При современном развитии электроники в Китае, купить, кажется, можно все, что душе угодно: начиная от домашних кинотеатров и компьютеров и заканчивая такими простейшими изделиями, как электрические розетки и вилки.
Где-то между ними находятся , мигающие елочные гирлянды, часы с термометрами, регуляторы мощности, терморегуляторы, фотореле и многое другое. Как говорил великий сатирик Аркадий Райкин в монологе про дефицит: «Пусть все будет, но пусть чего-то не хватает!» В общем, не хватает как раз того, что входит в «репертуар» простых радиолюбительских конструкций.
Несмотря на такую конкуренцию со стороны китайской промышленности, интерес самодеятельных конструкторов к этим простым конструкциям не потерян до сих пор. Они продолжают разрабатываться и в ряде случаев находят достойное применение в устройствах малой домашней автоматизации. Многие из этих устройств появились на свет благодаря (отечественный аналог КР1006ВИ1).
Это уже упомянутые фотореле, различные простые системы сигнализации, преобразователи напряжения, ШИМ - регуляторы двигателей постоянного тока и многое другое. Далее будут описаны несколько практических конструкций, доступных для повторения в домашних условиях.
Фотореле на таймере 555
Фотореле, показанное на рисунке 1, предназначено для управления освещением.
Рисунок 1.
Алгоритм управления традиционный: вечером при снижении освещенности лампочка включается. Выключение лампочки происходит утром, когда освещенность достигнет нормального уровня. Схема состоит из трех узлов: измеритель освещенности, узел включения нагрузки и блок питания. Описание работы схемы лучше начать задом - наперед, - блок питания, узел включения нагрузки и измеритель освещенности.
Блок питания
В подобных конструкциях, как раз тот самый случай, когда резонно применить, нарушая все рекомендации техники безопасности, блок питания, не имеющий гальванической развязки от сети. На вопрос, почему такое возможно, ответ будет таков: после настройки устройства никто в него не полезет, все будет находиться в изолирующем корпусе.
Наружных регулировок тоже не предвидится, после настройки останется только закрыть крышку и повесить готовое на место, пусть себе работает. Конечно, если есть необходимость, то единственную настройку «чувствительность», можно вывести наружу при помощи длинной пластмассовой трубки.
В процессе настройки безопасность можно обеспечить двумя путями. Либо воспользоваться развязывающим трансформатором () либо запитать устройство от лабораторного блока питания. При этом сетевое напряжение и лампочку можно не подключать, а срабатывание фотоэлемента контролировать по светодиоду LED1.
Схема блока питания достаточно проста. Она представляет мостовой выпрямитель Br1 с гасящим конденсатором C2 на переменное напряжение не менее 400В. Резистор R5 предназначен для сглаживания броска тока через конденсатор C14 (500,0мкФ * 50В) при включении устройства, а также «по совместительству» является предохранителем.
Стабилитрон D1 предназначен для стабилизации напряжения на C14. В качестве стабилитрона подойдет 1N4467 или 1N5022A. Для выпрямителя Br1 вполне подойдут диоды 1N4407 или любой маломощный мост, с обратным напряжением 400В и выпрямленным током не менее 500мА.
Конденсатор C2 следует зашунтировать резистором сопротивлением около 1МОм (на схеме не показан), чтобы после отключения устройства не «щелкало» током: убить, конечно, не убьет, но все же достаточно чувствительно и неприятно.
Узел включения нагрузки
Выполнен с применением специализированной микросхемы КР1182ПМ1А, которая позволяет сделать немало полезных устройств. В данном случае она используется для управления симистором КУ208Г. Лучшие результаты дает импортный «аналог» BT139 - 600: ток нагрузки 16А при обратном напряжении 600В, а ток управляющего электрода намного меньше, чем у КУ208Г (иногда КУ208Г приходится подбирать по этому показателю). BT139 способен выдерживать импульсные перегрузки до 240А, что делает его исключительно надежным при работе в различных устройствах.
Если BT139 установлен на радиаторе, то коммутируемая мощность может достигать 1КВт, без радиатора допустимо управление нагрузкой до 400Вт. В том случае, когда мощность лампочки не превышает 150Вт, можно вполне обойтись без симистора. Для этого правый по схеме вывод лампы La1 следует присоединить непосредственно в выводам 14, 15 микросхемы, а резистор R3 и симистор T1 из схемы исключить.
Поехали дальше. Микросхема КР1182ПМ1А управляется через выводы 5 и 6: когда они замкнуты лампа погашена. Тут может быть обычный контактный выключатель, правда, работающий наоборот, - выключатель замкнут, а лампа погашена. Так намного проще запомнить эту «логику».
Если этот контакт разомкнуть, то начинает заряжаться конденсатор C13 и, по мере возрастания напряжения на нем, плавно возрастает яркость свечения лампы. Для ламп накаливания это очень актуально, поскольку увеличивает срок их службы.
Подбором резистора R4 можно регулировать степень заряда конденсатора C13 и яркость свечения лампы. В случае использования энергосберегающих ламп конденсатор C13 можно не ставить, как собственно и саму КР1182ПМ1А. Но об этом будет сказано ниже.
Теперь приближаемся к главному. Вместо реле, просто из стремления избавиться от контактов, управление было поручено транзисторному оптрону АОТ128, который с успехом можно заменить импортным «аналогом» 4N35, правда, при такой замене номинал резистора R6 следует увеличить до 800КОм…1МОм, поскольку при 100КОм импортный 4N35 работать не будет. Проверено практикой!
Если транзистор оптрона будет открыт, его переход К-Э, подобно контакту, замкнет выводы 5 и 6 микросхемы КР1182ПМ1А и лампа будет выключена. Чтобы открыть этот транзистор требуется засветить светодиод оптрона. В общем, получается все наоборот: светодиод погашен, а лампа светит.
