Spis treści:
- 1 NE555 - układ czasowy i nie tylko!
- 2 Timer NE555 - charakterystyka ogólna
- 3 Timer NE555 - schemat blokowy i układ wyprowadzeń
- 4 Timer NE555 jako generator monostabilny
- 5 Timer NE555 jako generator astabilny
- 6 Timer NE555 jako przerzutnik bistabilny
- 7 Timer 555 - najważniejsze cechy
- 8 Timer 555 - przykładowe aplikacje
Jest taki układ scalony, który, mimo że jest produkowany od pół wieku, nie zestarzał się, a jego zakres zastosowań jest tak szeroki, że powstało o nim wiele książek. Poznaj timer NE555!
NE555 - układ czasowy i nie tylko!
Niniejszy artykuł prezentuje historię, budowę sprzętową i przykładowe aplikacje układu scalonego NE555, który w historii elektroniki zapisał się jako miniaturowa maszyna czasu łącząca w sobie elementy techniki cyfrowej i analogowej.
Timer NE555 - charakterystyka ogólna
Timer NE555 jest układem scalonym ogólnego przeznaczenia, który ma szerokie spektrum zastosowań – w oparciu o niego można zbudować układy elektroniczne przeznaczone zarówno do zabawek, domowych urządzeń elektrycznych, pojazdów mechanicznych, jak i do promów kosmicznych. Jego konstrukcja umożliwia pracę w trzech trybach podstawowych – generatora monostabilnego, generatora astabilnego i przerzutnika bistabilnego. Projektantem układu scalonego NE555 był szwajcarski inżynier Hans Rudolph Camenzind (1934–2012). Na początku lat 70. XX wieku wynalazca był zatrudniony na kontrakcie z firmą Signetics (obecnie NXP Semiconductors) w celu rozwinięcia projektu układu scalonego realizującego pętlę synchronizacji fazy (PLL). W rezultacie konstruktor uzyskał oscylator dla pętli synchronizacji fazy, którego częstotliwość oscylacji nie była zależna od napięcia zasilania i temperatury.
Niestety panujący wówczas kryzys gospodarczy zmusił szefostwo Signetics do zwolnienia blisko połowy kadry, co spowodowało zawieszenie projektu. Camenzind zaproponował jednak rozwiązanie alternatywne, które polegało na stworzeniu uniwersalnego układu scalonego bazującego na oscylatorze dla pętli PLL. Projekt początkowo budził sprzeciw innych inżynierów w tym czasie zatrudnionych w przedsiębiorstwie. Twierdzili oni, że układ ten można zbudować z komponentów, które już były dostępne w ich ofercie. W dodatku powstanie i wejście na rynek układu scalonego NE555 w 1972 roku było dość ryzykownym krokiem nie tylko z uwagi na wszechobecny kryzys. Niewiele wcześniej do seryjnej produkcji wprowadzono bowiem układ scalony Intel 4004, czyli pierwszy mikroprocesor – układ programowalny przeznaczony do użytku cywilnego, który otworzył zupełnie nowy rozdział w historii zarówno elektroniki, jak i informatyki. Ostatecznie dział marketingu i sprzedaży firmy Signetics zaakceptował konstrukcję Camenzinda. Pierwotny prototyp układu NE555 mieścił się w 9-pinowej metalowej obudowie TO-5, ale już po kilku dniach niestrudzony konstruktor zmodyfikował układ tak, aby mógł się on zmieścić do obudowy plastikowej typu DIL8 – wystarczyło zamienić wewnętrzne źródło prądowe na rezystor. Ostatecznie układ NE555 trafił do sprzedaży w obudowie TO-5 oraz DIL8. W 1972 roku ten układ scalony był wytwarzany aż przez 12 przedsiębiorstw specjalizujących się w masowej produkcji półprzewodników.
Timer NE555 - schemat blokowy i układ wyprowadzeń
Na rys. 1 przedstawiono uproszczony schemat blokowy timera 555 z uwzględnieniem kluczowych bloków tworzących ten układ.
