Мікросхема 555: опис та практичне застосування

Мікросхеми 555 застосовуються досить часто в радіоаматорський практиці – вони практичні, багатофункціональні і дуже прості у використанні. На таких мікросхемах можна реалізувати будь-яку конструкцію – як найпростіші тригери Шмітта з парочкою додаткових елементів, так і багатоступінчасті кодові замки. NE555 була розроблена вже досить давно, навіть у радянських журнали «Радіо», «Моделіст-конструктор», на аналоги цієї мікросхеми можна було зустріти чимало саморобок. На сьогоднішній день ця мікросхема активно застосовується в конструкціях зі світлодіодами.

Опис мікросхеми

Це розробка компанії з США Signetics. Саме її фахівці змогли реалізувати на практиці роботи Камензинда Ганса. Це, можна сказати, батько інтегральної мікросхеми – у важких умовах високої конкуренції інженерам вдалося зробити продукт, який вийшов на світовий ринок і завоював широку популярність.


В ті роки у мікросхеми 555 серії не було в світі аналогів – дуже висока щільність монтажу елементів у пристрої і вкрай низька собівартість. Саме завдяки цим параметрам вона заслужила високу популярність серед конструкторів.

Вітчизняні аналоги

Після почалося масове копіювання цього радиоэлемента – радянський аналог мікросхеми носив назву КР1006ВИ1. Між іншим, вона у всіх відносинах є унікальною розробкою, навіть незважаючи на те, що у неї багато аналогів. Тільки у вітчизняних мікросхем вхід зупинки пріоритетніше, ніж вхід запуску. Ні в одній із зарубіжних конструкцій немає такої особливості. Але цю особливість обов'язково потрібно враховувати при проектуванні схем, в яких обидва входи активно використовуються.

Де застосовується?

Але потрібно зауважити, що пріоритети входів не дуже сильно впливають на працездатність мікросхеми. Це лише дрібний нюанс, який потрібно враховувати в рідкісних випадках. Для зниження споживаної потужності в середині 70-х був налагоджений випуск КМОН-елементів. В СРСР мікросхеми на полевиках носили назву КР1441ВИ1. Генератори на мікросхемі 555 дуже часто використовуються в конструкціях радіоаматорів. Нескладно реалізувати на цій мікросхемі і реле часу, причому затримку можна встановити від кількох мілісекунд до годин. Існують і більш складні елементи, в основі яких знаходиться 555 схема – вони містять у собі пристрої для запобігання деренчання контактів, ШІМ-контролери, відновлення сигналу цифрового типу.

Переваги і недоліки мікросхеми

Всередині таймера є вбудований дільник напруги – саме він дозволяє задати строго фіксований нижній і верхній поріг, при якому відбувається спрацьовування компараторів. Саме звідси можна зробити висновок про головний недолік – пороговими значеннями неможливо управляти, а з конструкції виключити дільник теж не можна, істотно звужується область практичного застосування мікросхеми 555. Схеми мультивибраторов і одновибраторов побудувати можна, але більш складні конструкції не вийде. При виготовленні таймерів на біполярних транзисторах вискакує один великий недолік – вихідний каскад переходить в протилежну стан. І при кожному перемиканні з'являється наскрізний паразитний струм, пікове значення його може бути близько 400 мА. При цьому істотно збільшуються втрати на тепло.

Як позбутися від недоліків?

Але позбутися такої проблеми можна, досить встановити полярний конденсатор не більше 01 мкФ між керуючим виводом і мінусом харчування. А щоб суттєво підвищити завадостійкість, в ланцюзі харчування встановлюється неполярний конденсатор ємністю 1 мкФ. При практичному застосуванні мікросхем 555 важливо враховувати, що впливають на їх роботу пасивні елементи (резистори і конденсатори. Але потрібно помітити одну особливість – при використанні таймерів на КМОП-елементах ці всі недоліки просто йдуть, немає необхідності застосовувати додаткові конденсатори.

Основні параметри мікросхем

Якщо ви вирішите виготовити таймер на мікросхемі 555 то потрібно знати її основні особливості. Всього в приладі є п'ять вузлів, їх можна побачити на діаграмі. По входу знаходиться дільник напруга резистивного типу. З його допомогою відбувається формування двох опорних напруг, необхідних для роботи компараторів. Виходи компараторів з'єднуються з RS-тригером і зовнішнім контактом для скидання. І тільки після цього на підсилювальний пристрій, де збільшується значення сигналу.