На основе 555 получается очень просто. Для этого достаточно на входы таймера подключить соединенные последовательно фоторезистор LDR1 и подстроечный резистор R7, с его помощью настраивается порог срабатывания фотореле. Гистерезис переключения (темно - светло) обеспечивается самим таймером, его . Помните, эти «волшебные» цифры 1/3U и 2/3U?
Если фотодатчик находится в темноте, его сопротивление велико, поэтому напряжение на резисторе R7 низкое, что приводит к тому, что на выходе таймера (вывод 3) устанавливается высокий уровень и светодиод оптрона погашен, а транзистор закрыт. Следовательно, лампочка будет включена, как было написано ранее в подзаголовке «Узел включения нагрузки».
В случае освещения фотодатчика его сопротивление становится маленьким, порядка нескольких КОм, поэтому напряжение на резисторе R7 возрастает до 2/3U, и на выходе таймера появляется низкий уровень напряжения, - светодиод оптрона засветился, а лампа-нагрузка погасла.
Вот тут кто-то может скажет: «Сложновато будет!». Но почти всегда все можно упростить до предела. Если предполагается зажигать энергосберегающие лампы, то плавное включение не требуется, и можно использовать обычное реле. А кто сказал, что только лампы и только включать?
Если реле имеет несколько контактов, то можно делать что душе угодно, и не только включать, но и выключать. Такая схема показана на рисунке 2 и в особых комментариях не нуждается. Реле подбирается из условий, чтобы ток катушки был не более 200мА при рабочем напряжении 12В.
Рисунок 2.
Схемы предварительной установки
В некоторых случаях требуется что-либо включать с некоторой задержкой относительно включения питания устройства. Например, сначала подать напряжение на логические микросхемы, и через некоторое время питание выходных каскадов.
Такие задержки реализуются на таймере 555 достаточно просто. Схемы таких задержек и временные диаграммы работы показаны на рисунках 3 и 4. Пунктирной линией показаны напряжения источника питания, а сплошной на выходе микросхемы.
Рисунок 3. После включения питания на выходе с задержкой появляется высокий уровень.
Рисунок 4. После включения питания на выходе с задержкой появляется низкий уровень.
Чаще всего такие «установщики» используются как составные части более сложных схем.
Устройства сигнализации на таймере 555
Схема сигнализатора представляет собой , с которым мы уже давно познакомились.
Рисунок 5.
В емкость с водой, например, бассейн погружены два электрода. Пока они находятся в воде, сопротивление между ними невелико (вода хороший проводник), поэтому конденсатор C1 зашунтирован, напряжение на нем близко к нулю. Также нулевое напряжение на входе таймера (выводы 2 и 6), следовательно на выходе (вывод 3) установится высокий уровень, генератор не работает.
Если уровень воды почему-то упадет и электроды окажутся в воздухе, сопротивление между ними увеличится, в идеале просто обрыв, и конденсатор C1 шунтироваться не будет. Поэтому наш мультивибратор заработает, - на выходе появятся импульсы.
Частота этих импульсов зависит от нашей фантазии и от параметров RC цепи: это будет либо мигающая лампочка, либо противный писк динамика. Попутно с этим можно включить долив воды. Чтобы избежать перелива и вовремя отключить насос к устройству необходимо добавить еще один электрод и подобную же схему. Тут уже читателю можно поэкспериментировать.
Рисунке 6.
При нажатии на концевой выключатель S2 на выходе таймера появляется напряжение высокого уровня, и останется таковым даже если S2 отпустить и больше не удерживать. Из этого состояния устройство можно вывести только нажатием на кнопку «Сброс».
Пока на этом остановимся, может кому потребуется время, чтобы взять паяльник и попробовать спаять рассмотренные устройства, исследовать, как они работают, хотя бы поэкспериментировать с параметрами RC цепей. Послушать, как пищит динамик или мигает светодиод, сравнить, что дают расчеты, намного ли практические результаты отличаются от расчетных.
В видеоуроке канала «Обзоры посылок и самоделки от jakson» будем собирать схему реле времени на основе микросхемы таймера на NE555. Очень простая – мало деталей, что не составит труда спаять все своими руками. При этом многим она будет полезна.
Радиодетали для реле времени
Понадобится сама микросхема, два простых резистора, конденсатор на 3 микрофарада, неполярный конденсатор на 0,01 мкф, транзистор КТ315, диод почти любой, одно реле. Напряжение питания устройства будет от 9 до 14 вольт. Купить радиодетали или готовое собранное реле времени можно в этом китайском магазине .
Схема очень простая.
Любой ее сможет осилить, при наличии необходимых деталей. Сборка на печатной макетной плате, что получится все компактно. В итоге часть платы придется отломать. Понадобится простая кнопка без фиксатора, она будет активировать реле. Также два переменных резистора, вместо одного, который требуется в схеме, поскольку у мастера нет необходимого номинала. 2 мегаома. Последовательно два резистора по 1 мегаому. Также реле, напряжение питания 12 вольт постоянного тока, пропустить через себя может 250 вольт, 10 ампер переменного.
После сборки в итоге таким образом выглядит реле времени на базе 555 таймера.
Все получилось компактно. Единственное, что визуально портит вид, диод, поскольку имеет такую форму, что его невозможно впаять иначе, поскольку у него ножки намного шире, чем отверстия в плате. Все равно получилось довольно неплохо.
