kategória: Najlepšie články » Praktická elektronika
Počet zobrazení: 113767
Komentáre k článku: 5
Integrovaný časovač NE555 - história, dizajn a prevádzka
História vzniku veľmi populárneho čipu a popis jeho vnútornej štruktúry
Jedna z legiend elektroniky je čip integrovaného obvodu NE555, Bol vyvinutý v roku 1972. Takáto dlhovekosť nie je ďaleko od každého čipu a ani na každý tranzistor nemôže byť hrdý. Čo je tak zvláštneho na tomto mikroobvode, ktorý má v označení tri päťky?
Signetics uvádza na trh výrobu čipu NE555 presne o rok neskôr bol vyvinutý Hansom R. Kamensindom, Najúžasnejšou vecou v tomto príbehu bolo, že v tom čase bol Kamensind prakticky nezamestnaný: opustil PR Mallory, ale nikde sa mu nepodarilo dostať. V skutočnosti išlo o „domácu úlohu“.
Čip videl svetlo dňa a získal tak veľkú slávu a popularitu vďaka úsiliu manažéra Signetics Art Fury, ktorý bol, samozrejme, priateľom Kamensinda. Pracoval pre spoločnosť General Electric, takže vedel, čo je na trhu s elektronikou potrebné a ako upútať pozornosť potenciálneho kupca.
Podľa spomienok Kamensinda A. Fury bol skutočným nadšencom a milovníkom svojho remesla. Doma mal celé laboratórium plné rádiových komponentov, kde vykonával rôzne štúdie a experimenty. To umožnilo zhromaždiť obrovské praktické skúsenosti a prehĺbiť teoretické vedomosti.
V tom čase sa produkty Signetics nazývali „5 **“ a skúsený A. Fury, ktorý mal nadprirodzený zmysel pre elektronický trh, sa rozhodol, že označenie 555 (tri päťky) bude pre nový čip veľmi vítané. A nemýlil sa: mikroobvod bol jednoducho ako horúce koláče, možno sa stal najmasívnejšou v celej histórii tvorby mikroobvodov. Najzaujímavejšie je, že mikroobvod nestratil svoj význam pre tento deň.
O niečo neskôr sa v označení mikroobvodu objavili dve písmená, ktoré sa stali známymi ako NE555. Ale pretože v tých dňoch došlo v patentovom systéme k úplnému neporiadku, integrovaný časovač sa ponáhľal, aby prepustil každého, kto nie je lenivý, prirodzene a dal tri (prečítané) písmená pred tri päťky. Neskôr, na základe časovača 555, boli vyvinuté duálne (IN556N) a štvornásobné (IN558N) časovače, samozrejme, vo viacpólových prípadoch. Ale základ bol stále rovnaký NE555.
Obr. 1. Integrovaný časovač NE555
555 v ZSSR
Prvý opis 555 v domácej rádiotechnickej literatúre sa objavil už v roku 1975 v časopise Electronics. Autori článku zaznamenali skutočnosť, že tento čip nebude mať o nič menšiu popularitu ako všeobecne známe operačné zosilňovače v tom čase. A vôbec sa nemýlili. Mikroobvod umožnil vytvorenie veľmi jednoduchých návrhov a takmer všetky začali pracovať okamžite, bez bolestivých úprav. Je však známe, že opakovateľnosť dizajnu doma sa zvyšuje úmerne so štvorcom jeho „jednoduchosti“.
V Sovietskom zväze na konci 80. rokov bol vyvinutý kompletný analóg 555, zvaný KR1006VI1, Prvá priemyselná aplikácia domáceho analógu bola vo videorekordéri VCR12 Electronics.
Výrobcovia čipov NE555:
Čip interného zariadenia NE555
Pred uchopením spájkovačky a začatím montáže štruktúry na integrovanom časovači najprv zistime, čo je vo vnútri a ako to všetko funguje. Potom bude oveľa ľahšie pochopiť, ako konkrétna praktická schéma funguje.
