Projektuojant elektroninius prietaisus dažnai reikia generuoti tam tikro ilgio impulsus arba generuoti tam tikro dažnio stačiakampio formos signalą su tam tikru ilgio ir pauzės santykiu. Patyrusiam konstruktoriui neturėtų būti sunku suprojektuoti tokį prietaisą iš atskirų skaitmeninių elementų, tačiau patogiau naudoti tam skirtą specializuotą mikroschemą.
Turinys
Kas yra NE555 ir kur jį galima naudoti
NE555 buvo sukurtas praėjusio amžiaus septintajame dešimtmetyje ir vis dar yra labai populiarus tarp profesionalų ir mėgėjų. Tai 8 kontaktų pakuotėje įmontuotas laikmačio įtaisas. Galimos DIP arba paviršinio montavimo (SMD) versijos.
Mikroschemoje yra du komparatoriai - viršutinis ir apatinis komparatorius. Jų įėjimuose formuojama atskaitos įtampa, lygi 2/3 ir 1/3 maitinimo įtampos. Daliklį sudaro rezistoriai 5 kΩ rezistorius. Komparatoriai valdo RS trigerį. Prie jo išėjimo prijungiamas buferinis stiprintuvas ir tranzistorinis jungiklis. Kiekvienas komparatorius turi vieną laisvą įėjimą, kuris naudojamas išoriniams valdymo signalams. Viršutinis komparatorius suveikia, kai atsiranda aukštas lygis, ir nustato žemą lusto išėjimo lygį. Apatinis komparatorius "stebi" įtampos sumažėjimą žemiau 1/3 VCC ir nustato laikmačio išėjimą į loginį 1.
Pagrindinės lusto NE555 charakteristikos
Skirtingų gamintojų laikmačių charakteristikos gali šiek tiek skirtis, tačiau nė vienas gamintojas neturi esminių skirtumų (išskyrus neaiškios kilmės lustus, iš kurių galima tikėtis bet ko):
- Maitinimo įtampa standartiškai nurodoma nuo +5 V iki +15 V, nors duomenų lapuose nurodomas 4,5...18 V diapazonas.
- Išėjimo srovė yra 200 mA.
- Išėjimo įtampa yra maksimali VCC minus 1,6 V, bet ne mažesnė kaip 2 V, esant 5 V maitinimo įtampai.
- Srovės suvartojimas esant 5 V įtampai ne daugiau kaip 5 mA, esant 15 V įtampai ne daugiau kaip 13 mA.
- Impulso pločio formavimo paklaida - ne didesnė kaip 2,25 %.
- Didžiausias darbinis dažnis - 500 kHz.
Visi parametrai nurodyti esant aplinkos temperatūrai +25 °C.
Kaiščių priskyrimas ir išdėstymas
Nepriklausomai nuo korpuso konstrukcijos, laikmačio išėjimai išdėstyti standartiniu būdu - nuo 1 iki 8, didėjančia tvarka prieš laikrodžio rodyklę (žiūrint iš viršaus). Kiekvienam kaiščiui priskirta skirtinga funkcija:
- GND - yra bendras prietaiso maitinimo šaltinio laidas.
- TRIG - Kai įjungiamas žemas lygis, suveikia antrasis (schemoje žemiau esantis) komparatorius, jo išėjimas yra loginis vienetas, kuris nustato vidinį RS trigerį į 0. Prie jo prijungiama išorinė RC laiko grandinė. Jis turi pirmenybę prieš THR.
- OUT - produkcija. Aukštas signalo lygis yra šiek tiek žemesnis už maitinimo įtampą, žemas signalo lygis - 0,25 V.
- RESET - iš naujo. Nepriklausomai nuo signalų kituose įėjimuose, jei jie yra žemi, išėjimas nustatomas į 0 ir stabdomas laikmačio veikimas.
- CTRL - kontrolė. Jos lygis visada yra 2/3 maitinimo magistralės įtampos. Čia galima įjungti išorinį signalą ir juo moduliuoti išėjimą.
- THR - Pasiekus aukštą lygį (daugiau nei 2/3 maitinimo įtampos), pirmasis (grandinės viršutinis) trigeris nustatomas į 1, o vidinis RS paleidiklis 1. Vidinis RS trigeris persijungia į loginį 1.