Проверка устройства на 555 таймере
Проверим наше реле. Индикатором работы будет светодиодная лента. Так же подсоединим мультиметр. Проверим – нажимаем на кнопку, загорелась светодиодная лента. Напряжение, которое подается на реле – 12,5 вольт. Напряжение сейчас по нулям, но почему то горят светодиоды – скорей всего неисправность реле. Оно старое, выпаяно из ненужной платы.
При изменении положения подстроечных резисторов мы можем регулировать время работы реле. Измерим максимальное и минимальное время. Оно почти сразу же выключается. И максимальное время. Прошло около 2-3 минут – вы сами видите.
Но такие показатели только в представленном случае. У вас они могут быть другие, поскольку зависит от переменного резистора, который вы будете использовать и от емкости электроконденсатора. Чем больше емкость – тем дольше будет работать ваше реле времени.
Заключение
Интересное устройство мы сегодня собрали на NE 555. Все работает отлично. Схема не очень сложная, без проблем многие ее смогут осилить. В Китае продаются некоторые аналоги подобных схем, но интересней собрать самому, так будет дешевле. Применение подобному устройству в быту сможет найти любой. Например, уличный свет. Вы вышли из дома, включили уличное освещение и через какое-то время оно само выключается, как раз, когда вы уже уйдете.
Смотрите все на видео про сборку схемы на 555 таймере.
Рассмотрим примеры практического применения данной микросхемы
Триггер Шмидта.
Это очень простая, но эффективная схема. Схема позволяет, подавая на вход аналоговый сигнал, получить чистый прямоугольный сигнал на выходе
- - - - - - - - - - - - - - - - - -
Простой таймер включения устройства в ~220V.
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Схема для получения более точных интервалов .
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Практическое применение в статье ШИМ для вентилятора
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Сумеречный выключатель .
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Управление устройством с помощью одной кнопки .
Вариант исполнения такой схемы находится в этом блоге .
Аналогичная схема управление одной кнопкой на микросхеме CD4013 (аналог 561TM2)
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Контроль уровня воды.
Схема для включения светодиодной подсветки от автономного питания, на 10- 30секунд.
Один вариант из применения, встраивается во входную дверь в районе замочной скважины.
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Подсветка включается посредством нажатия кнопки на дверной ручке - в результате не возникнет проблем с открытием замка при отсутствии естественного либо искусственного освещения.
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Кодовый замок на таймере NE555.
Подобной разработки кодового замка на таймере NE555, в интернете я пока не встречал, поэтому эта разработка посвящается всем любителям этой чудесной микросхемы.
Схему на микросхеме NE555 в виде кодового замка на дверь или сейф, нетрудно реализовать на этом таймере.
Еще я знаю, что 555 нормально работает при отрицательных температурах,(если предстоит эксплуатация на улице) и более широкий диапазон напряжения питания до 16V. Надежность микросхемы не подлежит сомнению.
И так привожу в пример схему, цифровой код в которой будет состоять из 4 цифр (технически схему можно реализовать и на одной кнопке, но это будет слишком банально, я думаю что 4 цифры для начала самый раз, наращивать количество цифр в коде этой схемы можно до бесконечности,(одинаковыми частями по блочно, обвел на схеме U2).
В приведенной схеме все 4 таймера работают по одной схеме, имеются небольшие отличия в таймерах U1, U4. Схема U2 и U3 повторяются один в один.
Каждый таймер в этой схеме может быть настроен на своё рабочее время, на это задействована время задающая цепочка R1, R2, C1.
А также секретность кода можно увеличить подключив доп. коммутирующие диоды.(в качестве примера привел включение одного диода D1, большее не рисовал, так как думаю, что тогда схема будет восприниматься очень сложно).
Главное отличие этой схемы на таймерах 555, от подобных схем, наличие настройки рабочего времени каждого таймера, при простоте этой схемы, вероятность подбора кода посторонним лицом будет очень невелик.
Работа схемы;
- Нажимаем кнопку ноль, запускается таймер U1, его рабочее время настроено на удержание логической единицы (вывод 3) в течении 30 сек, после этого можно нажать кнопку 1.
- Нажимаем кнопку 1 таймер U2, его рабочее время настроено на 2 сек., в течении этого времени надо нажать кнопку 2 (иначе U2 удержание логической единицы (вывод 3) сбрасывается и нажатие кн. 2 не будет иметь смысла)
- Нажимаем кнопку 2, таймер U3 настроен на удержание логической единицы (вывод 3) в течении 25 сек, после этого можно нажать кнопку 3, но ……….. смотрим на коммутирующий диод D1, из за него кнопку 3 нет смысла быстро нажимать, пока не закончится 30 секундное рабочее время таймера U1,
- После нажатия кнопки 3, таймер U4 выдает логическую единицу (U4 вывод 3)на исполнительное устройство.
Еще остается добавить что, в действующем устройстве цифровой код будет расположен не по порядку номеров, а хаотично,
и любое нажатие других кнопок будет сбрасывать таймеры в 0.
Ну в общем пока всё, все варианты использования тут не описать, вижу что не все, я здесь в описании затронул …… в общем если есть идея, ее техническая реализация всегда найдётся.
Все настройки, рабочего времени микросхем U1…….U4 являются тестовыми, и описаны здесь для примера. :)
(в охранных системах для непрошеных гостей самое трудное, это индивидуальные решения, доказано временем)
Прикладываю архив со схемой в протеус, в нем работу схемы можно оценить наглядно.
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Назначение восьми ног микросхемы.
1. Земля.
Вывод, который подключается к минусу питания и к общему проводу схемы.
2. Запуск.