Integrovaný časovač obsahuje viac ako dvadsať tranzistoryspojenie ktorého je znázornené na obrázku - https://electro-sk.tomathouse.com/555ic.jpg
Ako vidíte, schéma zapojenia je pomerne zložitá a je tu uvedená len pre všeobecné informácie.Koniec koncov sa do nej nemôžete dostať pomocou spájkovačky, nebudete ju môcť opraviť. V skutočnosti to je presne to, čo všetky ostatné mikroobvody, digitálne aj analógové, vyzerajú zvnútra (pozri - Legendárne analógové čipy). To je technológia na výrobu integrovaných obvodov. Takou schémou nebude tiež možné pochopiť logiku zariadenia ako celku, preto je funkčná schéma zobrazená nižšie a je uvedený jej popis.
Technické údaje
Predtým, ako sa začnete zaoberať logikou čipu, mali by ste si pravdepodobne priniesť elektrické parametre. Rozsah napájacieho napätia je dostatočne široký 4,5 ... 18V a výstupný prúd môže dosiahnuť 200 mA, čo umožňuje použitie záťaže aj pri nízkoenergetických relé. Samotný čip spotrebúva veľmi málo: k záťažovému prúdu sa pripája iba 3 ... 6 mA. Presnosť samotného časovača je prakticky nezávislá od napájacieho napätia, - iba 1 percento vypočítanej hodnoty. Drift je iba 0,1% / volt. Kolísanie teploty je tiež malé - iba 0, 005% / ° C. Ako vidíte, všetko je celkom stabilné.
Funkčný diagram NE555 (KR1006VI1)
Ako je uvedené vyššie, v ZSSR urobili analóg buržoázneho NE555 a nazvali ho KR1006VI1. Ukázalo sa, že analóg bol veľmi úspešný, nie horší ako originál, takže ho môžete použiť bez obáv a pochybností. Obrázok 3 zobrazuje funkčnú schému integrovaného časovača KR1006VI1. Je plne v súlade s čipom NE555.
Obrázok 3. Funkčná schéma integrovaného časovača KR1006VI1
Samotný čip nie je taký veľký - je k dispozícii v 8-kolíkovom DIP8 balení, ako aj v malom SOIC8. Ten naznačuje, že 555 sa môže použiť na úpravu SMD, inými slovami, vývojári oň majú stále záujem.
Vo vnútri mikroobvodu je tiež málo prvkov. Hlavná je najbežnejšou RS je spúšť DD1. Keď sa logická jednotka privádza na vstup R, spúšť sa resetuje na nulu a keď sa logická jednotka privádza na vstup S, prirodzene sa nastaví na jednu. Na generovanie riadiacich signálov na vstupoch RS špeciálny obvod na komparátoroch, o čom sa bude diskutovať o niečo neskôr.
Fyzické úrovne logickej jednotky samozrejme závisia od použitého napájacieho napätia a prakticky sa pohybujú od Upit / 2 po takmer plný Upit. Približne rovnaký pomer sa pozoroval pre logické mikroobvody štruktúry CMOS. Logická nula je ako obvykle do 0 ... 0,4 V. Ale tieto úrovne sú vo vnútri mikroobvodu, môžete o nich len uhádnuť, ale nemôžete ich cítiť rukami, nevidíte ich očami.
Výstupná fáza
Na zvýšenie záťažovej kapacity čipu je na výstup spúšte pripojený výkonný výstupný stupeň na tranzistoroch VT1, VT2.
Ak je spúšť RS resetovaná, výstup (pin 3) obsahuje logické nulové napätie, t.j. otvorený tranzistor VT2. V prípade, že je na výstupe nainštalovaný spúšť, úroveň logickej jednotky je tiež.
Výstupnú fázu tvorí tlačný obvod, ktorý umožňuje pripojiť záťaž medzi výstup a spoločný vodič (svorky 3.1) alebo výkonovú zbernicu (svorky 3.8).