Rys. 1 – uproszczony schemat blokowy timera 555:
Legenda:
A – wejściowy dzielnik rezystorowy 3x 5kΩ;
B – komparator napięcia górnego progu zadziałania;
C – komparator napięcia dolnego progu zadziałania;
D – przerzutnik SET/RESET;
E – wtórnik wyjściowy;
F – tranzystor rozładowujący obwód czasowy
Układ czasowy NE555 zawiera w swojej strukturze 23 tranzystory (bipolarne w wykonaniu TTL lub polowe w wykonaniu CMOS), a także diody i rezystory. Podstawowymi elementami funkcjonalnymi układu czasowego NE555 są: dzielnik rezystorowy napięcia, komparatory i przerzutnik SR. Zadaniem komparatorów jest porównywanie napięć na wejściach odwracających i nieodwracających. Jeśli napięcie na wejściu nieodwracającym komparatora jest wyższe niż na wejściu odwracającym, komparator wystawia na wyjściu stan wysoki. Ponieważ komparatory mają wysoką rezystancję wejściową, na każdym z trzech rezystorów tworzących wejściowy dzielnik napięcia napięcie będą podzielone po równo. Natomiast przerzutnik SR jest swego rodzaju pamięcią jednobitową. Kiedy wejście S jest w stanie wysokim, na wyjściu przerzutnika jest stan wysoki. Natomiast kiedy wejście R jest w stanie wysokim, na wyjściu przerzutnika jest stan niski.
Rys. 2 – wyprowadzenia układu scalonego NE555 w obudowie typu DIL8
Na rys. 2 przedstawiono schemat wyprowadzeń układu scalonego NE555 w standardowej obudowie plastikowej typu DIL8. Poszczególne wyprowadzenia mają następujące funkcje:
1 – GROUND – masa zasilania;
2 – TRIGGER – podanie na ten pin krótkiego impulsu ze stanu wysokiego na niski wyzwala timer;
3 – OUTPUT – wyjście impulsów;
4 – RESET – zwarcie tego pinu do masy (podanie stanu niskiego) resetuje układ;
5 – CONTROL VOLTAGE – podając na ten pin zewnętrzne napięcie sterujące, możemy zmienić progi napięć zadziałania wewnętrznych komparatorów;
6 – THRESHOLD – kiedy napięcia na tym pinie przekracza ⅔ napięcia zasilania, na pinie nr 3 zanikają impulsy;
7 – DISCHARGE – kolektor (w wersji CMOS: dren) tranzystora rozładowującego obwód czasowy;
8 – POWER SUPPLY (VCC) – napięcie zasilania (od +5V do +15V względem potencjału pinu nr 1)
Timer NE555 jako generator monostabilny
W trybie generatora monostabilnego (rys. 3), po podaniu krótkiego impulsu ze stanu wysokiego na stan niski na pin nr 2 poprzez zwarcie przycisku S1, na pinie nr 3 timer 555 generuje impuls stanu wysokiego, którego czas trwania T zależy od dobranych wartości rezystancji rezystora R1 i kondensatora C1, zgodnie z zależnością (1.1):
T = 1,1*R1 * C1 (1.1)Impuls stanu wysokiego przechodzi w stan niski wtedy, kiedy napięcie na pinie nr 6 osiąga ⅔ wartości napięcia zasilania na pinie nr 8. Wtedy także wewnętrzny tranzystor rozładowuje do końca kondensator obwodu czasowego. Im dłuższy żądany czas trwania impulsu w stanie wysokim, tym większe wartości elementów R1 i C1 należy dobrać.
Rys. 3 – timer NE555 jako generator monostabilny
Timer NE555 jako generator astabilny
W trybie generatora astabilnego (rys. 4), układ połączeń elementów zewnętrznych jest nieco inny niż dla trybu monostabilnego. W tym trybie wyprowadzenia nr 2 i nr 6 są ze sobą zwarte, co sprawia, że timer 555 będzie generował na pinie nr 3 przebieg okresowy. Częstotliwość tego przebiegu będzie zależna od dobranych rezystancji Ra i Rb oraz pojemności C, zgodnie z zależnością (2.1):
W tym trybie, poprzez dobieranie odpowiednich wartości elementów możemy także zmieniać współczynnik wypełnienia przebiegu na wyjściu (pinie nr 3), zgodnie z zależnością (2.2):
Rys. 4 – timer NE555 jako generator astabilny
Timer NE555 jako przerzutnik bistabilny
Timer 555 ma jeszcze trzeci podstawowy tryb pracy – przerzutnik bistabilny (rys. 5). W takiej konfiguracji układ może osiągnąć dwa stany stabilne na wyjściu (pin nr 3), tj. stan niski lub stan wysoki. W tym przypadku kondensator obwodu czasowego jest zbędny. Wystarczy podłączyć dwa przełączniki monostabilne, tj. S1 i S2. Krótkie naciśnięcie przycisku S1 powoduje podanie stanu niskiego na pin nr 2 i trwałe przerzucenie pinu nr 3 w stan niski. Natomiast krótkie naciśnięcie przycisku S2 spowoduje podanie stanu niskiego na pin nr 4 i trwałe przerzucenie pinu nr 3 w stan wysoki.