Вход компаратора №2. При подаче на этот вход импульса низкого уровня (не более 1/3 Vпит) таймер запускается и на выходе устанавливается напряжение высокого уровня на время, которое определяется внешним сопротивлением R (Ra+Rb,) и конденсатором С - это так называемый режим моностабильного мультивибратора. Входной импульс может быть как прямоугольным, так и синусоидальным. Главное, чтобы по длительности он был короче, чем время заряда конденсатора С. Если же входной импульс по длительности все-таки превысит это время, то выход микросхемы будет оставаться в состоянии высокого уровня до тех пор, пока на входе не установится опять высокий уровень. Ток, потребляемый входом, не превышает 500нА. 
3. Выход.
Выходное напряжение меняется вместе с напряжением питания и равно Vпит-1,7В (высокий уровень на выходе). При низком уровне выходное напряжение равно примерно 0,25в (при напряжении питания +5в). Переключение между состояниями низкий - высокий уровень происходит приблизительно за 100 нс.
4. Сброс.
При подаче на этот вывод напряжения низкого уровня (не более 0,7в) происходит сброс выхода в состояние низкого уровня не зависимо от того, в каком режиме находится таймер на данный момент и чем он занимается. Reset, знаете ли, он и есть reset. Входное напряжение не зависит от величины напряжения питания - это TTL-совместимый вход. Для предотвращения случайных сбросов этот вывод рекомендуется подключить к плюсу питания, пока в нем нет необходимости.
5. Контроль.
Этот вывод позволяет получить доступ к опорному напряжению компаратора №1, которое равно 2/3Vпит. Обычно, этот вывод не используется. Однако его использование может весьма существенно расширить возможности управления таймером. Все дело в том, что подачей напряжения на этот вывод можно управлять длительностью выходных импульсов таймера и таким образом, забить на RC времязадающую цепочку. Подаваемое напряжение на этот вход в режиме моностабильного мультивибратора может составлять от 45% до 90% напряжения питания. А в режиме мультивибратора от 1,7в до напряжения питания. При этом мы получаем ЧМ (FM) модулированный сигнал на выходе. Если же этот вывод таки не используется, то его рекомендуется подключить к общему проводу через конденсатор 0,01мкФ (10нФ) для уменьшения уровня помех и всяких других неприятностей.
6. Останов.
Этот вывод является одним из входов компаратора №1. Он используется как эдакий антипод вывода 2. То есть используется для остановки таймера и приведения выхода в состояние низкого уровня. При подаче импульса высокого уровня (не менее 2/3 напряжения питания), таймер останавливается, и выход сбрасывается в состояние низкого уровня. Так же как и на вывод 2, на этот вывод можно подавать как прямоугольные импульсы, так и синусоидальные.
7. Разряд.
Этот вывод подсоединен к коллектору транзистора Т6, эмиттер которого соединен с землей. Таким образом, при открытом транзисторе конденсатор С разряжается через переход коллектор-эмиттер и остается в разряженном состоянии пока не закроется транзистор. Транзистор открыт, когда на выходе микросхемы низкий уровень и закрыт, когда выход активен, то есть на нем высокий уровень. Этот вывод может также применяться как вспомогательный выход. Нагрузочная способность его примерно такая же, как и у обычного выхода таймера.
История создания очень популярной микросхемы и описание ее внутреннего устройства
Одной из легенд электроники является микросхема интегрального таймера NE555 . Разработана она была в далеком 1972 году. Таким долгожительством может гордиться далеко не каждая микросхема и даже не каждый транзистор. Так что же такого особенного в этой микросхеме, имеющей в своей маркировке три пятерки?
Серийный выпуск микросхемы NE555 начала компания Signetics ровно через год после того, как ее разработал Ганс Р. Камензинд . Самым удивительным в этой истории было то, что на тот момент времени Камензинд был практически безработным: он уволился из компании PR Mallory, но устроиться никуда не успел. По сути дела это была «домашняя заготовка».
Микросхема увидела свет и получила столь большую известность и популярность благодаря стараниям менеджера фирмы Signetics Арта Фьюри бывшего, конечно, приятелем Камензинда. Раньше он работал в фирме General Electric, поэтому знал рынок электроники, что там требуется, и чем можно привлечь внимание потенциального покупателя.
По воспоминаниям Камензинда А. Фьюри был настоящим энтузиастом и любителем своего дела. Дома у него была целая лаборатория, заполненная радиокомпонентами, где он и проводил различные исследования и опыты. Это давало возможность накапливать огромный практический опыт и углублять теоретические познания.
В то время продукция фирмы Signetics именовалась в виде «5**», и опытный, обладавший сверхъестественным чутьем в вопросах рынка электроники А. Фьюри, решил, что маркировка 555 (три пятерки) будет для новой микросхемы как нельзя кстати. И он не ошибся: микросхема пошла просто нарасхват, она стала, пожалуй, самой массовой за всю историю создания микросхем. Самое интересное, что свою актуальность микросхема не утратила и по сей день.
Несколько позднее в маркировке микросхемы появились две буквы, она стала называться NE555. Но поскольку в те времена в системе патентования существовала полная неразбериха, то интегральный таймер бросились выпускать все, кому не лень, естественно, поставив перед тремя пятерками другие (читай свои) буквы. Позднее на базе таймера 555 были разработаны сдвоенные (IN556N) и счетверенные (IN558N) таймеры, естественно, в более многовыводных корпусах. Но за основу был взят все тот же NE555.
Рис. 1. Интегральный таймер NE555
555 в СССР
Первое описание 555 в отечественной радиотехнической литературе появилось уже в 1975 году в журнале «Электроника». Авторы статьи отмечали тот факт, что эта микросхема будет пользоваться не меньшей популярностью, чем широко известные уже в то время операционные усилители. И они нисколько не ошиблись. Микросхема позволяла создавать очень простые конструкции, причем, практически все они начинали работать сразу, без мучительной наладки. А ведь известно, что повторяемость конструкции в домашних условиях возрастает пропорционально квадрату ее «простоты».