- DIS - Laiko kondensatoriaus iškrovimas. Kai trigerio išėjimas yra aukštas, atsidaro vidinis tranzistorius ir įvyksta greitas iškrovimas. Laikmatis yra paruoštas kitam darbo ciklui.
- VCC - maitinimo šaltinio išvestis. Į jį galima įjungti nuo 5 iki 15 V įtampą.
NE555 veikimo režimų aprašymas
Nors laikmačio architektūra leidžia jį naudoti įvairiais režimais, yra trys tipiniai NE555 veikimo režimai.
Vienas vibratorius (budėjimo režimo multivibratorius)
Pradinė padėtis:
- 2 įėjime loginis lygis yra aukštas;
- Trigerio įėjimai R ir S yra nuliai;
- Trigerio išvestis - 1;
- iškrovos grandinės tranzistorius yra atidarytas, kondensatorius C yra sujungtas;
- 3 išėjime - 0 lygis.
Kai 2 įėjime pasirodo nulinis lygis, apatinis komparatorius persijungia į 1 ir trigeris atstatomas į 0. Mikroschemos išėjime pasirodo aukštas lygis. Tuo pat metu tranzistorius užsidaro ir nebekondensuoja kondensatoriaus. Jis pradedamas įkrauti per rezistorių R. Kai tik įtampa ant jo pasieks 2/3 VCC, suveiks viršutinis komparatorius, trigeris vėl bus įjungtas į 1, o laikmačio išėjimas - į 0. Tranzistorius atsidaro ir iškrauna kondensatorių. Taip išėjime generuojamas teigiamas impulsas, kurio pradžią lemia 2 įėjime esantis išorinis signalas, o pabaiga priklauso nuo kondensatoriaus įkrovos laiko, kuris apskaičiuojamas pagal formulę t=1,1⋅R⋅C.
Multivibratorius
Kai įjungiamas maitinimo šaltinis, kondensatorius išsikrauna, įvestis 2 (ir 6) yra loginis 0, laikmačio išvestis yra 1 (šis procesas aprašytas ankstesniame skyriuje). Kai kondensatorius per R1 ir R2 bus įkrautas iki 2/3 VCC, aukštas lygis įėjime 6 atstatys išėjimo 3 nulinį lygį ir išsikrovimo tranzistorius atsidarys. Tačiau kondensatorius bus iškraunamas ne tiesiogiai, o per R2. Galiausiai grandinė grįš į pradinę padėtį ir ciklas kartosis vėl ir vėl. Iš proceso aprašymo matyti, kad įkrovimo laiką lemia varžų R1, R2 ir kondensatoriaus talpos suma, o iškrovimo laiką - R1 ir C. Vietoj R1 ir R2 galima naudoti kintamus rezistorius ir operatyviai valdyti dažnį bei impulsų dažnį. Apskaičiavimo formulės yra tokios:
- impulso trukmė t1=0,693⋅(R1+R2)⋅C;
- pauzės trukmė t2=0,693⋅R2⋅C;
- impulsų pasikartojimo dažnis f=1/(0,693(R1+2⋅R2)⋅C.
Pauzės trukmė negali būti ilgesnė už impulso trukmę. Šiam apribojimui įveikti iškrovos ir įkrovos grandinės atskiriamos į grandinę įtraukiant diodą (katodas - prie 6 kontakto, anodas - prie 7 kontakto).
Šmito trigeris
Šmito trigerį galite sukurti 555 mikroschemoje. Jis lėtai kintantį signalą (sinusoidę, bangos formą ir pan.) konvertuoja į kvadratinę bangą. Čia nenaudojamos jokios laiko nustatymo grandinės, signalas paduodamas į 2 ir 6 įėjimus, sujungtus kartu. Pasiekus 2/3 VCC slenksčio, išėjimo įtampa šokteli iki 1, o nukritus iki 1/3, ji taip pat šokteli iki nulio. Dviprasmiškumo zona yra 1/3 maitinimo įtampos.
Privalumai ir trūkumai
Pagrindinis NE555 mikroschemos privalumas yra tai, kad ją lengva naudoti - grandinei sukurti užtenka nedidelės, gerai apskaičiuotos pakuotės. Tuo pat metu prietaiso kaina yra nedidelė.