Харчування мікросхем

У закінченні знаходиться транзистор, у якого відкритий колектор – він виконує ряд функцій, все залежить від того, яка конкретно завдання стоїть перед ним. Рекомендується на інтегральні мікросхеми NE, SA, NA подавати напругу живлення в діапазоні 45-16 Ст. Тільки у разі застосування мікросхем 555 з абревіатурою SE допускається збільшення до 18 Ст.

Максимальний струм споживання при напрузі 45 може досягати 10-15 мА, мінімальне значення – 2-5 мА. Існують мікросхеми КМОП, у яких струм споживання не перевищує 1 мА. У вітчизняних ІМС типу КР1006ВИ1 струм споживання не перевищує 100 мА. Детальний опис мікросхеми 555 і її вітчизняних аналогів можна знайти в даташітах.

Експлуатація мікросхеми

Умови експлуатації безпосередньо залежать від того, яка фірма виробляє мікросхему. В якості прикладу можна навести два аналога – NE555 і SE555. У першій діапазон температур, в якому вона буде нормально працювати, знаходиться в інтервалі 0-70 градусів. У другої ж він набагато ширше – від -55 до +125 градусів. Тому такі параметри завжди потрібно враховувати при проектуванні пристроїв. Бажано ознайомитися з усіма типовими значеннями напруг і струмів на виводах Reset, TRIG, THRES, CONT. Для цього можна скористатися даташитом до конкретної моделі – в ній ви знайдете вичерпну інформацію.
Від цього залежить і практичне застосування схеми. Радіоаматорами мікросхема 555 використовується досить часто – в системах управління навіть існують задають генератори для радіопередавачів на цьому елементі. Перевага його перед будь-яким транзисторним або ламповим варіантом – неймовірно висока стабільність частоти. І немає потреби підбирати елементи з високою стабільністю, встановлювати додаткові пристрої для вирівнювання напруги. Досить встановити просту мікросхему і посилити сигнал, який буде вироблятися на виході.

Призначення виводів ІМС

На мікросхемах 555 серії присутні всього вісім висновків, тип корпусу PDIP8 СПК, TSSOP. Але у всіх випадках призначення висновків однакове. УДО елемента – це прямокутник, підписаний «G1» у разі генератора одиночних імпульсів і «GN» для мультивібратора. Призначення висновків: GND – загальний, по порядку він перший (якщо рахувати від ключа-мітки). На цей висновок подається мінус від джерела живлення. TRIG – вхід запуску. Саме на цей висновок подається низькорівневий імпульс і він надходить на другий компаратор. В результаті відбувається запуск ІМС і з'являється на виході сигнал з високим рівнем. Причому тривалість сигналу залежить від значень і R. OUT – вихід, на якому з'являється сигнал високого і низького рівнів. Перемикання між ними займає не більше 01 мкс. RESET – скидання. Цей вхід володіє найвищим пріоритетом, він управляє таймером, причому не залежить це від того, чи є напруга на інших ніжках мікросхеми. Щоб дозволити запуск, потрібно наявність напруги понад 07 В. У тому випадку, якщо імпульс менше 07 В, то робота мікросхеми 555 забороняється. CTRL – контрольний вхід, який з'єднується з дільником напруги. І якщо немає ніяких зовнішніх факторів, які можуть вплинути на роботу, видається на цьому виході напруга 2/3 від напруги. При подачі керуючого сигналу на цей вхід на виході утворюється модульований імпульс. У випадку з простими схемами цей вихід з'єднується до конденсатора. THR – зупинка. Це вхід 1-го компаратора, в разі появи на ньому напруги 2/3 від напруги відбувається зупинка роботи тригера і таймер переводиться в низький рівень. Але обов'язкова умова – на ніжці TRIG не повинно бути сигналу запуску (так як у нього пріоритет). DIS – розряд. Він з'єднується безпосередньо з транзистором, розташованим усередині мікросхеми 555. У нього загальний колектор. У ланцюзі емітер-колектор встановлюється конденсатор, який необхідний для того, щоб задати час. VCC – підключення до плюса джерела живлення.

