времязадающей. И внутренний делитель напряжения , пропорционально которому формировалась амплитуда выходного сигнала. После некоторого времени и внесения небольших доработок, в частности, замена встроенного генератора стабильного тока для зарядки внутреннего конденсатора на резистор, она поступила в серию.

Что касается структуры таймера, то в ней содержалось:

• 23 транзистора;
• 16 резисторов;
• 2 диода.

Аналоги микросхемы

Универсальный таймер вскоре обзавелся функциональными аналогами, которыми стали советские микросхемы из серии КР:

• 1006ВИ1;
• 1008ВИ1;
• 1087ВИ2;
• 1087ВИ3.

Также, микросхема ne555 аналог имеет, например, КР10006ВИ1, то стоит учесть тот факт, что вход сброса R по отношению к установке имеет приоритет. Этот момент почему-то упущен в техническом описании МС, что является немаловажным фактом при построении электронных схем. В других микросхемах выводы имеют приоритет вплоть до наоборот S над R.

Все выше представленные аналоги таймеров построены на стандартной ТТЛ-логике. Если захотите спроектировать устройства на ne555 с более экономичными показателями, то лучше применить МС из серии КМОП. Таковыми являются устройства:

• ICM 7555 IPA ;
• GLC 555;
• КР1441ВИ1.

Характеристики микросхемы

Функциональная схема представленной микросхемы достаточно проста и состоит из следующих блоков:

• делителя напряжения, который сравнивает сигнал на входе с двумя опорными уровнями;
• 2 высокоточных компараторов на высокий и на низкий уровень сигналов;
• триггера со встроенными RS -входами и дополнительным сбросом, выходной транзистор средней мощности биполярный или полевой в зависимости от технологии.

Также, аппаратно в конструкции микросхемы предусмотрен усилитель мощности, повышающий нагрузочную способность устройства и ее качество работы.

Микросхема является универсальной, как ни посмотри, со всех сторон. Например, базовая версия NE 555 рассчитана на напряжение питания в пределах от 4,5 до 16,5 В, что весьма упрощает процесс конструирования многих схем, так как отпадает необходимость придерживаться конкретной величины питания.

Но если необходимо запитать генератор импульсов от пониженного уровня порядка 2–3 В, то лучше использовать схемы на КМОП-логике. Они не только могут свободно функционировать на низком напряжении, но и обладают повышенными показателями устойчивости к помехам и нестабильности питания.

Также, выпускаются модификации устройств с повышенным порогом питающего напряжения, который может достигать 18 В. Эти МС могут применяться в импульсных устройствах и генераторах.

Согласно информации, которую предоставляет западный на ne555 datasheet потребляемый ток устройством зависит от величины входного импульса. Если она лежит на номинальном уровне порядка 5 В, то величина тока составляет не более 6 мА. Но если напряжение вырастет до 15В, то ток также растет до 15мА. Обычно устройства разрабатывают своими руками на средний показатель тока, который оставляет порядка 10 мА, что говорит о напряжении питания в пределах от 9 до 12 В. Но это характерно для ТТЛ-логики.

Микросхемы, сконструированные на основе КМОП-транзисторов, потребляют еще меньше – 100-200 мкА, что их делает еще более экономичными. Но максимальное значение потребляемого тока не превышает 100 мА. Если у вас она берет больше этого значения, это означает что устройство неисправно и требует замены.

Некоторые проблемы и особенности работы с микросхемой

8-пиновый корпус – идея хорошая, но из-за этого форм-фактора возникают некоторые трудности при работе с таймером. А именно, он лишен возможности независимого сравнения сигналов верхнего и нижнего порогов, что довольно часто требуется в устройствах преобразования, например, тех же АЦП. Чтобы реализовать такую возможность радиолюбители прибегают к использованию другой серии устройств, например, NE 521 или устанавливают на вход элементы 3И-НЕ, если это целесообразно.

В биполярных устройствах присутствует такой недостаток, как импульсный ток при включении и выключении, величина которого может достигать 400 мА, что может стать причиной пробоя выходного транзистора или других элементов схемы, в которую она была впаяна. Причиной такого явления является сквозной ток выходного каскада, возникающий из-за тех же высоких импульсов по питанию.

Чтобы устранить проблему, рекомендуется использовать специальный блокирующий конденсатор, подключаемый на входы 5 и общий (мину питания) емкостью порядка 0,01–0,1 мкФ. Благодаря заряду его обкладок внутренне напряжение в МС, поступающее на выходной каскад , сглаживается, что и исключает вероятность возникновения пробоя. Также он защитит внутренний делитель от помех извне, которые могут вызвать ложное срабатывание.

Также, как и в случае со многими другими микросхемами с ТТЛ-логикой, NE 555 рекомендуется шунтировать гасящим конденсатором с керамическим обкладками емкостью 1 мкФ.

Назначение и расположение выводов микросхемы

NE 555 в базовом исполнении имеет 8-выводной корпус DIP, но также выпускаются иные модификации, являющиеся аналогами. Поэтому ориентировать исключительно этого описания при построении устройств своими руками на ее основе не стоит. К каждой микросхеме необходимо просматривать свой даташит.

Схемное обозначение устройства отображается в виде надписи «G 1/ GN». В зарубежных справочниках эту надпись можно расшифровать как генератор одиночных и серий импульсов. Что касается расположения выводов и их назначения, то все однотипные МС являются стандартизированными и могут быть взаимозаменяемы без внесения каких-либо доработок.

В таблице ниже представлено расположение выводов в стандартном корпусе МС:

Режимы работы и применение микросхемы

Самой простой схемной реализацией, применяемой в различный цифровых устройствах, является одновибратор. На примере этой схемы можно также увидеть типовое включение с использованием гасящего и шунтирующего конденсаторов. Именно в таком исполнении наиболее чаще применяется эта микросхема. А работает она следующим образом:

По приходу сигнала с низким уровнем на вход МС под номером 2 начинает работать таймер в режиме счета времени. При этом на выходе устройства устанавливается высокий уровень на протяжении всей длительности временного промежутка . Это время можно устанавливать самостоятельно, подобрав необходимые внешние компоненты, которыми выступают резистор и конденсатор, подключаемые к плюсу питания и выводу под номером 6.

Определяется временная задержка по стандартной формуле с учетом корректирующей константы: t =1,1 RC. По окончании счета (разряда конденсатор) таймер возвращается в исходное состояние. А выходной сигнал изменяется на противоположный. Итак до следующего прихода входного импульса низкого уровня.

При этом, если на входе присутствует низкий уровень, то на выходе высокий. А при подаче импульса на вход сброса триггера таймер останавливает свой счет и уровень сигнала на выходе изменяется на противоположный.

Режим независимого генератора

Чтобы включить микросхему в режиме мультивибратора, имеется схема, показанная на рисунке ниже. Здесь так же все просто, как и в предыдущем варианте, но имеются некоторые особенности расчета элементом и характеристик последовательности выходного сигнала. Чтобы задать определенную частоту смены выходного сигнала и последующее переключение в противоположное устойчивое состояние, потребуется выводы 2 и 6 объединить и установить еще один резистор в делить, уменьшив ток заряда конденсатора, но при этом связав входной сигнал с входом установки триггера. А чтобы рассчитать параметры используемых элементом, необходимо будет воспользоваться следующими простыми формулами расчета:

Изменение скважности выходного импульса

Нередко требуется применение микросхемы 555 с возможностью установки скважности выходного сигнала. Например, сделать ее больше 2, то для этого потребуется образовать дополнительную цепь между 7 и 6 выводами , подключив к ним диод. При этом анодный вывод контактирует с выводом 7 МС. Такое включение дополнительного компонента шунтирует резистор R 2, обеспечивая цепь заряда конденсатора через R 1. Тогда при расчете длительности высокого уровня сигнала на выходе будет происходить по формуле без учета R 2.

В обратном цикле разрядный ток будет протекать через R 2, а R 1 уже не участвует в процессе. И определяется по формуле, которая указывалась выше без изменений.