Integrierter Timer NE555 - Historie, Design und Betrieb

Die Geschichte der Entstehung eines sehr beliebten Chips und eine Beschreibung seiner internen Struktur

Eine der Legenden der Elektronik ist Chip für integrierte Schaltkreise NE555. Es wurde bereits 1972 entwickelt. Eine solche Langlebigkeit ist weit entfernt von jedem Chip und nicht einmal jeder Transistor kann stolz darauf sein. Was ist das Besondere an dieser Mikroschaltung, deren Kennzeichnung drei Fünfer enthält?

Signetics startet Serienproduktion des NE555-Chips genau ein Jahr danach es wurde von Hans R. Kamensind entwickelt. Das Erstaunlichste an dieser Geschichte war, dass Kamensind zu dieser Zeit praktisch arbeitslos war: Er verließ PR Mallory, schaffte es aber nicht, irgendwohin zu gelangen. Tatsächlich war es eine „Hausaufgabe“.

Der Chip erblickte das Licht der Welt und erlangte dank der Bemühungen von Signetics-Manager Art Fury, der natürlich ein Freund von Kamensind war, so großen Ruhm und Popularität. Er arbeitete für General Electric und kannte den Elektronikmarkt, was dort gebraucht wurde und wie er die Aufmerksamkeit eines potenziellen Käufers auf sich ziehen konnte.

Nach den Erinnerungen von Kamensinda war A. Fury ein wahrer Enthusiast und Liebhaber seines Handwerks. Zu Hause hatte er ein ganzes Labor mit Funkkomponenten, in dem er verschiedene Studien und Experimente durchführte. Dies ermöglichte es, umfangreiche praktische Erfahrungen zu sammeln und theoretisches Wissen zu vertiefen.

Zu dieser Zeit hießen Signetics-Produkte „5 **“, und der erfahrene A. Fury, der ein übernatürliches Gespür für den Elektronikmarkt hatte, entschied, dass die Kennzeichnung von 555 (drei Fünfer) für den neuen Chip sehr willkommen wäre. Und er täuschte sich nicht: Der Mikrokreislauf lief einfach wie heiße Kuchen, er wurde vielleicht der massivste in der gesamten Geschichte der Herstellung von Mikroschaltkreisen. Das Interessanteste ist, dass die Mikroschaltung bis heute nicht an Relevanz verloren hat.

Etwas später erschienen zwei Buchstaben in der Markierung der Mikroschaltung, sie wurde als NE555 bekannt. Aber da in jenen Tagen das Patentierungssystem völlig durcheinander war, beeilte sich der integrierte Timer, alle freizulassen, die nicht faul sind, und stellte drei (lesen Sie Ihre) Buchstaben vor drei Fünfer. Später, basierend auf dem 555-Timer, wurden natürlich zwei (IN556N) und vierfache (IN558N) Timer in mehr mehrpoligen Fällen entwickelt. Aber die Basis war immer noch die gleiche NE555.

Abb. 1. Integrierter Timer NE555

555 in der UdSSR

Die Erstbeschreibung von 555 in der heimischen radiotechnischen Literatur erschien bereits 1975 in der Zeitschrift Electronics. Die Autoren des Artikels stellten fest, dass dieser Chip nicht weniger beliebt sein wird als die damals bekannten Operationsverstärker. Und sie haben sich überhaupt nicht geirrt. Die Mikroschaltung ermöglichte es, sehr einfache Designs zu erstellen, und fast alle arbeiteten sofort und ohne schmerzhafte Anpassung. Es ist jedoch bekannt, dass die Wiederholbarkeit des Designs zu Hause proportional zum Quadrat seiner „Einfachheit“ zunimmt.

In der Sowjetunion wurde Ende der 80er Jahre ein vollständiges Analogon von 555 entwickelt, genannt KR1006VI1. Die erste industrielle Anwendung des Haushaltsanalogons war der Videorecorder VCR12 Electronics.

Chiphersteller NE555:

Interner Gerätechip NE555

Bevor Sie den Lötkolben greifen und mit dem Zusammenbau der Struktur auf dem integrierten Timer beginnen, müssen Sie zunächst herausfinden, was sich darin befindet und wie alles funktioniert. Danach wird es viel einfacher sein zu verstehen, wie ein bestimmtes praktisches Schema funktioniert.