Malá poznámka o výstupnej fáze. Pri opravách a nastavovaní zariadení na digitálnych mikroobvodoch je jednou z metód kontroly obvodu privádzanie nízkoúrovňového signálu na vstupy a výstupy mikroobvodov. Spravidla sa to deje skratom na spoločnom vodiči týchto vstupov a výstupov pomocou šijacej ihly, pričom to nespôsobuje žiadne poškodenie mikroobvodu.
V niektorých obvodoch je napájací zdroj NE555 5 V, takže sa zdá, že je to tiež digitálna logika a môžete to urobiť celkom slobodne. Ale v skutočnosti to tak nie je. V prípade čipu 555 alebo skôr jeho push-pull výstupom sa takéto „experimenty“ nedajú uskutočniť: ak je výstupný tranzistor VT1 v tomto okamihu otvorený, potom sa skrat vypne a tranzistor jednoducho vyhorí. A ak je napájacie napätie blízko maxima, potom je žalostný koniec nevyhnutný.
Prídavný tranzistor (pin 7)
Okrem uvedených tranzistorov je tu tiež tranzistor VT3. Kolektor tohto tranzistora je pripojený k výstupu z čipu 7 „vybíjanie“. Jeho účelom je vybiť kondenzátor nastavený na čas, keď sa mikroobvod používa ako generátor impulzov. K vybitiu kondenzátora dôjde po resetovaní spúšťača DD1. Ak si spomenieme na popis spúšťača, potom na inverznom výstupe (označenom krúžkom v diagrame) je v tomto okamihu logická jednotka, ktorá vedie k otvoreniu tranzistora VT3.
Informácie o resetovacom signáli (pin 4)
Spúšť môžete kedykoľvek resetovať - signál „reset“ má vysokú prioritu. Na tento účel existuje špeciálny vstup R (pin 4), ktorý je na obrázku označený ako Usbr. Ako je zrejmé z obrázku, k resetovaniu dôjde, ak sa na štvrtý výstup aplikuje nízkoúrovňový impulz nepresahujúci 0,7 V. Súčasne sa na výstupe mikroobvodu (kolík 3) objaví nízke napätie.
V prípade, že sa tento vstup nepoužije, použije sa naň logická jednotka, aby sa zbavil impulzného šumu. Najjednoduchší spôsob je pripojenie kolíka 4 priamo k napájacej zbernici. V žiadnom prípade by ste to nemali nechať, ako sa hovorí, na vzduchu. Potom budete musieť dlho premýšľať a premýšľať. Prečo obvod funguje tak nestabilne?
Všeobecné spúšťacie poznámky
Aby sa nedalo úplne zamieňať so stavom spúšťača, treba pripomenúť, že pri diskusiách o spúšťači sa vždy berie do úvahy stav jeho priameho odchodu. Ak sa hovorí, že spúšť je „nainštalovaná“, potom na priamom výstupe stav logickej jednotky. Ak povedia, že spúšť je resetovaná, priamy výstup bude mať určite stav logickej nuly.
Na inverznom výstupe (označenom malým krúžkom) bude všetko presne opačné, preto sa často spúšťací výstup nazýva parafáza. Aby sme si všetko znova nezamieňali, nebudeme o tom hovoriť.
Každý, kto si pozorne prečítal toto miesto, sa môže opýtať: „Prepáčte, je to len spúšť so silným tranzistorovým kaskádou na výstupe. A kde je samotný časovač? “ A bude mať pravdu, pretože záležitosť ešte nedosiahla časovač. Aby získal časovač, jeho otec, tvorca Hansa R. Kamensinda, vynašiel originálny spôsob ovládania tohto spúšťača. Trik tejto metódy spočíva v tvorbe riadiacich signálov.
