Описание и применение таймера 555 (ne555)

Современный рынок насыщен разнообразными устройствами, позволяющими реализовать практически любые потребности пользователей. При этом не возникает необходимости вникать в устройство используемого гаджета, и тем более, изучать принцип работы компонентов, из которых он изготовлен. Все давно привыкли к тому, что электрические часы, будильники, таймеры, кодовые замки  включаются и выключаются путем легкого прикосновения к сенсорной кнопке и исправно выполняют свои функции без участия потребителя.

В основу работы всех этих устройств положена микросхема NE555, которая была разработана почти 50 лет назад и до сих пор не утратила своей актуальности при создании электронных устройств, в основу действия которых положен триггер Шмидта, позволяющий управлять сигналами «включено» — «выключено» в самых различных вариациях.

Описание

Созданию микросхемы NE555, реализованному в 1970 году специалистами компании Signetics (США), предшествовали теоретические разработки Ганса Камензинда, который сумел доказать важность, не имевшего на тот момент времени аналогов, изобретения. Таймер NE555 явился первой и единственной «таймерной» микросхемой, доступной рядовым потребителям, которая позволяла собирать миниатюрные и недорогие устройства за счет плотной компановки элементов в кристалле микросхемы.

Основные параметры ИМС серии 555

Микросхема NE 555 состоит из пяти функциональных узлов:

• делителя напряжения;
• двух прецизионных компараторов;
• триггера;
• транзистора с открытым коллектором на выходе

РИСУНОК 1

Устройство микросхемы NE 555

Параметры работы микросхемы во многом определяются качеством сборки аналогов. Для таймера NE 555 диапазон рабочих температур составляет: 0° — 70° С, а для SE 555 он шире: от -55°С до +125°С.

Существенное влияние на точность работы схемы NE555оказывает вариант исполнения: гражданский или «военный». У последнего выше точность и продолжительнее ресурс работы. Корпус выполнен из керамики или металла.

Питание микросхем

Рекомендуемый интервал питания микросхем 555 и их аналогов лежит в интервале 4,5 V  — 16V. Для микросхемы с индексом SE может достигать 18V.

Потребляемый ток в норме составляет 2-5 мА, при пиковых значениях: 10-15 мА.

Выходной ток у китайских аналогов и отечественной микросхемы КР1006ВИ1 составляет не более 100 мА. У оригинальных импортных микросхем NE/SE 555 он около 200 мА.

Преимущества и недостатки микросхемы

У микросхемы 555 «таймерного» типа существует множество преимуществ. Именно поэтому она популярна столь долгое время.

Внутренний делитель задает верхний и нижний порог срабатывания для двух встроенных компараторов. Это одновременно является достоинством, та как не требуется вводить дополнительные элементы, одновременно это и недостаток: пороговым напряжением микросхемы нельзя управлять.

Кроме этого в процессе эксплуатации выявился и еще один недостаток: при каждом переключении возникает паразитный сквозной ток, достигающий в пиковых значениях силы в 400 мА. За счет этого увеличиваются тепловые потери. Микросхема нагревается.

Как избавиться от недостатков

Решение проблемы давно найдено. Оно заключается в установке между проводом вывода управления и общим проводом полярного конденсатора небольшой емкости (до 0,1 мкФ). Этот конденсатор стабилизирует работу микросхемы при запуске.

Помехоустойчивость работы микросхемы достигается установкой в цепь питания неполярного конденсатора емкостью 1 мкФ. Вариации микросхемы NE 555, собранные на КМОП-транзисторах, не несут в себе указанных недостатков. Для их стабильной работы нет необходимости устанавливать внешние конденсаторы.

Отечественные аналоги

К концу 70-х годов прошлого века в СССР была «разработана» собственная микросхема «таймерного» типа, получившая наименование КР1441ВИ1. В отличие от американской, в ней были использованы полевые транзисторы. Поскольку новых разработок в США не появлялось, и копировать было не с чего, то  КР1441ВИ1 так и осталась единственной и уникальной.

Особенностью советской/российской разработки является приоритет останова над входом запуска.

Области применения

Сложно найти направления в развитии электроприборов, в которой бы не нашел применение  таймер NE/SE 555. На нем успешно конструируют платы генераторов и реле времени, с возможностью управления интервалом от микросекунд до нескольких часов, используют при создании датчиков освещенности и контроля уровня жидкости, охранной сигнализации и кодовых замков.