Der integrierte Timer enthält über zwanzig Transistorenderen Anschluss in der Abbildung dargestellt ist - https://i.electricianexp.com/de/555ic.jpg

Wie Sie sehen können, ist der Schaltplan recht komplex und wird hier nur zur allgemeinen Information angegeben.Schließlich können Sie mit einem Lötkolben sowieso nicht darauf zugreifen, Sie können ihn jedoch nicht reparieren. Genau so sehen alle anderen digitalen und analogen Mikroschaltungen von innen aus (siehe - Legendäre analoge Chips) Dies ist die Technologie zur Herstellung von integrierten Schaltkreisen. Es wird auch nicht möglich sein, die Logik der Vorrichtung als Ganzes durch ein solches Schema zu verstehen, daher wird das Funktionsschema unten gezeigt und seine Beschreibung gegeben.

Technische Daten

Bevor Sie sich jedoch mit der Logik des Chips befassen, sollten Sie wahrscheinlich dessen elektrische Parameter angeben. Der Bereich der Versorgungsspannungen ist groß genug, 4,5 ... 18 V, und der Ausgangsstrom kann 200 mA erreichen, was die Verwendung von Relais mit geringer Leistung als Last ermöglicht. Der Chip selbst verbraucht sehr wenig: Dem Laststrom werden nur 3 ... 6 mA hinzugefügt. Gleichzeitig ist die Genauigkeit des Timers selbst praktisch unabhängig von der Versorgungsspannung - nur 1 Prozent des berechneten Wertes. Die Drift beträgt nur 0,1% / Volt. Die Temperaturdrift ist ebenfalls gering - nur 0, 005% / ° C. Wie Sie sehen können, ist alles ziemlich stabil.

Funktionsdiagramm des NE555 (KR1006VI1)

Wie oben erwähnt, haben sie in der UdSSR ein Analogon zum bürgerlichen NE555 hergestellt und es KR1006VI1 genannt. Das Analogon erwies sich als sehr erfolgreich, nicht schlechter als das Original, sodass Sie es ohne Angst oder Zweifel verwenden können. Abbildung 3 zeigt das Funktionsdiagramm des integrierten Timers KR1006VI1. Es ist voll konsistent mit dem NE555-Chip.

Abbildung 3. Funktionsdiagramm des integrierten Timers KR1006VI1

Der Chip selbst ist nicht so groß - er ist in einem achtpoligen DIP8-Gehäuse sowie in einem kleinen SOIC8 erhältlich. Letzteres legt nahe, dass 555 für die SMD-Bearbeitung verwendet werden kann, dh Entwickler haben immer noch ein Interesse daran.

Es gibt auch wenige Elemente in der Mikroschaltung. Der wichtigste ist Die häufigste RS ist ein Trigger DD1. Wenn eine logische Einheit dem Eingang R zugeführt wird, wird der Trigger auf Null zurückgesetzt, und wenn eine logische Einheit dem Eingang S zugeführt wird, wird sie natürlich auf Eins gesetzt. Steuersignale an den RS - Eingängen erzeugen Spezialschaltung an Komparatoren, was etwas später besprochen wird.

Die physikalischen Ebenen einer logischen Einheit hängen natürlich von der verwendeten Versorgungsspannung ab und reichen praktisch von Upit / 2 bis fast vollem Upit. Für logische Mikroschaltungen der CMOS-Struktur wird ungefähr das gleiche Verhältnis beobachtet. Die logische Null liegt wie üblich innerhalb von 0 ... 0,4 V. Diese Ebenen befinden sich jedoch im Mikrokreislauf. Sie können sie nur erraten, aber Sie können sie nicht mit Ihren Händen fühlen, Sie können nicht mit Ihren Augen sehen.

Ausgangsstufe

Um die Lastkapazität des Chips zu erhöhen, ist eine leistungsstarke Ausgangsstufe an den Transistoren VT1, VT2 mit dem Ausgang des Triggers verbunden.

Wenn der RS-Trigger zurückgesetzt wird, enthält der Ausgang (Pin 3) eine logische Nullspannung, d.h. offener Transistor VT2. Wenn der Trigger am Ausgang installiert ist, ist auch der Pegel der logischen Einheit.

Die Ausgangsstufe besteht aus einer Gegentaktschaltung, mit der Sie die Last zwischen dem Ausgang und dem gemeinsamen Kabel (Klemmen 3.1) oder dem Leistungsbus (Klemmen 3.8) anschließen können.