Режим одновібратора

Всього існує три режиму роботи мікросхеми NE555 один з них – одновібратор. Щоб здійснити формування імпульсів, доводиться застосовувати конденсатор полярного типу і резистор. Робота схеми відбувається таким чином: До входу таймера прикладається напруга – низькорівневий імпульс. Відбувається перемикання режиму роботи мікросхеми. На виводі «3» з'являється сигнал з високим рівнем. Розрахувати час, протягом якого проходить сигнал, можна за простою формулою: t=11*R*C. По закінченні цього часу на виході відбудеться формування низькорівневого сигналу. В режимі мультивібратора висновки «4» і «8» з'єднуються. При розробці схем на основі одновібратора потрібно враховувати такі нюанси: Напруга живлення не може впливати на час імпульсу. При збільшенні напруги швидкість зарядки конденсатора, який задає час, більше. Отже, збільшується амплітуда сигналу на виході. Якщо зробити подачу додаткового імпульсу на вхід (вже після основного), то він не вплине на працездатність таймера до закінчення часу t. Щоб вплинути на функціонування генератора, можна скористатися одним із способів: На висновок RESET подати сигнал низького рівня. При цьому таймер повернеться в стан за замовчуванням. Якщо на вхід «2» іде сигнал низького рівня, то на виході завжди буде високий імпульс. За допомогою одиночних імпульсів, поданих на вхід, і зміни параметрів времязадающіх компонентів, можна на виході отримати прямокутний сигнал потрібної тривалості.

Схема мультивібратора

Виготовити металошукач на мікросхемі 555 зможе будь-який початківець радіоаматор, але для цього потрібно вивчити особливості роботи цього приладу. Мультивібратор – це спеціальний генератор, який виробляє з певною періодичністю прямокутні імпульси. Причому строго визначається амплітуда, тривалість і частота – значення залежать від того, яке завдання стоїть перед пристроєм. Для формування повторюваних сигналів застосовуються резистори і конденсатори. Тривалість сигналу t1 паузи t2 частоту f, і період T можна знайти за наступними формулами: t1=ln2*(R1+R2)*C=0693*(R1+R2)*C; t2=0693*C*(R1+2*R2); T=0693*C*(R1+2*R2); f=1/(0693*C*(R1+2*R2)). Виходячи з цих виразів, можна побачити, що пауза по тривалості не повинна бути більше часу сигналу. Іншими словами, шпаруватість не буде ніколи більше 2. Від цього безпосередньо залежить практичне застосування мікросхеми 555. Схеми різних пристроїв і конструкцій будуються за даташітам - інструкцій. У них дано всі можливі рекомендації для складання приладів. Шпаруватість можна знайти за формулою S=T/t1. Щоб збільшити цей показник, необхідно додати в схему напівпровідниковий діод. Його катод з'єднується з шостої ніжкою, а анод з сьомої. Якщо подивитися в даташит, то в ньому вказується зворотна величина шпаруватості – її можна порахувати за формулою D=1/S. вона Вимірюється у відсотках. Роботу схеми мультивібратора можна описати наступним чином: При подачі живлення конденсатор повністю розряджений. Таймер переводиться в високорівневе стан. Конденсатор нагромаджує заряд і на ньому напругу досягає максимуму – 2/3 від напруги. Відбувається перемикання мікросхеми і на виході з'являється сигнал низького рівня. Конденсатор розряджається протягом t1 до рівня 1/3 від живлячої напруги. Мікросхема 555 знову перемикається і на виході утворюється знову високорівневий сигнал. Такий режим роботи називається автоколивальних. На виході постійно змінюється величина сигналу, мікросхема-таймер 555 рівні проміжки часу знаходиться в різних режимах.

Прецизійний тригер Шмітта

У таймерах типу NE555 і аналогічних є вбудований компаратор з двома порогами – нижнім та верхнім. Крім того, в ньому присутній спеціальний RS-тригер. Саме це дозволяє реалізувати конструкцію прецизійного тригера Шмітта. Напруга, що надходить на вхід, ділиться за допомогою компаратора на три рівні частини. І як тільки досягає рівень значення порогу, відбувається перемикання режиму роботи мікросхеми. Гістерезис при цьому збільшується, його величина досягає значення 1/3 від напруги живлення. Використовується прецизійний тригер в конструкціях систем з автоматичним регулюванням.