Integrerad timer NE555 - historik, design och drift

Historiken om skapandet av ett mycket populärt chip och en beskrivning av dess interna struktur

En av legenderna om elektronik är integrerat kretschip NE555. Det utvecklades redan 1972. En sådan livslängd är långt ifrån varje chip och inte ens alla transistor kan vara stolta över. Så vad är så speciellt med den här mikrokretsen, som har tre femmor i sin markering?

Signetics lanserar serieproduktion av NE555 Chip exakt ett år efter den utvecklades av Hans R. Kamensind. Det mest fantastiska i denna berättelse var att Kamensind vid den tiden var praktiskt taget arbetslös: han slutade PR Mallory, men lyckades inte komma någonstans. Det var faktiskt en "läxa".

Chipet såg dagens ljus och fick så stor berömmelse och popularitet tack vare insatserna från Signetics manager Art Fury, som naturligtvis var en vän till Kamensind. Han arbetade tidigare för General Electric, så han visste elektronikmarknaden vad som behövdes där och hur man kunde locka upp en potentiell köpares uppmärksamhet.

Enligt memoarerna från Kamensinda A. var Fury en riktig entusiast och älskare av hans hantverk. Hemma hade han ett helt laboratorium fylld med radiokomponenter, där han utförde olika studier och experiment. Detta gjorde det möjligt att samla enorm praktisk erfarenhet och fördjupa teoretisk kunskap.

Vid den tiden kallades Signetics-produkter “5 **”, och den erfarna A. Fury, som hade en övernaturlig känsla av elektronikmarknaden, bestämde sig för att det att markera 555 (tre femmor) skulle vara välkomna för det nya chipet. Och han misstog sig inte: mikrokretsen gick helt enkelt som heta kakor, den blev kanske den mest massiva i hela historien för skapandet av mikrokretsar. Det mest intressanta är att mikrokretsen inte har tappat sin relevans till denna dag.

Något senare dök två bokstäver upp i markeringen av mikrokretsen, den blev känd som NE555. Men eftersom det under dessa dagar fanns en fullständig röra i patenteringssystemet, rusade den integrerade timern för att släppa alla som inte är lata, naturligtvis och lägger tre bokstäver (läs din) framför tre femmor. Senare, baserat på 555 timer, utvecklades naturligtvis dubbla (IN556N) och fyrdubbla (IN558N) timers i fler flerstiftade fall. Men basen var fortfarande samma NE555.

Fig. 1. Integrerad timer NE555

555 i Sovjetunionen

Den första beskrivningen av 555 i den inhemska radiotekniska litteraturen dök upp redan 1975 i tidskriften Electronics. Författarna till artikeln noterade det faktum att detta chip kommer att njuta av inte mindre popularitet än de allmänt kända operativa förstärkarna vid den tiden. Och de hade inte alls fel. Mikrokretsen gjorde det möjligt att skapa mycket enkla mönster och nästan alla började arbeta omedelbart utan smärtsam justering. Men det är känt att repeterbarheten för designen hemma ökar i proportion till kvadratet för dess "enkelhet".

I Sovjetunionen i slutet av 80-talet utvecklades en komplett analog av 555, kallad KR1006VI1. Den första industriella tillämpningen av den inhemska analogen var i videobandspelaren VCR12 Electronics.

Chiptillverkare NE555:

Internt enhetschip NE555

Innan vi tar tag i lödjärnet och startar monteringen av strukturen på den integrerade timern, låt oss först ta reda på vad som finns inuti och hur det hela fungerar. Efter det blir det mycket lättare att förstå hur ett specifikt praktiskt schema fungerar.

Den integrerade timern innehåller över tjugo transistorervars anslutning visas i figuren - https://i.electricianexp.com/sv/555ic.jpg

Som ni ser är kretsschemat ganska komplicerat och ges endast här för allmän information.När allt kommer omkring kan du inte komma in på det med en lödkolv ändå, du kommer inte att kunna reparera det. Faktum är att det är exakt det som alla andra mikrokretsar, både digitala och analoga, ser inifrån (se - Legendariska analoga chips). Sådan är tekniken för produktion av integrerade kretsar. Det kommer inte heller att vara möjligt att förstå logiken för enheten som helhet genom ett sådant schema, därför visas det funktionella schemat nedan och dess beskrivning ges.

Tekniska data

Men innan du hanterar chipets logik bör du förmodligen ta med dess elektriska parametrar. Räckvidden på matningsspänningar är ganska bred 4,5 ... 18V och utgångsströmmen kan nå 200 mA, vilket möjliggör användning av även lågeffektsreläer som en last. Chipet i sig förbrukar mycket lite: endast 3 ... 6 mA läggs till i belastningsströmmen. Samtidigt är timerns noggrannhet praktiskt taget oberoende av matningsspänningen, - endast 1 procent av det beräknade värdet. Driften är endast 0,1% / volt. Temperaturdrivningen är också liten - endast 0, 005% / ° C. Som ni ser är allt ganska stabilt.

Funktionsdiagram över NE555 (KR1006VI1)

Som nämnts ovan gjorde de i Sovjetunionen en analog av den borgerliga NE555 och kallade den KR1006VI1. Analogen visade sig vara mycket framgångsrik, inte sämre än originalen, så att du kan använda den utan någon rädsla eller tvivel. Figur 3 visar funktionsschemat för den integrerade timern KR1006VI1. Det överensstämmer helt med NE555-chipet.

Bild 3. Funktionsdiagram över den integrerade timer KR1006VI1

Själva chipet är inte så stort - det finns i ett åtta-stift DIP8-paket, såväl som i en liten storlek SOIC8. Det senare antyder att 555 kan användas för SMD-redigering, med andra ord, utvecklare har fortfarande ett intresse av det.

Det finns också få element i mikrokretsen. Den viktigaste är den vanligaste RS är en trigger DD1. När en logisk enhet matas till ingång R återställs avtryckaren till noll, och när en logisk enhet matas till ingång S ställs den naturligtvis in på en. För att generera styrsignaler på RS - ingångarna specialkrets på komparatorer, som kommer att diskuteras lite senare.

De fysiska nivåerna för en logisk enhet beror givetvis på den använda matningsspänningen och sträcker sig praktiskt taget från Upit / 2 till nästan full Upit. Ungefär samma förhållande observeras för logiska mikrokretsar i CMOS-strukturen. Logisk noll är som vanligt inom 0 ... 0,4V. Men dessa nivåer finns i mikrokretsen, du kan bara gissa om dem, men du kan inte känna dem med dina händer, du kan inte se med dina ögon.

Utgångssteg

För att öka chipets lastkapacitet är ett kraftfullt utgångssteg på transistorerna VT1, VT2 ansluten till utgången från utlösaren.

Om RS - utlösaren återställs, innehåller utgången (stift 3) en logisk nollspänning, d.v.s. öppen transistor VT2. I fallet när utlösaren är installerad vid utgången är nivån för den logiska enheten också.

Utgångssteget görs av en push-pull-krets som låter dig ansluta belastningen mellan utgången och den gemensamma ledningen (plintar 3.1) eller kraftbussen (plintar 3.8).

En liten kommentar om output-scenen. Vid reparation och justering av enheter på digitala mikrokretsar är en av metoderna för att kontrollera kretsen att tillhandahålla en låg nivå signal till mikrokretsarnas ingångar och utgångar. Som regel görs detta genom att kortsluta till den gemensamma tråden i dessa ingångar och utgångar med hjälp av en synål, men inte orsaka skada på mikrokretsen.

I vissa kretsar är NE555 strömförsörjning 5V, så det verkar som att det här också är digital logik och du kan göra det ganska fritt också. Men i verkligheten är detta inte så. När det gäller 555-chipet, eller snarare med sin push-pull-utgång, kan inte sådana "experiment" göras: om utgångstransistorn VT1 är just nu öppen, kommer en kortslutning att slockna och transistorn helt enkelt kommer att brinna ut. Och om matningsspänningen är nära den maximala, är ett beklagligt slut helt enkelt oundvikligt.

Ytterligare transistor (stift 7)

Förutom de nämnda transistorerna finns det också en transistor VT3. Samlaren för denna transistor är ansluten till utgången från chipet 7 "Discharge". Dess syfte är att urladda tidsinställningskondensatorn när du använder mikrokretsen som en pulsgenerator. Kondensatorns urladdning sker när utlösaren DD1 återställs. Om vi ​​minns beskrivningen av avtryckaren finns det vid den omvända utgången (indikerad av en cirkel i diagrammet) i detta ögonblick en logisk enhet som leder till öppningen av transistorn VT3.

Om återställningssignalen (stift 4)

Du kan återställa en trigger när som helst - "återställning" -signalen har hög prioritet. För att göra detta finns det en speciell ingång R (stift 4), indikerad i figuren som Usbr. Som framgår av figuren kommer en återställning att inträffa om en låg nivåpuls på högst 0,7V appliceras på den fjärde utgången. Samtidigt visas en lågspänning vid utgången från mikrokretsen (stift 3).

I de fall där denna ingång inte används appliceras en logisk enhetsnivå på den för att bli av med impulsljud. Det enklaste sättet att göra detta är genom att ansluta stift 4 direkt till elbussen. I inga fall ska du lämna det, som de säger, i "luften". Då måste du undra och tänka länge, och varför fungerar kretsen så instabil?

Allmänna utlösningsanmärkningar

För att inte bli helt förvirrad om utlösarens tillstånd bör det erinras om att i diskussioner om avtryckaren alltid hänsyn tas till tillståndet för dess direkta utgång. Tja, om det sägs att utlösaren är "installerad", så på statusen för den logiska enheten på direktutmatningen. Om de säger att utlösaren "återställs" kommer den direkta utgången säkert att ha ett tillstånd av logiskt noll.

På den omvända utgången (markerad med en liten cirkel) kommer allt att vara exakt motsatt, därför kallas ofta triggerutmatningen parafas. För att inte förvirra allt igen kommer vi inte att prata om det här längre.

Alla som har läst noggrant upp till denna plats kan fråga: ”Ursäkta, det är bara en trigger med en kraftfull transistorkaskad vid utgången. Och var är själva timern? ” Och han kommer att ha rätt, för saken har ännu inte nått timern. För att få en timer, uppfann hans far, skaparen av Hans R. Kamensind, ett originalt sätt att kontrollera denna trigger. Tricket med denna metod är bildandet av styrsignaler.

Signalgenerering på RS - ingångarna på avtryckaren

Så vad fick vi? DD1-utlösaren styr allt inuti timern: om den är inställd på en är utspänningen hög, och om den återställs, är utgången 3 låg och VT3-transistorn är också öppen. Syftet med denna transistor är att urladda en tidkondensator i en krets, till exempel, en pulsgenerator.

DD1-utlösaren styrs med komparatorerna DA1 och DA2. För att kontrollera driften av avtryckaren vid komparatorernas utgångar är det nödvändigt att erhålla högnivåsignaler R och S. En referensspänning appliceras på en av ingångarna till varje jämförare, som genereras av en precisionsdelare på motstånd R1 ... R3. Motståndets motstånd är densamma, så spänningen som appliceras på dem är indelad i 3 lika delar.

Generering av triggarkontrollsignaler

Timerstart

Direktspänningen på 1 / 3U appliceras på den direkta ingången på komparatorn DA2, och den externa spänningen för att starta timern Uzap genom stift 2 appliceras på den inversa ingången till komparatorn. För att verka på ingången S på utlösaren DD1 vid utgången från denna komparator är det nödvändigt att uppnå en hög nivå. Detta är möjligt om spänningen Ustap är i intervallet 0 ... 1 / 3U.

Till och med en kortvarig puls av en sådan spänning kommer att trigga avtryckaren DD1 och utseendet på en högspänningstimer. Om ingången Ucap utsätts för spänningar över 1 / 3U och upp till matningsspänningen, kommer inga förändringar att ske vid utgången från mikrokretsen.

Timer stopp

För att stoppa timern behöver du bara återställa den interna utlösaren DD1, och för detta, vid utgången från komparatorn DA1, genererar en högnivåsignal R. DA1-komparatorn är påslagen lite annorlunda än DA2.Referensspänningen på 2 / 3U appliceras på inverteringsingången, och styrsignalen "Respons tröskel" Ufor appliceras på direktingången.

Med denna inkludering kommer en hög nivå vid utgången från komparatorn DA1 endast att inträffa när spänningen Uppåt vid direktingången överskrider referensspänningen 2 / 3U på den inverterande. I detta fall återställs DD1-utlösaren och en lågnivåsignal kommer att upprättas vid utgången från mikrokretsen (stift 3). Dessutom öppnas "urladdningen" VT3-transistorn, vilket kommer att urladda tidsinställningskondensatorn.

Om ingångsspänningen är inom 1 / 3U ... 2 / 3U, kommer ingen av komparatorerna att fungera, en förändring i tillståndet vid timerns utgång kommer inte att ske. Inom digital teknik kallas denna spänning "grå nivå". Om du helt enkelt ansluter stift 2 och 6, får du en komparator med svarsnivåerna 1 / 3U och 2 / 3U. Och även utan en enda detalj!

Referensspänningsändring

Stift 5, betecknad som Uobr i figuren, är utformad för att styra spänningsreferensen eller ändra den med ytterligare motstånd. Det är också möjligt att tillföra en styrspänning till denna ingång så att det är möjligt att erhålla en frekvens eller fasmodulerad signal. Men oftare används inte denna slutsats, och för att minska påverkan av störningar är den ansluten till en gemensam tråd genom en kondensator med liten kapacitet.

Mikrokretsen drivs genom stift 1 - GND, 2 + U.

Här är den faktiska beskrivningen av NE555 integrerad timer. Timern har samlat in många olika slags kretsar, som kommer att diskuteras i följande artiklar.

Boris Aladyshkin 

Fortsättning av artikeln: 555 Integrerade timer-design