Generovanie signálu na RS - vstupy spúšťača
Čo sme dostali? Spúšťač DD1 riadi všetko vnútri časovača: ak je nastavený na jeden, výstupné napätie je vysoké a ak je resetované, výstup 3 je nízky a navyše je tranzistor VT3 otvorený. Účelom tohto tranzistora je vybiť časovací kondenzátor v obvode, napríklad v generátore impulzov.
Spúšťač DD1 je riadený pomocou komparátorov DA1 a DA2. Na riadenie činnosti spúšťača na výstupoch komparátorov je potrebné získať signály vysokej úrovne R a S. Na jeden zo vstupov každého komparátora je privedené referenčné napätie, ktoré je generované presným deličom na odporoch R1 ... R3. Odpor rezistorov je rovnaký, takže použité napätie je rozdelené na 3 rovnaké časti.
Generovanie riadiaceho signálu spustenia
Začiatok časovača
Jednosmerné napätie 1 / 3U sa privádza na priamy vstup komparátora DA2 a vonkajšie napätie na spustenie časovača Uzap cez kolík 2 sa privádza na inverzný vstup komparátora. Aby bolo možné pôsobiť na vstup S spúšťača DD1 na výstupe z tohto porovnávača, je potrebné získať vysokú úroveň. Toto je možné, ak napätie Ustap bude v rozsahu 0 ... 1/3 U.
Dokonca aj krátkodobý impulz takéhoto napätia spustí impulz DD1 a objaví sa časovač vysokého napätia. Ak je vstup Ucap vystavený napätiu nad 1 / 3U a až do napájacieho napätia, na výstupe z mikroobvodu nedôjde k žiadnym zmenám.
Časovač zastaviť
Na zastavenie časovača stačí resetovať interný spúšťač DD1, a preto na výstupe z porovnávača DA1 vygenerujte signál vysokej úrovne R. Komparátor DA1 je zapnutý trochu inak ako DA2.Na invertujúci vstup je privedené referenčné napätie 2/3 U a na priamy vstup je privedený riadiaci signál „Hranica odozvy“ Ufor.
Pri tomto zahrnutí nastane vysoká úroveň na výstupe porovnávača DA1 iba vtedy, keď napätie Upoor na priamom vstupe prekročí referenčné napätie 2/3 U na invertujúcom. V tomto prípade sa resetuje spúšťač DD1 a na výstupe z mikroobvodu (pin 3) sa vytvorí signál nízkej úrovne. Otvorí sa aj tranzistor VT3 s „vybíjaním“, ktorý vybije kondenzátor s nastaveným časom.
Ak je vstupné napätie v rozmedzí 1 / 3U ... 2 / 3U, nebude fungovať žiadny z porovnávačov, nedôjde k zmene stavu na výstupe časovača. V digitálnej technológii sa toto napätie nazýva „šedá úroveň“. Ak jednoducho pripojíte kolíky 2 a 6, získate komparátor s úrovňou vypnutia 1 / 3U a 2 / 3U. A to aj bez jediného dodatočného detailu!
Zmena referenčného napätia
Kolík 5, označený ako Uobr na obrázku, je určený na riadenie referencie napätia alebo jej zmenu pomocou dodatočných odporov. Na tento vstup je tiež možné privádzať riadiace napätie, takže je možné získať frekvenčne alebo fázovo modulovaný signál. Tento záver sa však častejšie nepoužíva a na zníženie vplyvu interferencie je tento kondenzátor spojený s bežným drôtom prostredníctvom kondenzátora malej kapacity.
Mikroobvod je napájaný cez kolíky 1 - GND, 2 + U.
Tu je skutočný popis integrovaného časovača NE555. Časovač zhromaždil veľa rôznych obvodov, o ktorých sa bude diskutovať v nasledujúcich článkoch.
Boris Aladyshkin
Pokračovanie článku: 555 integrovaných návrhov časovačov
Pozri tiež na electro-sk.tomathouse.com
: