Таймер 555

      История этой легендарной микросхемы началась в 1971 году, когда компания Signetics Corporation выпустила микросхему SE555/NE555 под названием "Интегральный таймер" (The IC Time Machine).

За более чем полувековую историю, многие производители выпускали и выпускают аналоги этой микросхемы, в том числе и по более современным техпроцессам. В нашей стране выпускалась микросхема КР1006ВИ1, аналог знаменитого таймера.

В нашей стране выпускались таймеры и в более экзотических корпусах:


В настоящее время широкое распространение получили микросхемы в корпусе DIP-8, а в последнее время в корпусе SOIC-8.

Функциональная схема таймера

Условно микросхема NE555 состоит из шести функциональных блоков:

1. делитель напряжения;
2. компаратор;
3. компаратор;
4. RS-триггер;
5. транзистор с открытым коллектором на выходе;
6. инвертор.

      На входе расположен резистивный делитель напряжения (1), который формирует два опорных напряжения для компараторов. Выход компаратора (2) на вход R2 (reset) а выход компаратора (3) на вход S (set) RS-триггера (4). Также у триггера есть внешний вход сброса R1. С выхода RS-триггера сигнал поступает на транзистор (5) и инвертор (6).

Назначение выводов

      Здесь и далее мы будем рассматривать микросхему в 8-ми выводном прямоугольном корпусе (DIP-8).

Номер вывода	Обозначение	Назначение	Описание
1	GND	Общая земля	Вывод соединяется с общим проводом схемы или минусом источника питания.
2	TRIG	Запуск	Вход компаратора (3). При поступлении на вход TRIG сигнала произвольной формы напряжением менее ⅓ от VCC, осуществляется запуск интегрального таймера, вследствие чего на выходе OUT возникает логическая единица.
3	OUT	Выход	Выходной сигнал таймера. На выводе OUT формируется одно из двух напряжений, примерно соответствующих уровням GND или VCC, в зависимости от состояния таймера.
4	RESET	Сброс	При поступлении на вывод RESET напряжение питания менее 0,7 В, совершается сброс таймера и соответственно на выводе OUT появится логический ноль. Если в проектируемой схеме не нужен режим сброса, то желательно вывод RESET соединить с плюсом источника питания.
5	CTRL	Управление	Дополнительное управление таймером. При подаче на вход CTRL сигнал от 45 до 90% от VCC, можно контролировать продолжительностью импульсов на выходе. Это позволяет избавиться от внешней RC цепочки. Если вы регулируете временные параметры RC-цепочкой, подключите вывод CTRL к минусу схемы через конденсатор 10 нФ.
6	THR	Стоп	Вход компаратора (2). При поступлении на вход THR сигнала произвольной формы напряжением более ⅔ от VCC, осуществляется остановка интегрального таймера, вследствие чего на выходе OUT возникает логический ноль.
7	DIS	Разряд	Выход DIS. Коллектор выходного транзистора. Используется для разрядки время задающего конденсатора между интервалами. Состояния этого выхода повторяют состояния основного выхода OUT, поэтому используется для увеличения нагрузочной способности таймера.
8	VCC	Питание	Питания микросхемы. Вывод соединяется с проводом питания схемы с напряжением от 4,5 до 16 вольт.

Основные режимы работы

1. Моностабильный режим (одновибратор)

      Этот режим подойдет для включения таймера на заданный интервал времени. Например, включения света на заданный интервал времени при срабатывании датчика движения.

Рассмотрим работу схемы, воспользовавшись функциональной схемой таймера. Стабильное состояние таймера - выключен, т.е. на выходе (OUT, вывод 3) - логический ноль. При этом, транзистор Т1 открыт и шунтирует конденсатор С1, обеспечивая низкий уровень на выводе 6 таймера. Конденсатор C2 в данной схеме выполняет роль блокировочного конденсатора, он обеспечивает постоянное напряжение на выводе 5 таймера при кратковременных изменениях тока в резисторном делителе напряжения. В принципе схема будет работать и без него, но для стабильной работы схемы его все-таки лучше ставить.