Сигнализатор темноты

С устройствами, включающимися или выключающимися при изменении силы светового потока (освещенности), каждый вольно или невольно сталкивается каждый день:

• на улицах с помощью таких устройств включаются фонари освещения;
• в подъездах – дежурное освещение лестничных площадок;
• в квартирах — различные устройства имеющий суточный ритм работы.

Принцип действия устройства, реагирующего на изменение освещенности, основан на том, что при изменении сопротивления фоторезистора, на входе NE555 меняется потенциал. Это влечет изменение напряжения на выходе и включает реле.

РИСУНОК 2

Принципиальная схема датчика света

Модуль сигнализации

Сигнализация, собранная с использованием микросхемы 555, использует ее как одновибратор, который, получив сигнал от датчика, генерирует управляющий сигнал включающий сирену. Продолжительность, тональность и громкость звучания регулируется введенными в схему переменными резисторами.

РИСУНОК 3

Принципиальная схема сигнализации

Метроном

Аналог механического прибора, задающего ритм определенной частоты и используемый музыкантами в процесс обучения и репетиций, имеет электронный аналог, собираемый с использованием таймера 555.

В данном случае микросхема работает в режиме мультивибратора, генерирующего периодические импульсы, которые регулируются  транзисторами Q₁ и  Q₂, обеспечивающими регулировку частоты импульсов. Непосредственно частота имульсов регулируется потенциометром Р₁ . Для получения щелчка, схожего с щелчком механического метронома, в схему добавлен транзистор Q₃ .

РИСУНОК 4

Принципиальная схема метронома

Таймер

Пример использования микросхемы по «прямому» назначению – отсчету интервала времени. Работа устройства основана на способности переключать режимы, выдавая сигналы на включение/выключение.

При разряженном конденсаторе потенциал на входе 555 обнулен. В процесс зарядки, требующей определенного времени, «отсчитывается» заданный интервал. После достижения заданного значения зарядки происходит разряд конденсатора, изменение потенциала. Таймер срабатывает на включение или выключение.

РИСУНОК 5

Принципиальная схема таймера

Точный генератор

Используется для регулирования параметров выходных импульсов в различных электронных устройствах. В частности – в высокочастотных преобразователях, входящих в блоки питания LED-лент.

РИСУНОК 6

Принципиальная схема таймера

Расположение и назначение выводов

Микросхема NE555 имеет восемь выходов. В настоящее время встречаются микросхемы в прямоугольных DIP-корпусах, хотя, изредка, можно встретить микросхему в круглом металлическом корпусе. От этого назначение выводов не меняется.

Расположение и нумерация показана на рисунке:

РИСУНОК 7

Расположение и назначение выводов NE555

Режимы работы NE555

У микросхемы возможны три режима работы. Каждый из них используется в различных электронных устройствах.

Одновибратор

В этом режиме микросхема формирует одиночные импульсы. Эта способность реализуется в охранной сигнализации, таймерах включения/выключения.

Мультивибратор

В режиме мультивибрации происходит генерация одинаковых по амплитуде и частоте  импульсов прямоугольной формы. Это свойство реализуется в электронных метрономах или в конструкциях блоков питания для светодиодных лент.

Прецизионный триггер Шмидта с RS триггером

Способность делить компаратором входное напряжение на три части, по достижении пикового значения каждой го из которых происходит очередное переключение. Это свойство реализуется в системах автоматического регулирования различных устройств.

3 наиболее популярные схемы на основе ne555

1. Одновибратор

Стабильное состояние микросхемы в этом режиме – выключена. Включается она только на то время, в течение которого на вход подается внешний импульс. Время, на которое  одновибратор на 555 переходит в активное состояние, определяется емкостью конденсатора и/или RC цепочкой.

Используется в приборах что-либо включающих или выключающих.

2. Мигание светодиодом на мультивибраторе

Светодиодная мигалка может найти применение при устройстве иллюминации, в новогодних гирляндах или в светооформительских целях. Непосредственно к микросхеме невозможно подключить светодиоды мощностью более 0,5Вт, поэтому, для управления более мощной светодиодной цепью (лентой) потребуется дополнительное реле.

3. Реле времени

Принцип работы реле времени уже был описан выше. В этом режиме как нельзя лучше реализуются свойства микросхемы NE555, которая собственно, и была создана для использования в устройствах, измеряющих временные интервалы.