Рубрики
Электромастерская

Конструкции на интегральном таймере 555

Путь в радиолюбительство начинается, обычно, с пробы сборки легких схем. Если сразу после сборки схема начинает подавать признаки жизни, — мигать, пищать, щелкать либо говорить, то

Конструкции на интегральном таймере 555Путь в радиолюбительство начинается, обычно, с пробы сборки легких схем. Если сразу после сборки схема начинает подавать признаки жизни, — мигать, пищать, щелкать либо говорить, то путь в радиолюбительство практически открыт. Насчет «разговаривать», вероятнее всего, получится не сходу, для этого придется прочесть много книжек, спаять и сделать некое количество схем, может быть, спалить огромную либо небольшую кучу деталей (лучше небольшую).

А вот мигалки и пищалки получаются у большинства и сходу. И наилучшего элемента, чем интегральный таймер NE555 отыскать для этих опытов, просто не получится. Для начала разглядим схемы генераторов, но перед этим обратимся к фирменной документации — DATA SHEET. Сначала, обратим внимание на графическое начертание таймера, которое показано на рисунке 1.

А на рисунке 2 показано изображение таймера из российского справочника. Тут оно приведено просто для способности сопоставления обозначений сигналов у их и у нас, к тому же «наша» многофункциональная схема показана более тщательно и понятно.

Дальше показаны еще два рисунка, позаимствованные из даташита. Ну, просто, как советы компании производителя.

Конструкции на интегральном таймере 555

Набросок 1.

Конструкции на интегральном таймере 555

Набросок 2.

Одновибратор на базе 555

На рисунке 3 изображена схема одновибратора. Нет, это не половинка мультивибратора, хотя сам он производить колебания не может. Ему требуется сторонняя помощь, пусть даже маленькая.

Конструкции на интегральном таймере 555

Набросок 3. Схема одновибратора

Логика деяния одновибратора довольно ординарна. На вход пуска 2 подается краткосрочный импульс малого уровня, как показано на рисунке. В итоге на выходе 3 выходит прямоугольный импульс продолжительностью ΔT = 1,1*R*C. Если подставить в формулу R в омах, а C в фарадах, то время T получится в секундах. Соответственно при килоомах и микрофарадах итог будет в миллисекундах.

А на рисунке 4 показано, как сформировать запускающий импульс при помощи обычный механической кнопки, хотя это полностью может быть полупроводниковый элемент, — микросхема либо транзистор.

Конструкции на интегральном таймере 555

Набросок 4.

В целом одновибратор (время от времени именуют моновибратор, а у бравых военных в ходу было слово кипп-реле) работает последующим образом. При нажатии на кнопку, импульс малого уровня на выводе 2 приводит к тому, что на выходе таймера 3 устанавливается высочайший уровень. Непопросту этот сигнал (вывод 2) в российских справочниках именуется пуском.

Транзистор, соединенный с выводом 7 (DISCHARGE) в этом состоянии закрыт. Потому, ничто не мешает заряжаться времязадающему конденсатору C. Во времена кипп-реле, естественно, никаких 555 не было, все делалось на лампах, в наилучшем случае на дискретных транзисторах, но метод работы был таковой же.

Пока конденсатор заряжается, на выходе удерживается напряжение высочайшего уровня. Если в это время на вход 2 подать еще импульс, состояние выхода не поменяется, продолжительность выходного импульса таким макаром уменьшить либо прирастить нельзя, повторного пуска одновибратора не произойдет.

Другое дело, если подать импульс сброса (малый уровень) на 4 вывод. На выходе 3 сразу появится малый уровень. Сигнал «сброс» имеет высший ценность, и потому может быть подан в хоть какой момент.

По мере заряда напряжение на конденсаторе растет, и, в конце концов, добивается уровня 2/3U. Как было поведано в предшествующей статье, это есть уровень срабатывания, порог, верхнего компаратора, который приводит к сбросу таймера, что является окончанием выходного импульса.

На выводе 3, возникает малый уровень и в тот же момент раскрывается транзистор VT3, который разряжает конденсатор C. На этом формирование импульса завершается. Если после окончания выходного импульса, но не ранее, подать очередной запускающий импульс, то на выходе сформируется выходной, таковой же, как и 1-ый.

Естественно, для обычной работы одновибратора запускающий импульс должен быть короче, чем импульс, формирующийся на выходе.

На рисунке 5 показан график работы одновибратора.

Конструкции на интегральном таймере 555

Набросок 5. График работы одновибратора

Как можно использовать одновибратор?

Либо как говаривал кот Матроскин: «А какая от этого одновибратора полезность будет?» Можно ответить, что довольно большая. Дело в том, что спектр выдержек времени, который можно получить от этого одновибратора, может достигать не только лишь несколько миллисекунд, да и доходить до нескольких часов. Все находится в зависимости от характеристик времязадающей RC цепочки.

Вот, пожалуйста, практически готовое решение для освещения длинноватого коридора. Довольно дополнить таймер исполнительным реле либо нехитрой тиристорной схемой, а в концах коридора поставить пару кнопок! Кнопку надавил, прошел коридор, и не нужно хлопотать о выключении лампочки. Все произойдет автоматом по окончании выдержки времени. Ну, это просто информация к размышлению. Освещение в длинноватом коридоре, естественно, не единственный вариант внедрения одновибратора.

Как проверить 555?

Проще всего спаять легкую схему, для этого практически не пригодится подвесных деталей, если не считать такими единственный переменный резистор и светодиод для индикации состояния выхода.

У микросхемы следует соединить выводы 2 и 6 и подать на их напряжение, изменяемое переменным резистором. К выходу таймера можно подсоединить вольтметр либо светодиод, конечно, с ограничительным резистором.

Но можно ничего и не паять, более того, провести опыты даже при «наличии отсутствия» фактически микросхемы. Подобные исследования можно сделать при помощи программки — симулятора Multisim. Естественно, такое исследование очень примитивно, но, все же, позволяет познакомиться с логикой работы таймера 555. Результаты «лабораторной работы» показаны на рисунках 6, 7 и 8.

Конструкции на интегральном таймере 555

Набросок 6.

На этом рисунке можно узреть, что входное напряжение регулируется переменным резистором R1. Около него можно разглядеть надпись «Key = A», говорящую о том, что величину резистора можно изменять, нажимая кнопку A. Малый шаг регулировки 1%, вот только разочаровывает, что регулирование может быть только в сторону роста сопротивления, а уменьшение может быть только «мышкой».

На этом рисунке резистор «уведен» до самой «земли», напряжение на его движке близко к нулю (для наглядности измеряется мультиметром). При таком положении движка на выходе таймера высочайший уровень, потому выходной транзистор закрыт, и светодиод LED1 не сияет, о чем молвят его белоснежные стрелки.

На последующем рисунке показано, что напряжение несколько возросло.

Конструкции на интегральном таймере 555

Набросок 7.

Но повышение происходило не просто так, а с соблюдением неких границ, а, конкретно, порогов срабатывания компараторов. Дело в том, что 1/3 и 2/3, если выразить в десятичных дробях в процентах будут 33,33… и 66,66… соответственно. Конкретно в процентах показана введенная часть переменного резистора в программке Multisim. При напряжении питания 12В это получится 4 и 8 вольт, что довольно комфортно для исследования.

Итак вот, на рисунке 6 показано, что резистор введен на 65%, а напряжение на нем 7,8В, что несколько меньше расчетных 8 вольт. При всем этом светодиод на выходе погашен, т.е. на выходе таймера до сего времени высочайший уровень.

Конструкции на интегральном таймере 555

Набросок 8.

Предстоящее малозначительное повышение напряжения на входах 2 и 6, всего на 1 процент (меньше не дают способности программки) приводит к зажиганию светодиода LED1, что и показано на рисунке 8, — стрелочки около светодиода заполучили красноватый колер. Такое поведение схемы гласит о том, что симулятор Multisim работает довольно точно.

Если продолжить наращивать напряжение на выводах 2 и 6, то никакого конфигурации на выходе таймера не произойдет.

Генераторы на таймере 555

Спектр частот, генерируемый таймером, довольно широкий: от самой низкой частоты, период которой может достигать нескольких часов, до частот в несколько 10-ов килогерц. Все находится в зависимости от частей времязадающей цепи.

Если не требуется строго прямоугольная форма сигнала, то можно сгенерировать частоту до нескольких мгц. Время от времени такое полностью допускается, — форма не принципиальна, но импульсы находятся. В большинстве случаев такая небрежность по поводу формы импульсов допускается в цифровой технике. К примеру, счетчик импульсов реагирует на фронт либо спад импульса. Согласитесь, в данном случае «прямоугольность» импульса никакого значения не имеет.

Генератор импульсов формы меандр

Один из вероятных вариантов генератора импульсов формы меандр показан на рисунке 9.

Конструкции на интегральном таймере 555

Набросок 9. Схема генераторов импульсов формы меандр

Временные диаграммы работы генератора показаны на рисунке 10.

Конструкции на интегральном таймере 555

Набросок 10. Временные диаграммы работы генератора

Верхний график иллюстрирует сигнал на выходе (вывод 3) таймера. А на нижнем графике показано, как меняется напряжение на времязадающем конденсаторе.

Все происходит точно так же, как уже подверглось рассмотрению в схеме одновибратора показанной на рисунке 3, только не употребляется запускающий одиночный импульс на выводе 2.

Дело в том, что при включении схемы на конденсаторе C1 напряжение равно нулю, конкретно оно и переведет выход таймера в состояние высочайшего уровня, как показано на рисунке 10. Конденсатор C1 начинает заряжаться через резистор R1.

Напряжение на конденсаторе растет по экспоненте до того времени, пока не достигнет порога верхнего порога срабатывания 2/3*U. В итоге таймер переключается в нулевое состояние, потому конденсатор C1 начинает разряжаться до нижнего порога срабатывания 1/3*U. По достижении этого порога на выходе таймера устанавливается высочайший уровень и все начинается поначалу. Формируется новый период колебаний.

Тут следует направить внимание на то, что конденсатор C1 заряжается и разряжается через один и тот же резистор R1. Потому время заряда и разряда равны, а, как следует, форма колебаний на выходе такового генератора близка к меандру.

Частота колебаний такового генератора описывается очень сложной формулой f = 0,722/(R1*C1). Если сопротивление резистора R1 при расчетах указать в Омах, а емкость конденсатора C1 в Фарадах, то частота получится в Герцах. Если же в этой формуле сопротивление будет выражено в килоомах (КОм), а емкость конденсатора в микрофарадах (мкФ) итог получится в килогерцах (КГц). Чтоб вышел генератор с регулируемой частотой, то довольно резистор R1 поменять переменным.

Генератор импульсов с регулируемой скважностью

Меандр, естественно, отлично, но время от времени появляются ситуации, требующие регулирования скважности импульсов. Конкретно так осуществляется регулирование частоты вращения движков неизменного тока (ШИМ регуляторы), это которые с неизменным магнитом.

Меандром именуют прямоугольные импульсы, у каких время импульса (высочайший уровень t1) равно времени паузы (малый уровень t2). Такое заглавие в электронику пришло из архитектуры, где меандром именуют набросок кирпичной кладки. Суммарное время импульса и паузы именуют периодом импульса (T = t1 + t2).

Скважность и Duty cycle

Отношение периода импульса к его продолжительности S = T/t1 именуется скважностью. Это величина безразмерная. У меандра этот показатель равен 2, так как t1 = t2 = 0,5*T. В английской литературе заместо скважности почаще применяется оборотная величина, — коэффициент наполнения (англ. Duty cycle) D = 1/S, выражается в процентах.

Если несколько усовершенствовать генератор, показанный на рисунке 9, можно получить генератор с регулируемой скважностью. Схема такового генератора показана на рисунке 11.

Конструкции на интегральном таймере 555

Набросок 11.

В этой схеме заряд конденсатора C1 происходит по цепи R1, RP1, VD1. Когда напряжение на конденсаторе достигнет верхнего порога 2/3*U, таймер переключается в состояние малого уровня и конденсатор C1 разряжается по цепи VD2, RP1, R1 до того времени, пока напряжение на конденсаторе не свалится до нижнего порога 1/3*U, после этого цикл повторяется.

Изменение положения движка RP1 дает возможность регулировать продолжительность заряда и разряда: если продолжительность заряда растет, то миниатюризируется время разряда. При всем этом период следования импульса остается постоянным, изменяется только скважность, либо коэффициент наполнения. Ну, это как кому удобней.

На базе таймера 555 можно сконструировать не только лишь генераторы, да и еще много нужных устройств, о которых будет поведано в последующей статье. Кстати, есть программки — калькуляторы для расчета частоты генераторов на таймере 555, а в программке — симуляторе Multisim для этих целей есть особая закладка.

Борис Аладышкин

Продолжение статьи: Интегральный таймер 555. Путешествие по Data sheet