Pagrindinis laikmačio trūkumas - ryški impulsų trukmės priklausomybė nuo maitinimo įtampos. Taip yra dėl to, kad kondensatorius flip-flop arba mirgėjimo pavaros grandinėje įkraunamas per rezistorių (arba du), o viršutinė rezistoriaus gnybtų jungtis prijungta prie maitinimo bėgio. Srovę per rezistorių generuoja VCC įtampa - kuo didesnė įtampa, tuo didesnė srovė, tuo greičiau įkraunamas kondensatorius, tuo anksčiau suveikia komparatorius, tuo trumpesnis laiko tarpas, per kurį turi būti generuojamas srovės srautas. Dėl nežinomų priežasčių šio punkto nėra techninėje dokumentacijoje, tačiau kūrėjai jį žino.
Kitas laikmačio trūkumas yra tas, kad komparatorių slenkstines įtampas formuoja vidiniai dalikliai ir jų negalima reguliuoti. Tai susiaurina NE555 taikymo galimybes.
Taip pat yra dar viena nemaloni savybė. Dėl išėjimo pakopos "push-pull" konstrukcijos perjungimo metu (kai prieš srovę esantis tranzistorius yra atidarytas, o už jo esantis dar neuždarytas, arba atvirkščiai.) atsiranda srovės impulsas. Jo trukmė nedidelė, tačiau dėl jo mikroschema papildomai įkaista ir atsiranda trukdžių maitinimo grandinėje.
Kokie yra analogai
Nuo tada, kai atsirado laikmatis, sukurta ir išleista daugybė klonų. Juos gamina skirtingos įmonės, tačiau visuose yra skaičiai 555. Tarp analogus gaminančių gamyklų yra ir populiarių elektroninių komponentų gamintojų, ir nežinomų gamintojų iš Pietryčių Azijos. Nors pirmieji gali pasiūlyti reklamuojamą našumą, antrieji negali būti atsakingi už jokias garantijas. Nukrypimai nuo deklaruotų charakteristikų gali būti dideli.
SSRS sukūrė analogišką KR1006VI1. Jo funkcijos yra tokios pat kaip ir originaliojo, išskyrus vieną išimtį: pirmenybė teikiama 2 kaiščiui, o ne 6 kaiščiui (o ne atvirkščiai, kaip NE555). Į tai reikėtų atsižvelgti projektuojant grandines. Dar vienas dalykas: pavadinimas KR reiškia, kad lustas yra tik DIP8 pakuotėje.
Praktinio pritaikymo pavyzdžiai
Praktinio taikymo sritis yra plati, todėl šioje apžvalgoje negalime aprėpti visos temos. Tačiau verta panagrinėti dažniausiai pasitaikančius pavyzdžius.
Naudojant vieno osciliatoriaus režimą, kodinę spynelę su riboto laiko rinkimo funkcija galima sukurti iš kelių mikroschemų. Kitas būdas - naudoti jį kaip ribinio lygio (šviesos, talpos lygio ir pan.) signalizavimo įrenginį kartu su įvairiais jutikliais.
Multivibratoriaus režimu (astabiliuoju režimu) laikmatis gali būti naudojamas plačiausiai. Keliuose laikmačiuose galima sukurti grandininį jungiklį su atskiru mirksėjimo dažnio, įjungimo laiko ir pauzės laiko valdymu. NE555 galite naudoti kaip laiko relės pagrindą ir nustatyti vartotojų įjungimo laiką nuo 1 iki 25 sekundžių. Muzikantui galima sukurti metronomą. Tai dažniausiai naudojamas lusto režimas, todėl neįmanoma aprašyti visų jo naudojimo būdų.
Kaip Schmitto trigeris laikmatis nėra dažnai naudojamas. Tačiau bistabiliuoju režimu, be dažnio tvarkyklių, NE555 naudojamas kaip kontaktų atsitrenkimo slopintuvas arba kaip dviejų mygtukų jungiklis paleidimo/išjungimo režimu. Iš tikrųjų naudojamas tik integruotas RS trigeris. Taip pat žinoma, kad PWM valdiklį galima sukurti pagal laikmatį.
Yra schemų knygų, kuriose aprašomi įvairūs NE555 laikmačio panaudojimo būdai. Mikroschemą galima naudoti tūkstančiais būdų. Tačiau smalsiam dizainerio protui to nepakanka, ir jis ras papildomą, dar neaprašytą laikmačio paskirtį. Tai leidžia lustų kūrėjų galimybės.
Susiję straipsniai:
