20 мая 2011 в 16:57

Микросхема 555

• DIY или Сделай сам

Всем привет. Сегодня я хочу рассказать вам о микросхеме 555. Её история началась ещё в далеком 1971 году, когда компания Signetics Corporation выпустила микросхему SE555/NE555 под названием «Интегральный таймер» (The IC Time Machine). В те времена это была единственная «таймерная» микросхема, которая была доступна массовому потребителю. Сразу после выхода 555 завоевала бешеную популярность и её начали выпускать почти все производители полупроводников. Отечественные производители тоже выпускали данную микросхему под названием КР1006ВИ1 .

Что это за чудо?

Микросхема выпускается в двух вариантах корпуса - пластиковом DIP и круглом металлическом. Правда встретить 555 в круглом металлическом корпусе в наши времена очень сложно, чего не скажешь о версии в пластиковом DIP корпусе. Внутри корпуса с восемью выводами скрываются транзисторы, диоды и резисторы. Не будем вдаваться в доскональное изучение 555, но про ножки этой микросхемы я расскажу более подробно. Всего ножек 8.

1. Земля . Вывод, который во всех схемах нужно подключать к минусу питания.
2. Триггер , он же запуск. Если напряжение на пуске падает ниже 1/3 Vпит, то таймер запускается. Ток, потребляемый входом, не превышает 500нА.
3. Выход . Напряжение выхода примерно на 1,7 В ниже напряжения питания, когда он включен. Максимальная нагрузка, которую может выдержать выход - 200 мА.
4. Сброс . Если подать на него низкий уровень напряжения (меньше 0,7 В), то схема переходит в исходное состояние не зависимо от того, в каком режиме находится таймер на данный момент. Если в схеме не нужен сброс, то рекомендуется подключить этот вывод к плюсу питания.
5. Контроль . Этот вывод позволит нам получить доступ к опорному напряжению компаратора №1. Используется этот вывод очень редко, а вися в воздухе может сбивать работу, поэтому в схеме его лучше всего присоединить к земле.
6. Порог , он же стоп. Если напряжение на этом выходе выше 2/3 Vcc, то таймер останавливается и выход переводится в состояние покоя. Стоит заметить, что работает выход только тогда, когда вход выключен.
7. Разряд . Этот выход соединяется с землей внутри самой микросхемы, когда на выходе микросхемы низкий уровень и закрыт, когда на выходе высокий уровень. Может пропускать до 200 мА и иногда используется как дополнительный выход.
8. Питание . Данный выход нужно подключать к плюсу питания. Микросхема поддерживает напряжение в пределах 4,5-16 В. Может работать от обычной 9В-батарейки или от проводка USB.

Режимы

Ну что же пришло время поведать вам о режимах микросхемы 555. Их всего 3 и о каждом я расскажу более подробно.

Моностабильный

При подаче сигнала на вход нашей микросхемы, она включается, генерирует выходной импульс заданной длины и выключается, ожидая входного импульса. Важно, что после включения микросхема не будет реагировать на новые сигналы. Длину импульса можно рассчитать по формуле t=1.1*R*C. Пределов по длительности импульсов нет - как по минимальной, так и по максимальной длительности. Есть некоторые практические ограничения, которые можно обойти, но стоит задуматься над тем, нужно ли это и не проще ли выбрать другое решение. Итак, минимальные значения, установленные практическим образом для R составляет 10кОм, а для С - 95пФ. Можно и меньше, но при этом схема начнет поглощать много электричества.

Нестабильный мультивибратор

В этом режиме все довольно таки просто. Управлять таймером не нужно. Он все сделает сам - сперва включится, подождет время t1, потом выключится, подождет время t2 и начнет все заново. На выходе у нас получится забор из высоких и низких состояний. Частота с которой будет колебаться зависит от параметров величин R1,R2 и C и определяется она по формуле F= 1,44/((R1+R2)C). В течение времени t1 = 0.693(R1+R2)C на выходе будет высокий уровень, а в течение времени 2 = 0.693R2C - низкий.

Бистабильный

В данном режиме наша микросхема 555 используется как выключатель. Нажал одну кнопку - выход включился, нажал другую - выключился.

Конец

Думаю Вам уже надоел теоретический материал и Вы хотите приступить к практике. Саму микросхему и детали к ней Вы можете купить в любой радиолавке. Ну, а если Вам вдруг лень идти в магазин Вы можете заказать все детали на этом

Микросхема серии 555 была разработана довольно давно, но до сих пор сохраняет свою актуальность. На базе чипа может быть собрано несколько десятков самых различных устройств с минимальным количеством дополнительных компонентов в схеме. Простота расчета номиналов компонентов обвески микросхемы также является важным её достоинством.

В данной статье речь пойдет о двух вариантах применения микросхемы в схеме реле времени с:

• Задержкой включения;
• Задержкой отключения.

В обоих случаях 555-ый чип будет функционировать как таймер.

Как работает микросхема 555

Перед тем, как перейти к примеру устройства реле, рассмотрим структуру микросхемы. Все дальнейшие описания будут делаться для микросхемы серии NE555 производства Texas Instruments.

Как видно из рисунка, основа - это RS-триггер с инверсным выходом , управляемый выходами с компараторов. Положительный вход верхнего компаратора называется THRESHOLD , отрицательный вход нижнего - TRIGGER . Другие входы компараторов подключены к делителю напряжения питания из трех резисторов по 5 кОм.

Как вы скорее всего знаете, RS-триггер может находиться в устойчивом состоянии (обладает эффектом памяти, объемом 1 бит) либо в логическом «0», либо в логической «1». Как он функционирует:

• R (RESET ) устанавливает выход в логическую «1» (именно «1», а не «0», так как триггер инверсный - об это говорит кружок на выходе триггера);
• Приход положительного импульса на вход S (SET ) устанавливает выход в логический «0» .

Резисторы по 5 кОм в количестве 3-х штук делят напряжение питания на 3, что приводит к тому, что опорное напряжение верхнего компаратора (вход «–» компаратора, он же, вход CONTROL VOLTAGE микросхемы) составляет 2/3 Vcc. Опорное напряжение нижнего - 1/3 Vcc.

С учетом сказанного, можно составить таблицы состояний микросхемы относительно входов TRIGGER , THRESHOLD и выхода OUT . Обратите внимание, что выход OUT - это инвертированный сигнал с RS-триггера.

С помощью такой функциональности микросхемы можно легко делать различные генераторы сигнала с частотой генерации, независимой от питающего напряжения.

В нашем случае, для создания реле времени применяется такая хитрость: входы TRIGGER и THRESHOLD объединяются вместе и к ним подается сигнал с RC-цепочки. Таблица состояний в таком случае будет выглядеть так:

Схема включения NE555 для такого случая следующая:

После подачи питания конденсатор начинает заряжаться, что приводит к постепенному увеличению напряжения на конденсаторе с 0В и далее. В свою очередь, напряжение на входах TRIGGER и THRESHOLD будет наоборот, убывать, начиная с Vcc+. Как видно из таблицы состояний, на выходе OUT присутствует логический «0» после подачи питания Vcc+, а переключение выхода OUT в логическую «1» произойдет, когда на указанных входах TRIGGER и THRESHOLD напряжение опустится ниже 1/3 Vcc.

Важен тот факт, что время задержки реле , то есть промежуток времени между подачей питания и зарядкой конденсатора до момента переключения выхода OUT в логическую «1», можно рассчитать по очень простой формуле:

T = 1.1 * R * C
И как видите, это время не зависит от напряжения питания. Следовательно, при проектировании схемы реле времени можно не заботиться о стабильности питания, что значительно позволяет упростить схемотехнику.

Также стоит упомянуть, что кроме 555 серии производится серия 556 в корпусе с 14-ю выводами. Серия 556 содержит два таймера 555.

Устройство с функцией задержки включения

Перейдем непосредственно к реле времени. В этой статье мы разберем с одной стороны схему максимально простую, но с другой стороны не имеющую гальванической развязки.

Внимание! Сборка и наладка рассматриваемой схемы без гальванической развязки должна выполняться только специалистами, имеющими соответствующее образование и допуски. Устройство является источником опасности, так как в нем присутствует опасное для жизни напряжение.

Такое устройство в своей конструкции имеет 15 элементов и делится на две части:

1. Узел формирования питающего напряжения или блок питания;
2. Узел с временным контроллером.

Блок питания работает по бестрансформаторному принципу. В его конструкцию входят компоненты R1, C1, VD1, VD2, C3 и VD3. Само напряжение питания 12 В формируется на стабилитроне VD3 и сглаживается конденсатором C3.

Во вторую часть схемы включены интегральный таймер с обвеской. Роль конденсатора C4 и резистора R2 мы описали выше, и теперь по указанной ранее формуле мы можем вычислить значение времени задержки реле:

T = 1.1 * R2 * C4 = 1.1 * 680000 * 0.0001 = 75 секунд ≈ 1.5 минуты Изменив номиналы R2-C4, вы можете самостоятельно определить необходимое вам время задержки и своими руками переделать схему на любой временной интервал.

Принцип работы схемы следующий. После включения устройства в сеть и появления напряжения питания на стабилитроне VD3, а, следовательно, и на микросхеме NE555, конденсатор начинает заряжаться до тех пор, пока напряжение на входах 2 и 6 чипа NE555 не опустится ниже 1/3 от питающего, то есть, примерно до 4 В. После наступления этого события на выходе OUT появится управляющее напряжение, которое запустит (включит) реле K1. Реле, в свою очередь, замкнет нагрузку HL1.

Диод VD4 ускоряет разрядку конденсатора C4 после отключения питания для того, чтобы после быстрого повторного включения в сеть устройства время сработки не сократилось. Диод VD5 гасит индуктивный выброс от K1, чем защищает схему. C2 служит для фильтрации помех по питанию NE555.

Если правильно подобраны детали и без ошибок выполнен монтаж элементов, то устройство в проведении настройки не нуждается.

При испытании схемы, чтобы не выжидать полторы минуты, необходимо сопротивление R1 снизить до значения 68–100 кОм.

Вы, наверное, обратили внимание, что в схеме нет транзистора, который бы включал реле K1. Сделано это не из экономии, а по причине достаточной надежности выхода 3 (OUT) микросхемы DD1. Микросхема NE555 выдерживает на выходе OUT максимальную нагрузку до ±225 мА.

Такая схема идеально подходит для контроля времени работы вентиляционных приборов , установленных в санузлах и других подсобных помещениях. За счет ее наличия вентиляторы включаются только при условии присутствия в помещении в течение длительного времени . Такой режим значительно снижает расход электрической энергии, и продлевает срок службы вентиляторов за счет меньшего износа трущихся деталей.

Как сделать реле с задержкой отключения

Приведенную схему, благодаря особенностям NE555, можно легко переделать в таймер задержки отключения. Для этого необходимо поменять местами C4 и R2-VD4. В таком случае K1 замкнет нагрузку HL1 сразу после включения устройства. Отключение нагрузки произойдет после того, как напряжение на конденсаторе C4 увеличится до 2/3 от напряжения питания, то есть примерно до 8 В.

Недостатком такой модификации является тот факт, что после отключения нагрузки схема будет оставаться под воздействием опасного напряжения. Устранить такой недостаток можно включив контакт реле в цепь подачи питания на таймер параллельно с кнопкой включения (именно кнопкой, а не выключателем! ).

Схема такого устройства с учетом всех доработок приведена ниже:

Внимание! Для того, чтобы опасное напряжение в действительности снималось со схемы контактом реле, необходимо, чтобы ФАЗА была подключена именно так, как показано на схеме.

Обратите внимание, что таймер 555 применен и описан на нашем сайте еще и в другой статье, в которой рассмотрена . Приведенная там схема более надежна, содержит гальваническую развязку и позволяет изменять интервал выдержки времени с помощью регулятора.

Если при изготовлении изделия вам потребуется чертеж печатной платы, напишите об этом в комментариях.

Видео по теме

Микросхема NE555 представляет собой аналоговую интегральную схему, являющуюся универсальным таймером, то есть устройством, предназначенным для формирования (генерирования) одиночных или повторяющихся импульсов со стабильными характеристиками во времени. Микросхема NE555 широко применима в технологиях построения реле времени, генераторов, модуляторов, пороговых устройств и других функциональных узлов электронной техники. На основании данной микросхемы были построены устройства широтно-импульсного регулирования, приборы восстановления искаженного цифрового сигнала, импульсные преобразователи напряжения и др.
Микросхема впервые была выпущена в 1971 году компанией Signetics. Сдвоенная версия NE555 производится с обозначением 556, а счетверенная - 558.

Топология микросхемы NE555 состоит из 2 диодов, 23 транзисторов и 16 резисторов. Выходной ток микросхемы равен 200 мА , в то время как ток ее потребления всего на 3 мА больше. Питается микросхема напряжением в диапазоне от 4,5 до 18 вольт . Однако, на точность таймера NE555, изменение напряжения питания не влияет. Погрешность составляет всего около 1% от расчетного значения.

Блок-схема микросхемы NE555

Назначение выводов микросхемы NE555

№ вывода	Обозначение	Альтер- нативное обозначение	Назначение	Описание
				Общий провод, минус питания
				В том случае, если напряжение на этом выходе достигает уровня ниже 1/2 от CTRL, на выходе микросхемы (вывод 3) появляется напряжение высокого уровня и начинается отсчёт времени.
		Q или без обозначения		На этом выводе формируется одно из двух напряжений, примерно соответствующих низкому уровню - 0.25В и высокому уровню V CC - 1,7В, в зависимости от состояния таймера. Время переключения с одного уровня на другой происходит примерно за 100 нс.
			Сброс (разрешение запуска)	При подаче на этот вход напряжения менее 0,7 В выход микросхемы принудительно переходит в состояние низкого уровня (переключается на GND). Это происходит независимо от состояния других входов, то есть данный вход имеет наивысший приоритет. Другими словами, высокий уровень напряжения на данном входе (более 0,7 В) разрешает запуск таймера, в противном случае запуск запрещён.
			Управление (контроль делителя)	Подключен напрямую к внутреннему делителю напряжения. При отсутствии внешнего сигнала имеет напряжение 2/3 от V CC. Определяет пороги останова и запуска.
				Когда напряжение на этом выводе превышает напряжение на выводе CTRL, на выходе устанавливается напряжение низкого уровня, интервал заканчивается. Останов возможен, если на вход TRIG не поступает сигнал запуска, так как вход TRIG имеет приоритет над THR (исключение - микросхема КР1006ВИ1).
		? или ¤<		Выход типа «открытый коллектор», обычно используется для разрядки времязадающего конденсатора между интервалами. Состояния этого выхода повторяют состояния основного выхода OUT, поэтому возможно их параллельное соединение для увеличения нагрузочной способности таймера по втекающему току.
				Плюс питания.

Режимы работы микросхемы NE555

Моностабильный генератор

Входной сигнал низкого уровня на входе INPUT (вывод 2) производит переключение таймера микросхемы в режим отсчёта времени, при этом на выходе микросхемы (OUTPUT – вывод 3) наблюдается высокий уровень сигнала. Данное положение таймера длится заданный промежуток времени, который равен t=1,1*R*C . Далее таймер возвращается в стабильное состояние, определяющее низкий уровень сигнала на выходе микросхемы (OUTPUT – вывод 3).

Астабильный генератор

Напряжение на выходе микросхемы (OUTPUT – вывод 3) периодически изменяется. Таким образом, на выходе микросхемы наблюдается сигнал в виде меандра, который может быть описан следующими уравнениями:
Длительность высокого уровня: t1 = ln2*(R1+R2)*C = 0,693*(R1+R2)*C
Длительность низкого уровня: t2=ln2*R2*C2 = 0,693*R2*C2
Период: T=ln2*(R1+2*R2)*C = 0,693*(R1+2*R2)*C
Частота: f=1/(ln2*(R1+2*R2)*C)

Микросхемы 555 применяются довольно часто в радиолюбительской практике - они практичны, многофункциональны и очень просты в использовании. На таких микросхемах можно реализовать любую конструкцию - как простейшие триггеры Шмитта с парочкой дополнительных элементов, так и многоступенчатые кодовые замки.

NE555 была разработана уже довольно давно, даже в советских журналах «Радио», «Моделист-конструктор», на аналогах этой микросхемы можно было встретить немало самоделок. На сегодняшний день эта микросхема активно применяется в конструкциях со светодиодами.

Описание микросхемы

Это разработка компании из США Signetics. Именно ее специалисты смогли реализовать на практике работы Камензинда Ганса. Это, можно сказать, отец интегральной микросхемы - в тяжелых условиях высокой конкуренции инженерам удалось сделать продукт, который вышел на мировой рынок и завоевал широкую популярность.

В те годы у микросхемы 555 серии не было в мире аналогов - очень высокая плотность монтажа элементов в устройстве и крайне низкая себестоимость. Именно благодаря этим параметрам она заслужила высокую популярность среди конструкторов.

Отечественные аналоги

После началось массовое копирование этого радиоэлемента - советский аналог микросхемы носил название КР1006ВИ1. Между прочим, она во всех отношениях является уникальной разработкой, даже несмотря на то, что у нее много аналогов. Только у отечественных микросхем вход остановки приоритетнее, чем вход запуска. Ни в одной из зарубежных конструкций нет такой особенности. Но эту особенность обязательно нужно учитывать при проектировании схем, в которых оба входа активно используются.

Где применяется?

Но нужно заметить, что приоритеты входов не очень сильно влияют на работоспособность микросхемы. Это только мелкий нюанс, который нужно учитывать в редких случаях. Для снижения потребляемой мощности в середине 70-х был налажен выпуск КМОП-элементов. В СССР микросхемы на полевиках носили название КР1441ВИ1.

Генераторы на микросхеме 555 очень часто используются в конструкциях радиолюбителей. Несложно реализовать на этой микросхеме и реле времени, причем задержку можно установить от нескольких миллисекунд до часов. Существуют и более сложные элементы, в основе которых находится 555 схема - они содержат в себе устройства по предотвращению дребезжания контактов, ШИМ-контроллеры, восстановления сигнала цифрового типа.

Преимущества и недостатки микросхемы

Внутри таймера имеется встроенный делитель напряжения - именно он позволяет задать строго фиксированный нижний и верхний порог, при котором происходит срабатывание компараторов. Именно отсюда можно сделать вывод о главном недостатке - пороговыми значениями невозможно управлять, а из конструкции исключить делитель тоже нельзя, существенно сужается область практического применения микросхемы 555. Схемы мультивибраторов и одновибраторов построить можно, но более сложные конструкции не получится.

Как избавиться от недостатков?

Но избавиться от такой проблемы можно, достаточно установить полярный конденсатор не более 0,1 мкФ между управляющим выводом и минусом питания.

А чтобы существенно повысить помехоустойчивость, в цепи питания устанавливается неполярный конденсатор емкостью 1 мкФ. При практическом применении микросхем 555 важно учитывать, влияют ли на их работу пассивные элементы - резисторы и конденсаторы. Но нужно заметить одну особенность - при использовании таймеров на КМОП-элементах эти все недостатки просто уходят, нет необходимости применять дополнительные конденсаторы.

Основные параметры микросхем

Если вы решите изготовить таймер на микросхеме 555, то нужно знать ее основные особенности. Всего в приборе имеется пять узлов, их можно разглядеть на диаграмме. По входу находится делитель напряжение резистивного типа. С его помощью происходит формирование двух опорных напряжений, необходимых для работы компараторов. Выходы компараторов соединяются с RS-триггером и внешним контактом для сброса. И только после этого на усилительное устройство, где увеличивается значение сигнала.

Питание микросхем

В окончании находится транзистор, у которого коллектор открыт - он выполняет ряд функций, зависит все от того, какая конкретно задача перед ним стоит. Рекомендуется на интегральные микросхемы NE, SA, NA подавать напряжение питания в диапазоне 4,5-16 В. Только для в случае применения микросхем 555 с аббревиатурой SE допускается увеличение до 18 В.

Максимальный ток потребления при напряжении 4,5 В может достигать 10-15 мА, минимальное значение - 2-5 мА. Существуют микросхемы КМОП, у которых ток потребления не превышает 1 мА. У отечественных ИМС типа КР1006ВИ1 ток потребления не превышает 100 мА. Подробное описание микросхемы 555 и ее отечественных аналогов можно найти в даташитах.

Эксплуатация микросхемы

Условия эксплуатации зависят напрямую от того, какая фирма производит микросхему. В качестве примера можно привести два аналога - NE555 и SE555. У первой диапазон температур, в котором она нормально будет работать, находится в интервале 0-70 градусов. У второй же он намного шире - от -55 до +125 градусов. Поэтому такие параметры всегда нужно учитывать при проектировании устройств. Желательно ознакомиться со всеми типовыми значениями напряжений и токов на выводах Reset, TRIG, THRES, CONT. Для этого можно воспользоваться даташитом к конкретной модели - в ней вы найдете исчерпывающую информацию.

От этого зависит и практическое применение схемы. Радиолюбителями микросхема 555 используется довольно часто - в системах управления даже существуют задающие генераторы для радиопередатчиков на этом элементе. Преимущество его перед любым транзисторным или ламповым вариантом - невероятно высокая стабильность частоты. И нет надобности подбирать элементы с высокой стабильностью, устанавливать дополнительные устройства для выравнивания напряжения. Достаточно установить простую микросхему и усилить сигнал, который будет вырабатываться на выходе.

Назначение выводов ИМС

На микросхемах 555 серии присутствует всего восемь выводов, тип корпуса PDIP8, SOIC, TSSOP. Но во всех случаях назначение выводов одинаковое. УГО элемента - это прямоугольник, подписанный «G1» в случае генератора одиночных импульсов и «GN» для мультивибратора. Назначение выводов:

1. GND - общий, по порядку он первый (если считать от ключа-метки). На этот вывод подается минус от источника питания.
2. TRIG - вход запуска. Именно на этот вывод подается низкоуровневый импульс и он поступает на второй компаратор. В результате происходит запуск ИМС и появляется на выходе сигнал с высоким уровнем. Причем длительность сигнала зависит от значений С и R.
3. OUT - выход, на котором появляется сигнал высокого и низкого уровней. Переключение между ними занимает не более 0,1 мкс.
4. RESET - сброс. Этот вход обладает наивысшим приоритетом, он управляет таймером, причем не зависит это от того, есть ли напряжение на остальных ножках микросхемы. Чтобы разрешить запуск, нужно наличие напряжения свыше 0,7В. В том случае, если импульс меньше 0,7В, то работа микросхемы 555 запрещается.
5. CTRL - контрольный вход, который соединяется с делителем напряжения. И если нет никаких внешних факторов, которые могут повлиять на работу, выдается на этом выходе напряжение 2/3 от питающего. При подаче управляющего сигнала на этот вход на выходе образуется модулированный импульс. В случае с простыми схемами этот выход соединяется к конденсатору.
6. THR - остановка. Это вход 1-го компаратора, в случае появления на нем напряжения 2/3 от питающего происходит остановка работы триггера и таймер переводится в пониженный уровень. Но обязательное условие - на ножке TRIG не должно быть сигнала запуска (так как у него приоритет).
7. DIS - разряд. Он соединяется непосредственно с транзистором, расположенным внутри микросхемы 555. У него коллектор общий. В цепи эмиттер-коллектор устанавливается конденсатор, который необходим для того чтобы задать время.
8. VCC - подключение к плюсу источника питания.

Режим одновибратора

Всего существует три работы режима микросхемы NE555, один из них - одновибратор. Чтобы осуществить формирование импульсов, приходится применять конденсатор полярного типа и резистор.

Работа схемы происходит таким образом:

1. Ко входу таймера прикладывается напряжение - низкоуровневый импульс.
2. Происходит переключение режима работы микросхемы.
3. На выводе «3» появляется сигнал с высоким уровнем.

По прошествии этого времени на выходе произойдет формирование низкоуровневого сигнала. В режиме мультивибратора выводы «4» и «8» соединяются. При разработке схем на основе одновибратора нужно учитывать такие нюансы:

1. Напряжение питания не может влиять на время импульса. При увеличении напряжения скорость зарядки конденсатора, который задает время, больше. Следовательно, увеличивается амплитуда сигнала на выходе.
2. Если произвести подачу дополнительного импульса на вход (уже после основного), то он не повлияет на работоспособность таймера до окончания времени t.

Чтобы повлиять на функционирование генератора, можно воспользоваться одним из способов:

1. На вывод RESET подать низкоуровневый сигнал. При этом таймер вернется в состояние по умолчанию.
2. Если на вход «2» идет низкоуровневый сигнал, то на выходе всегда будет высокий импульс.