Eine kleine Bemerkung zur Endstufe. Bei der Reparatur und Einstellung von Geräten an digitalen Mikroschaltungen besteht eine der Methoden zur Überprüfung der Schaltung darin, den Ein- und Ausgängen der Mikroschaltungen ein Signal mit niedrigem Pegel zuzuführen. Dies erfolgt in der Regel durch Kurzschließen des gemeinsamen Kabels dieser Ein- und Ausgänge mit Hilfe einer Nähnadel, ohne die Mikroschaltung zu beschädigen.

In einigen Schaltkreisen beträgt die Stromversorgung des NE555 5 V, daher scheint dies auch eine digitale Logik zu sein, und Sie können dies auch ganz frei tun. In Wirklichkeit ist dies jedoch nicht der Fall. Im Fall des 555-Chips bzw. seines Push-Pull-Ausgangs können solche „Experimente“ nicht durchgeführt werden: Wenn der Ausgangstransistor VT1 zu diesem Zeitpunkt offen ist, entsteht ein Kurzschluss und der Transistor brennt einfach aus. Und wenn die Versorgungsspannung nahe am Maximum liegt, ist ein bedauerliches Ende einfach unvermeidlich.

Zusätzlicher Transistor (Pin 7)

Neben den genannten Transistoren gibt es auch einen Transistor VT3. Der Kollektor dieses Transistors ist mit dem Ausgang des Chips 7 "Entladung" verbunden. Sein Zweck ist es, den Zeiteinstellungskondensator zu entladen, wenn die Mikroschaltung als Impulsgenerator verwendet wird. Die Entladung des Kondensators erfolgt, wenn der Trigger DD1 zurückgesetzt wird. Wenn wir uns an die Beschreibung des Triggers erinnern, befindet sich am inversen Ausgang (im Diagramm durch einen Kreis gekennzeichnet) in diesem Moment eine logische Einheit, die zum Öffnen des Transistors VT3 führt.

Über das Rücksetzsignal (Pin 4)

Sie können einen Trigger jederzeit zurücksetzen - das „Reset“ -Signal hat eine hohe Priorität. Zu diesem Zweck gibt es einen speziellen Eingang R (Pin 4), der in der Abbildung als Usbr angegeben ist. Wie aus der Figur ersichtlich ist, tritt ein Zurücksetzen auf, wenn ein Impuls mit niedrigem Pegel von nicht mehr als 0,7 V an den 4. Ausgang angelegt wird. Gleichzeitig erscheint am Ausgang der Mikroschaltung (Pin 3) eine niedrige Spannung.

In Fällen, in denen dieser Eingang nicht verwendet wird, wird ein logischer Einheitspegel an ihn angelegt, um Impulsrauschen zu beseitigen. Der einfachste Weg, dies zu tun, besteht darin, Pin 4 direkt mit dem Leistungsbus zu verbinden. In keinem Fall sollten Sie es, wie sie sagen, in der "Luft" lassen. Dann müssen Sie sich lange fragen und nachdenken, und warum funktioniert die Schaltung so instabil?

Allgemeine Triggernotizen

Um nicht völlig über den Zustand des Auslösers verwirrt zu sein, sollte daran erinnert werden, dass bei Diskussionen über den Auslöser immer der Zustand seines direkten Austritts berücksichtigt wird. Nun, wenn gesagt wird, dass der Trigger "installiert" ist, dann am direkten Ausgang den Status der logischen Einheit. Wenn sie sagen, dass der Trigger "zurückgesetzt" ist, hat der direkte Ausgang mit Sicherheit einen logischen Nullzustand.

Bei der inversen Ausgabe (mit einem kleinen Kreis markiert) ist alles genau umgekehrt, daher wird die Triggerausgabe häufig als Paraphase bezeichnet. Um nicht noch einmal alles zu verwirren, werden wir nicht mehr darüber sprechen.

Jeder, der diesen Ort sorgfältig gelesen hat, kann fragen: „Entschuldigung, es ist nur ein Auslöser mit einer starken Transistorkaskade am Ausgang. Und wo ist der Timer selbst? " Und er wird Recht haben, denn die Angelegenheit hat den Timer noch nicht erreicht. Um einen Timer zu bekommen, erfand sein Vater, der Schöpfer von Hans R. Kamensind, eine originelle Methode, um diesen Auslöser zu steuern. Der Trick dieser Methode ist die Bildung von Steuersignalen.

Signalerzeugung an den RS - Eingängen des Triggers

Also, was haben wir bekommen? Der DD1-Trigger steuert alles im Timer: Wenn er auf eins gesetzt ist, ist die Ausgangsspannung hoch, und wenn er zurückgesetzt wird, ist Ausgang 3 niedrig und zusätzlich ist der VT3-Transistor offen. Der Zweck dieses Transistors besteht darin, einen Zeitsteuerungskondensator in einer Schaltung, beispielsweise einem Impulsgenerator, zu entladen.

Der DD1-Trigger wird mit den Komparatoren DA1 und DA2 gesteuert. Um den Betrieb des Triggers an den Ausgängen der Komparatoren zu steuern, ist es notwendig, Hochpegelsignale R und S zu erhalten. An einen der Eingänge jedes Komparators wird eine Referenzspannung angelegt, die von einem Präzisionsteiler an den Widerständen R1 ... R3 erzeugt wird. Der Widerstand der Widerstände ist der gleiche, daher wird die an sie angelegte Spannung in 3 gleiche Teile geteilt.

Generieren Sie das Steuerungssignal

Timer starten

Die Gleichspannung von 1 / 3U wird an den direkten Eingang des Komparators DA2 angelegt, und die externe Spannung zum Starten des Timers Uzap über Pin 2 wird an den inversen Eingang des Komparators angelegt. Um auf den Eingang S des Triggers DD1 am Ausgang dieses Komparators einzuwirken, ist es erforderlich, einen hohen Pegel zu erhalten. Dies ist möglich, wenn die Spannung Ustap im Bereich von 0 ... 1 / 3U liegt.

Selbst ein Kurzzeitimpuls einer solchen Spannung löst den DD1-Trigger und das Auftreten eines Hochspannungs-Timers aus. Wenn die Eingangskappe Spannungen über 1 / 3U und bis zur Versorgungsspannung ausgesetzt ist, treten am Ausgang der Mikroschaltung keine Änderungen auf.

Timer stoppen

Um den Timer zu stoppen, müssen Sie nur den internen Trigger DD1 zurücksetzen und dafür am Ausgang des Komparators DA1 ein Signal R mit hohem Pegel erzeugen. Der Komparator DA1 ist etwas anders eingeschaltet als DA2.Die Referenzspannung von 2 / 3U wird an den invertierenden Eingang angelegt, und das Steuersignal "Antwortschwelle" Ufor wird an den direkten Eingang angelegt.

Mit dieser Einbeziehung tritt ein hoher Pegel am Ausgang des Komparators DA1 nur dann auf, wenn die Spannung Upoor am direkten Eingang die Referenzspannung 2 / 3U am invertierenden überschreitet. In diesem Fall wird der DD1-Trigger zurückgesetzt und am Ausgang der Mikroschaltung (Pin 3) ein Signal mit niedrigem Pegel erzeugt. Außerdem öffnet sich der VT3-Transistor zum Entladen, wodurch der Zeiteinstellungskondensator entladen wird.

Wenn die Eingangsspannung innerhalb von 1 / 3U ... 2 / 3U liegt, funktioniert keiner der Komparatoren. Eine Zustandsänderung am Ausgang des Timers tritt nicht auf. In der Digitaltechnik wird diese Spannung als „Graustufe“ bezeichnet. Wenn Sie einfach die Pins 2 und 6 anschließen, erhalten Sie einen Komparator mit den Antwortpegeln 1 / 3U und 2 / 3U. Und auch ohne ein einziges zusätzliches Detail!

Referenzspannungsänderung

Pin 5, in der Abbildung als Uobr bezeichnet, dient zum Steuern oder Ändern der Spannungsreferenz mithilfe zusätzlicher Widerstände. Es ist auch möglich, diesem Eingang eine Steuerspannung zuzuführen, so dass es möglich ist, ein frequenz- oder phasenmoduliertes Signal zu erhalten. Diese Schlussfolgerung wird jedoch häufiger nicht verwendet. Um den Einfluss von Interferenzen zu verringern, wird sie über einen Kondensator mit geringer Kapazität mit einem gemeinsamen Draht verbunden.

Die Mikroschaltung wird über die Stifte 1 - GND, 2 + U mit Strom versorgt.

Hier ist die aktuelle Beschreibung des integrierten Timers NE555. Der Timer hat viele Arten von Schaltkreisen gesammelt, die in den folgenden Artikeln behandelt werden.

Boris Aladyshkin 

Fortsetzung des Artikels: 555 Integrierte Timer-Designs