Если кратковременно вход TRIG замкнуть на общий провод (подать отрицательный импульс), то на выходе компаратора (3) сформируется высокий уровень, которые поступив на вход S триггера (4) установит на выходе триггера низкий уровень, а значит на выходе таймера (OUT, вывод 3) - установится логическая единица. Кроме того, низкий уровень на выходе RS-триггера закроет транзистор Т1 и конденсатор C1 начнет заряжаться. Время заряда конденсатора зависит от его емкости и от номинала резистора С1, через который конденсатор будет заряжаться. Как только конденсатор C1 зарядится до ⅔ от VCC, на выходе компаратор (2) появится высокий уровень, который сбросит RS-триггер, на выходе триггера появится высокий уровень, откроется транзистор Т1, зашунтировав конденсатор C1. Вся схема вернется в исходное стабильное состояние.

Таким образом схема может генерировать одиночный прямоугольный импульс (логическую единицу) на выходе OUT. Длительность импульса определяется внешней RC-цепочкой из конденсатора С1 и резистора R1.

Длительность импульса можно рассчитать по формуле:

T = 1,1 * R * C

где Т - длительность импульса, с; R - сопротивление резистора, Ом; С - емкость конденсатора, Ф.

Пример схемы одновибратора

      В этой схеме резисторы R1, R3 - ограничивают ток через светодиоды. Зеленый светодиод HL1 загорается только тогда, когда нажата кнопка S1, а красный светодиод показывает уровень сигнала на выходе таймера. Рассчитаем длительность выходного импульса (R = 9,8 кОм, С = 220 мкФ):

Т=1,1 * 9800 * 0.00022 = 1.9844

Т.е. длина импульса равна примерно 2 секунды.

Смоделируем схему в среде Tinkercad:

Для расчетов можно использовать калькулятор:



2. Автоколебательный режим (мультивибратор)

      Режим мультивибратора позволяет мигать светодиодами, управлять скоростью моторов и генерировать звуки.

Рассмотрим работу схемы, воспользовавшись функциональной схемой таймера. Допустим, в начальный момент времени, на выходе таймера низкий уровень сигнала. Значит на выходе RS-триггера высокий уровень, транзистор открыт, конденсатор С1, если он был заряжен, будет разряжаться через резистор R2 и открытый переход транзистора, и как только он разрядится до напряжения менее ⅓ от VCC, на выходе компаратора (3) появится высокий уровень сигнала, который установит RS-триггер, на выходе которого сформируется низкий уровень сигнала, а значит закроется транзистор T1 и появится единица на выходе OUT таймера.

Но как только это произойдет, конденсатор С1 снова начнет заряжаться через резисторы R1 и R2. Зарядившись до напряжения ⅔ от VCC, на выходе компаратора (2) появится высокий уровень, который сбросит RS-триггер, на его выходе которого появится высокий уровень, который откроет транзистор Т1 и установит уровень логического нуля на выходе OUT таймера. Далее процесс будет повторяться.

Таким образом, микросхема выдаёт последовательность прямоугольных импульсов на выходе OUT, параметры которых определяются RC цепочкой из конденсатора C1 и двух резисторов R1 и R2.

Так как конденсатор заряжается через резистор R1 и R2, то длительность импульса, (время, когда на выводе OUT таймера логическая единица) можно определить по формуле:

T1 = 0,693 * C1 * (R1 + R2)

где Т - длительность импульса, с; R1, R2 - сопротивление резисторов, Ом; С - емкость конденсатора, Ф.

А так как конденсатор разряжается только через резистор R2, то длительность промежутка времени между импульсами, (паузы, когда на выводе OUT таймера логический ноль) можно определить по формуле:

T0 = 0,693 * C1 * R2

где Т - длительность импульса, с; R2 - сопротивление резисторов, Ом; С - емкость конденсатора, Ф.
Период можно определить как:

T = T1 + T0 = 0,693 * C1 * (R1 + 2 * R2)

где Т - длительность импульса, с; R1, R2 - сопротивления резисторов, Ом; С - емкость конденсатора, Ф.
А частоту, соответственно, как:

F = 1/T = 1/(0,693 * C1 * (R1 + 2 * R2))

где F - частота, Гц; Т - длительность импульса, с; R1, R2 - сопротивления резисторов, Ом; С - емкость конденсатора, Ф.
Для расчетов можно использовать калькулятор:







Copyright © R9AL 2021 Все права защищены

---