Rys. 5 – timer NE555 jako przerzutnik bistabilny
Timer 555 - najważniejsze cechy
Prosta implementacja podstawowych konfiguracji to niejedyne zalety timera 555. Warto wyróżnić także szeroki zakres napięć zasilania (od +5 V do +15 V) oraz maksymalną wydajność prądową wyjścia na poziomie 200 mA, co pozwala na współpracę z układami logicznymi TTL. Należy tu nadmienić, że piny nr 2 i nr 6 są ze sobą kompatybilne pod kątem poziomów logicznych napięć przełączania pomiędzy stanem niskim a stanem wysokim. Dobierając odpowiednie elementy zewnętrzne, możesz ustawić czas działania timera 555 w trybie monostabilnym nawet do kilkunastu minut, a maksymalna częstotliwość przebiegu, jaką jesteś w stanie uzyskać na wyjściu w trybie astabilnym, wynosi nawet 500 kHz. Współczynnik wypełnienia można także regulować w czasie rzeczywistym poprzez zastąpienie rezystora potencjometrem. Natomiast stabilność temperaturowa układu NE555 plasuje się na poziomie 50 ppm/°C.
Timer 555 - przykładowe aplikacje
Układ scalony timera 555 jest używany w wielu projektach elektronicznych do generowania impulsów. Teraz przedstawimy kilka głównych projektów opartych na układzie scalonym NE555, które są proste i bardzo praktyczne. Projekty te można wykonać z użyciem łatwo dostępnych elementów dyskretnych.
Timer 555 jako przetwornica napięcia DC/DC
Ten projekt układu umożliwia wytworzenie napięcia prawie dwukrotnie przewyższającego napięcie wejściowe przy użyciu zasady mnożnika napięcia. Na przykład, jeśli napięcie wejściowe wynosi około 5 V DC, to można uzyskać na wyjściu napięcie około 10 V DC. Ten projekt na timerze 555 działa w konfiguracji generatora astabilnego. Kondensatory są połączone szeregowo i do ładowania tych kondensatorów zegar NE555 dostarcza impulsy zegarowe. Naładowane kondensatory zmieniają napięcie, które jest równe prawie dwukrotnej wartości napięcia wejściowego. Napięcie na wyjściu można zmierzyć za pomocą multimetru.
Timer 555 jako generator sygnału akustycznego dla alarmu antywłamaniowego
Ten układ umożliwia identyfikowanie złodzieja, który rozbija szybę w oknie, poprzez uruchomienie alarmu. Projekt zaprojektowany w oparciu o układ timera 555 jest używany jako system bezpieczeństwa. Kiedy dojdzie do przerwania pętli, układ scalony aktywuje sygnalizator akustyczny, aby dać ostrzeżenie o włamaniu.
Timer 555 jako przełącznik obciążenia elektrycznego sterowany dotykiem
Ten projekt ma na celu regulowanie obciążenia przez krótki czas za pomocą przełącznika dotykowego i układu scalonego timera 555. Tu timer działa w trybie monostabilnym i aktywuje się za pomocą płytki dotykowej podłączonej do jego pinu nr 2. Pin nr 3 układu NE555 zapewnia wysoki stan logiczny dla ustalonego przedziału czasu, o którym decyduje stała czasowa RC. Stan wysoki na wyjściu sprawia, że przekaźnik załącza obciążenie na odpowiedni czas, po czym wyłącza się automatycznie.
3 Responses
Kiedyś widziałem schemat alarmu właśnie z tym układem scalonym w jakimś czasopiśmie, prawdopodobnie był to radioelektronik. Czy macie ten artykuł?
Niestety nie posiadamy tego artykułu.
jest w opracowaniu ,, 100 projektów na NE 555 ”’ Krzysztof Górski i za jakieś marne grosze można to na kompa ściągnąć