В Советском Союзе в конце 80 - х годов был разработан полный аналог 555, получивший название КР1006ВИ1 . Первое промышленное применение отечественного аналога было в видеомагнитофоне «Электроника ВМ12».
Внутреннее устройство микросхемы NE555
Прежде, чем схватиться за паяльник и начать сборку конструкции на интегральном таймере, давайте сначала разберемся, что там внутри и как все это работает. После этого понять, как работает конкретная практическая схема, будет намного проще.
Внутри интегрального таймера содержится свыше двадцати , соединение которых показано на рисунке -
Как видно, принципиальная схема достаточно сложна, и приведена здесь лишь для общей информации. Ведь все равно в нее паяльником не влезешь, отремонтировать ее не удастся. Собственно говоря, именно так выглядят изнутри и все другие микросхемы, как цифровые, так и аналоговые (см. - ). Уж такова технология производства интегральных схем. Разобраться в логике работы устройства в целом по такой схеме тоже не удастся, поэтому ниже показана функциональная схема и приводится ее описание.
Технические данные
Но, перед тем как разбираться с логикой работы микросхемы, наверно, следует привести ее электрические параметры. Диапазон питающих напряжений достаточно широк 4,5…18В, а выходной ток может достигать 200мА, что позволяет использовать в качестве нагрузки даже маломощные реле. Сама же микросхема потребляет совсем немного: к току нагрузки добавляется всего 3…6мА. При этом точность собственно таймера от питающего напряжения практически не зависит, - всего 1 процент от расчетного значения. Дрейф составляет всего 0,1%/вольт. Также невелик и температурный дрейф - всего 0, 005%/°C. Как видно, все достаточно стабильно.
Функциональная схема NE555 (КР1006ВИ1)
Как было сказано выше, в СССР сделали аналог буржуйской NE555 и назвали его КР1006ВИ1. Аналог получился очень даже удачный, ничуть не хуже оригинала, поэтому использовать его можно, без всяких опасений и сомнений. На рисунке 3 показана функциональная схема интегрального таймера КР1006ВИ1. Она же полностью соответствует микросхеме NE555.
Рисунок 3. Функциональная схема интегрального таймера КР1006ВИ1
Сама микросхема не так уж и велика, - выпускается в восьмивыводном корпусе DIP8, а также в малогабаритном SOIC8. Последнее говорит о том, что 555 может использоваться для SMD - монтажа, другими словами интерес к ней у разработчиков сохранился до сих пор.
Внутри микросхемы элементов тоже немного. Основным является DD1. При подаче логической единицы на вход R триггер сбрасывается в ноль, а при подаче логической единицы на вход S, естественно, устанавливается в единицу. Для формирования управляющих сигналов на RS - входах служит , о которой будет рассказано несколько позже.
Физические уровни логической единицы зависят, конечно, от используемого напряжения питания и практически составляют от Uпит/2 почти до полного Uпит. Примерно такое же соотношение наблюдается и у логических микросхем структуры КМОП. Логический же ноль находится, как обычно, в пределах 0…0,4В. Но эти уровни находятся внутри микросхемы, о них можно только догадываться, но руками их не пощупать, глазами не увидеть.
Выходной каскад
Для увеличения нагрузочной способности микросхемы, к выходу триггера подключен мощный выходной каскад на транзисторах VT1, VT2.
Если RS - триггер сброшен, то на выходе (вывод 3) присутствует напряжение логического нуля, т.е. открыт транзистор VT2. В случае, когда триггер установлен на выходе также уровень логической единицы.
Выходной каскад выполнен по двухтактной схеме, что позволяет подключать нагрузку между выходом и общим проводом (выводы 3,1) или шиной питания (выводы 3,8).
Небольшое замечание по выходному каскаду. При ремонте и наладке устройств на цифровых микросхемах одним из методов проверки схемы является подача на входы и выходы микросхем сигнала низкого уровня. Как правило, это делается замыканием на общий провод этих самых входов и выходов с помощью швейной иголки, при этом, не принося никакого вреда микросхемам.
В некоторых схемах питание NE555 составляет 5В, поэтому создается впечатление, что это тоже цифровая логика и с ней тоже можно обходиться достаточно вольно. Но на самом деле это не так. В случае с микросхемой 555, точнее с ее двухтактным выходом, такие «опыты» делать нельзя: если выходной транзистор VT1 в этот момент окажется в открытом состоянии, то получится короткое замыкание и транзистор просто сгорит. А уж если питающее напряжение будет близко к максимальному, то плачевный финал просто неизбежен.
Дополнительный транзистор (вывод 7)
Кроме упомянутых транзисторов имеется еще транзистор VT3. Коллектор этого транзистора соединен с выводом микросхемы 7 «Разрядка». Его назначение разряжать времязадающий конденсатор при использовании микросхемы в качестве генератора импульсов. Разряд конденсатора происходит в момент сброса триггера DD1. Если вспомнить описание триггера, то на инверсном выходе (обозначен на схеме кружком) в этот момент имеется логическая единица, приводящая к открыванию транзистора VT3.
О сигнале сброс (вывод 4)
Сбросить триггер можно в любой момент, - у сигнала «сброс» высокий приоритет. Для этого существует специальный вход R (вывод 4), обозначенный на рисунке как Uсбр. Как можно понять из рисунка сброс произойдет, если на 4 вывод подать импульс низкого уровня, не более 0,7В. При этом на выходе микросхемы (вывод 3) появится напряжение низкого уровня.
В тех случаях, когда этим входом не пользуются, на него подают уровень логической единицы, чтобы избавиться от импульсных помех. Проще всего это сделать, подключив вывод 4 напрямую к шине питания. Ни в коем случае нельзя оставлять его, что называется, в «воздухе». Потом долго придется удивляться и раздумывать, а почему же схема работает столь нестабильно?
Замечания о триггере «вообще»
Чтобы не запутаться совсем, в каком состоянии находится триггер, следует напомнить о том, что в рассуждениях о триггере всегда принимается во внимание состояние его прямого выхода. Уж, если сказано, что триггер «установлен», то на прямом выходе состояние логической единицы. Если говорят, что триггер «сброшен», - на прямом выходе непременно состояние логического нуля.
На инверсном выходе (отмечен маленьким кружком) все будет с точностью до наоборот, поэтому, часто выход триггера называют парафазным. Чтобы не перепутать все еще раз, об этом больше говорить не будем.
Тот, кто внимательно дочитал вот до этого места, может спросить: «Позвольте, ведь это же просто триггер с мощным транзисторным каскадом на выходе. А где же собственно сам таймер?» И будет прав, поскольку до таймера дело еще и не дошло. Чтобы получился таймер его отец - создатель Ганс Р. Камензинд изобрел оригинальный способ управления этим триггером. Вся хитрость этого способа заключается в формировании сигналов управления.
Формирование сигналов на RS - входах триггера
Итак, что же у нас получилось? Всем делом внутри таймера заправляет триггер DD1: если он установлен в единицу, - на выходе микросхемы напряжение высокого уровня, а если сброшен, то на выводе 3 низкий уровень и вдобавок открыт транзистор VT3. Назначение этого транзистора - разряд времязадающего конденсатора в схеме, например, генератора импульсов.
Управление триггером DD1 осуществляется с помощью компараторов DA1 и DA2. Для того, чтобы управлять работой триггера на выходах компараторов нужно получить сигналы R и S высокого уровня. На один из входов каждого компаратора подано опорное напряжение, которое формируется прецизионным делителем на резисторах R1…R3. Сопротивление резисторов одинаково, поэтому поданное на них напряжение делится на 3 равные части.
Формирование сигналов управления триггером
Запуск таймера
На прямой вход компаратора DA2 подано опорное напряжение величиной 1/3U, а внешнее напряжение запуска таймера Uзап через вывод 2 подано на инверсный вход компаратора. Для того, чтобы воздействовать на вход S триггера DD1 на выходе этого компаратора необходимо получить высокий уровень. Это возможно в том случае, если напряжение Uзап будет находиться в пределах 0…1/3U.
Даже кратковременный импульс такого напряжения вызовет срабатывание триггера DD1 и появление на выходе таймера напряжения высокого уровня. Если на вход Uзап воздействовать напряжением выше 1/3U и вплоть до напряжения питания, то никаких изменений на выходе микросхемы не произойдет.
Останов таймера
Для останова таймера надо просто сбросить внутренний триггер DD1, а для этого на выходе компаратора DA1 сформировать сигнал R высокого уровня. Компаратор DA1 включен несколько иначе, чем DA2. Опорное напряжение величиной 2/3U подано на инвертирующий вход, а управляющий сигнал «Порог срабатывания» Uпор подан на прямой вход.
При таком включении высокий уровень на выходе компаратора DA1 возникнет лишь тогда, когда напряжение Uпор на прямом входе превысит опорное напряжение 2/3U на инвертирующем. В этом случае произойдет сброс триггера DD1, а на выходе микросхемы (вывод 3) установится сигнал низкого уровня. Также произойдет открывание «разрядного» транзистора VT3, который и разрядит времязадающий конденсатор.
Если входное напряжение находится в пределах 1/3U…2/3U, не сработает ни один из компараторов, изменение состояния на выходе таймера не произойдет. В цифровой технике такое напряжение называется «серый уровень». Если просто соединить выводы 2 и 6, то получится компаратор с уровнями срабатывания 1/3U и 2/3U. И даже без единой дополнительной детали!
Изменение опорного напряжения
Вывод 5, обозначенный на рисунке как Uобр, предназначен для контроля опорного напряжения или его изменения с помощью дополнительных резисторов. Также на этот вход возможна подача управляющего напряжения, благодаря чему возможно получения частотно или фазо модулированного сигнала. Но чаще этот вывод не используется, а для уменьшения влияния помех соединяется с общим проводом через конденсатор небольшой емкости.
Питание микросхемы осуществляется через выводы 1 - GND, 2 +U.
Вот собственно описание интегрального таймера NE555. На таймере собрано множество всяких схем, которые будут рассмотрены в следующих статьях.
Борис Аладышкин
Продолжение статьи:
555 Таймер IC является одним из наиболее часто используемых ИМС среди студентов и любителей. Есть много применений этой микросхемы, в основном используется в качестве вибраторов, АСТАБИЛЬНЫЙ МУЛЬТИВИБРАТОР, МОНОСТАБИЛЬНЫЙ МУЛЬТИВИБРАТОР и БИСТАБИЛЬНОГО МУЛЬТИВИБРАТОРА. В данной статье попробуем охватить различные аспекты таймера 555 IC и объяснить его работу в деталях. Так что давайте сначала определим понятия, что такое нестабильные, одностабильные и бистабильные вибраторы.
АСТАБИЛЬНЫЙ МУЛЬТИВИБРАТОР
Это означает, что не будет никакого стабильного уровня на выходе. Так что на выходе будет, колебания между высоким и низким уровнем. Эти параметры нестабильного выхода используется как часы для прямоугольной формы выхода для многих приложений.
ОДНОСТАБИЛЬНЫЙ МУЛЬТИВИБРАТОР
Это означает, что будет одно устойчивое состояние и одно неустойчивое состояние. В устойчивом состоянии может быть выбран высокий или низкий уровень самим пользователем. Если стабилизированный выход выбирается высокой, то Таймер всегда пытается поставить высокий уровень на выходе. Поэтому, с низким состоянием уровня Таймер выключается на короткое время и это состояние называют неустойчивым в течении этого времени. Если в стабильное состояние выбирается минимальное значение, и прерывание выхода переходит в состояние высокого на короткое время до прихода низкого значения.
[Узнать больше о одностабильный мультивибратор: 555 Таймер Одностабильный Мультивибратор схема]
БИСТАБИЛЬНОГО МУЛЬТИВИБРАТОРА
Это означает выходное состояние стабильно. С каждым прерыванием выход изменяется и остается как есть. Например выход считается высоким сейчас с перерывом она снижается и остается низким. В следующий перерыв он идет высоким.
[Узнать больше о бистабильного мультивибратора: 555 Таймер IC Бистабильного Мультивибратора цепи]
Важные характеристики Таймера IC 555
NE555 IC и 8 пин устройства. Важные электрические характеристики Таймер заключаются в том, что он не должен включаться выше 15В, это означает, что источник напряжения не может быть выше 15В. Во-вторых, мы не можем сделать больше, чем 100мА с чипа. Если не будете следовать этим, микросхема будет сожжена или повреждена.
Объяснение работы
Таймер в основном состоит из двух основных конструкционных элементов, и они являются:
1.Компараторов (два) или два ОУ
2.Один SR мультивибратор (выбор сброса триггера)
Как показано выше есть только два важных компонента в Таймере, это два компаратора и триггер. Необходимо понять что такое компаратор и триггер .
это просто устройство, которое сравнивает напряжение на входных клеммах (инвертирующий (-VE) и неинвертирующий (+VE)). Поэтому в зависимости от разницы в положительной клеммой и отрицательной клеммой на входе в порт, определяется выход компаратора.
Для примера рассмотрим, положительная входная клемма напряжения будет +5В и отрицательной входной клемме будет напряжение +3В. Разница в том, 5-3=+2В. Поскольку разница положительная, мы получаем положительный выброс напряжения на выходе компаратора.
Другой пример: если положительная клемма напряжения +3В, а на отрицательной входной клемме будет напряжение +5В. Разница +3-+5=-2В, так как разница входного напряжения отрицательна. Выход компаратора будет отрицательным пиком напряжения.
Если для примера рассмотрим положительный входной терминал качестве входных и отрицательного входного разъема в качестве эталона, как показано на рисунке выше. Так что разница напряжения между входным и другим крупным положительным получим положительный выход компаратора. Если разница отрицательная, то мы получим отрицательный или землей на выход компаратора.
SR мультивибратор: эта ячейка памяти может хранить один бит данных. На рисунке мы видим таблицу истинности.
Существует четыре состояния мульвибратора для двух входов; однако мы должны понимать, что только два состояния триггера для этого случая.
| S | R | Q | Q’ (Q штрих) |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
Теперь как показано в таблице, для входов сброса и установки мы получаем соответствующие результаты. Если есть импульс на набор PIN-кода и низкий уровень у сброса, то триггер сохраняет значение одного и влияет на высокую логику в Q терминалов. Это состояние продолжается до сброса, PIN получает импульс во время набора и имеет низкую логику. Это приведет к сбросу триггера поэтому выход Q выключается и это состояние продолжается до тех пор, пока триггер устанавливается снова.
Таким образом триггер хранит один бит данных. Вот другое дело, Q и Q-штрих всегда напротив.
В таймере, компаратор и триггер объединены.
Рассмотрим 9В подается на Таймер, из-за делителя напряжения, образованного резисторами внутри таймера, как показано в блок-схеме; там будет напряжение на контактах компаратора. Так из-за делителя напряжения сети у нас будет +6В на отрицательной клемме первого компаратора. И +3В на плюсовую клемму второго компаратора.
Первый и другой контакт -это один выход компаратора подключен к сбросу контакта мультивибратора, поэтому если у компаратора, один выход переходит из низкий, то триггер будет сброшен. А с другой стороны второй выход компаратора соединен с мультивибратором, так что если второй выход компаратора переходит из низкого значения мультивибратор хранит по одному.
На напряжение не менее +3В на контакт триггера (отрицательный вход второго компаратора), выход компаратора переходит из низкого в высокий, как обсуждалось ранее. Этот импульс определяет мультивибратор и сохраняет одно значение.
Теперь, если мы применяем напряжение выше чем +6В на контакте порога (плюсовой вход одного компаратора) , выход компаратора переходит от низкого к высоким. Этот импульс сбрасывает RS и RS запоминает ноль.
Другое дело происходит во время сброса триггера, когда он сбрасывает разряда получается контакт подключен к земле под именем получает включен Q1 . Транзистор T1 включается, поскольку элементы Q штрих находится на высокой отметке сброса и подключен к базе T1.
В нестабильной конфигурации подключенная емкость сюда сбрасывает в этот момент и поэтому на выходе таймера будет низким в течение этого времени. В нестабильной конфигурации время в течении заряда конденсатора на контакт триггера напряжение будет меньше, чем +3V и поэтому триггер сохраняет одно значение и на выходе будет высоким.
В нестабильной конфигурации, как показано на рисунке,
Частота выходного сигнала зависит от RA, RB резисторов и конденсатора C. уравнения дается в виде,
Частота(F) = 1/(период времени) = 1.44/((RA+RB*2)*C).
Здесь RA, RB являются значения сопротивлений и C значение емкости. Поставив сопротивление и емкость значения в вышеприведенное уравнение, мы получим частоты выходной квадратной волны.
Высокий уровень логики времени установленно как, TH= 0.693*(RA+RB)*C
Низкий уровень логики времени установленно как, TL= 0.693*RB*C
Скважностью импульсов выходного прямоугольного сигнала заданной как, Скважность= (RA+RB)/(RA+2*RB).
555 Таймер схема и описания
Контакт 1. Земля: этот вывод должен быть подключен к земле.
Контакт 8. Мощности или напряжения питания vcc: этот вывод также не имеет никакой специальной функции. Он подключен к положительному напряжению. На Таймере, чтобы функция сработала, этот вывод должен быть подключен к положительному напряжению в диапазоне +3,6 в до +15в.
Контакт 4. Сброс: как обсуждалось ранее, есть переключатель макросхемы. Выход триггера управляет микросхемой, выход подключен на контакт 3 напрямую.
«Сброс» вывод непосредственно подключен к MR (общий сброс) триггера. При исследовании мы можем наблюдать небольшой цикл на триггере. Когда SR (общий сброс) контакт активным является низкий уровень триггера. Это означает, что для триггера, чтобы сбросить контакт SR напряжение должно идти от высокого к низкому. Этот шаг вниз логики в триггере происходит с трудом уход к низкому уровню. Поэтому выход идет слабо, независимо от каких-либо выводов.
Этот контакт связан с vcc для триггера, чтобы остановить с жесткого сброса.
Контакт 3. Выход: этот вывод также не имеет никакой специальной функции. Этот контакт имеет конфигурацию тяни-толкай (PUSH-PULL), образованной транзисторами.
Данная конфигурация показана на рисунке. Базы двух транзисторов соединены с выходом триггера. Поэтому, когда высокий логический уровень появляется на выходе триггера, то транзистор NPN включается и появляется на выходе +V1. Когда логика появившийся на выходе триггера становится низким, транзистор PNP получает включение и выход подключается к земле или –V1 появляется на выходе.
Таким образом, как конфигурация используется, чтобы получить прямоугольный сигнал на выходе по логике управления с триггера. Основное назначение этой конфигурации — получить загрузку триггера обратно. Но триггер не может выпустить 100мА на выходе.
Ну до сих пор мы обсуждали контакты, которые не изменяют состояние выходов в любом состоянии. Оставшиеся четыре контакта специальные, потому что они определяют состояние выхода таймера микросхемы.
Контакт 5. Контрольной контакт: управляющий вывод соединен с отрицательным входным контактом первого компаратора.
Рассмотрим для случая напряжение между vcc и Землей составляет 9В. Из-за делителя напряжения в микросхеме, напряжение на управляющий вывод будет только vcc*2/3 (для напряжения питания vcc = 9, напряжение на контакте = 9*2/3=6В).
Эта функция дает пользователю непосредственно контроль за первым компаратором. Как показано в вышеуказанной схемы на выход первого компаратора подается на сброс триггера. На этот вывод мы можем поставить различные напряжения, скажем, если мы подключаем его к +8В. Сейчас происходит то, что порог контактного напряжение должно достигать +8В до сброса триггера и тащить на выход вниз.
Для нормальной случая, к V-Out будет идти минимальное то конденсатор получает заряд до 2/3VCC (+6V для 9В питания). Теперь, поскольку мы выставили разные напряжения на управляющий вывод (первый компаратор отрицательный или компаратор сброса).
Конденсатор следует зарядить до достижения напряжения управляющего вывода. Сила заряда конденсатора влияет на время включения и выключения изменения сигнала. Поэтому выходной сигнал испытывает различные включения интервала.
Обычно этот вывод заведен вниз с конденсатором. Во избежание нежелательных шумов и помех в работе.
Контакт 2. Триггер: подключен ко входу второго компаратора. Выход второго компаратора подключен к контакту SET триггера. С выхода второго компаратора мы получаем высокое напряжение на выходе таймера. Так что можно сказать контакт триггера управляет выходом Таймера.
Сейчас вот что стоит соблюдать, низкое напряжение в триггере форсирует выход высокого напряжения, так как на инвертирующий вход второго компаратора. Напряжение на контакт триггера должен идти ниже напряжения питания VCC*1/3 (при VCC 9В как предполагается, VCC*(1/3)=9*(1/3)=3В). Поэтому напряжение на триггере должен быть ниже 3В (для 9В питания) на выходе таймера, чтобы идти высоким уровнем.
Если этот контакт подключен к земле, выход будет всегда высокий.
Контакт 6. Порог: контакт порога напряжения определяет момент сброса триггера в Таймере. Порог напряжения обозначен для положительного ввода компаратора 1.
Здесь разность напряжений между контактом THRESOLD (порога) и контакта управления (Control) определяет выход компаратор 2 и поэтому сброс логики. Если напряжение разностm будет положительной, то триггер получает обнуление и выход снижается. Если разница отрицательная, то логика в контакте SET определяет выход.
Если вход контроль открыт. Затем напряжение, равное или большее, чем напряжение VCC*(2/3) (т.е. 6V для 9В питания) приведет к сбросу триггера. Поэтому выход идет низким.
Поэтому мы можем заключить, что контакт порога напряжения определяет, когда выход должен идти низкий, если управляющий вывод открыт.
Контакт 7. Сброс: этот вывод взят из открытого коллектора транзистора. Поскольку транзистор (контакт сброса T1) получил соединение Базы к Q штрих. Всякий раз, когда выход становится низким или триггер получает обнуление, Сброс подключен на землю. Когда Q штрих будет высокой, тогда Q будет низким, поэтому транзистор T1 получит изменение ON так как на базу транзистора поступила энергия.
Этот вывод обычно разряжает конденсатор в нестабильной конфигурации, по этому название Сброс.