При помощи одиночных импульсов, подаваемых на вход, и изменения параметров времязадающих компонентов, можно на выходе получить прямоугольный сигнал нужной длительности.

Схема мультивибратора

Изготовить металлоискатель на микросхеме 555 сможет любой начинающий радиолюбитель, но для этого нужно изучить особенности работы этого прибора. Мультивибратор - это специальный генератор, который вырабатывает с определенной периодичностью прямоугольные импульсы. Причем строго задается амплитуда, длительность и частота - зависят значения от того, какая задача стоит перед устройством.

Для формирования повторяющихся сигналов применяются резисторы и конденсаторы. Длительность сигнала t1, паузы t2, частоту f, и период T можно найти по следующим формулам:

• t1=ln2*(R1+R2)*C=0,693*(R1+R2)*C;
• t2=0,693*C*(R1+2*R2);
• T=0,693*C*(R1+2*R2);
• f=1/(0,693*C*(R1+2*R2)).

Исходя из этих выражений, можно увидеть, что пауза по длительности не должна быть больше времени сигнала. Другими словами, скважность не будет никогда больше 2. От этого напрямую зависит практическое применение микросхемы 555. Схемы различных устройств и конструкций строятся по даташитам - инструкциям. В них даны все возможные рекомендации для сборки приборов. Скважность можно найти по формуле S=T/t1. Чтобы увеличить этот показатель, необходимо добавить в схему полупроводниковый диод. Его катод соединяется с шестой ножкой, а анод с седьмой.

Если посмотреть в даташит, то в нем указывается обратная величина скважности - ее можно посчитать по формуле D=1/S. Измеряется она в процентах. Работу схемы мультивибратора можно описать следующим образом:

1. При подаче питания конденсатор полностью разряжен.
2. Таймер переводится в высокоуровневое состояние.
3. Конденсатор накапливает заряд и на нем напряжение достигает максимума - 2/3 от питающего.
4. Происходит переключение микросхемы и на выходе появляется низкоуровневый сигнал.
5. Конденсатор разряжается в течение t1 до уровня 1/3 от питающего напряжения.
6. Микросхема 555 переключается снова и на выходе образуется опять высокоуровневый сигнал.

Такой режим работы называется автоколебательным. На выходе постоянно изменяется величина сигнала, микросхема-таймер 555 равные промежутки времени находится в различных режимах.

Прецизионный триггер Шмитта

В таймерах типа NE555 и аналогичных имеется встроенный компаратор с двумя порогами - нижним и верхним. Кроме того, в нем присутствует специальный RS-триггер. Именно это позволяет реализовать конструкцию прецизионного триггера Шмитта. Напряжение, поступающее на вход, делится при помощи компаратора на три равные части. И как только достигает уровень значения порога, происходит переключение режима работы микросхемы. Гистерезис при этом увеличивается, его величина достигает значения 1/3 от напряжения питания. Используется прецизионный триггер в конструкциях систем с автоматическим регулированием.

Микросхема 555 появилась сорок лет назад и стала фактически первым таймером на широком рынке. С тех пор из-за бешеной популярности микросхемы ее начали выпускать почти все производители электронных компонентов, и несмотря на почтенный возраст, 555 до сих пор выходит многомиллионными тиражами.

В этом году прошел конкурс проектов (555contest.com), использующих ее для решения самых разных задач. Заявки принимались в нескольких категориях: искусство, сложные проекты, минималистичные и полезные гаджеты. Призовой фонд составлял около $1500.

Среди нескольких сотен проектов была видеоигра, собранная на целой горсти 555; контроллер для пинбола; электрогитара; устройство, не дающее спать соседям; замок, отпирающий дверь по секретному стуку и еще куча интересного.

Если ты хоть раз в жизни держал паяльник и даже отличишь резистор от транзистора, а со старушкой 555 еще не знаком, то нужно срочно исправить ситуацию. Что это за зверь? Внутри пластикового корпуса с восемью выводами скрывается пара десятков транзисторов, диодов и резисторов, но в доскональное изучение работы таймера вдаваться не будем, пусть он останется для нас черным ящиком, из которого торчат ножки. А вот ножки обсудим.

1. Земля. Здесь все просто, во всех схемах ее нужно подключать к минусу питания.
2. Триггер, он же пуск. Если напряжение на пуске падает ниже одной трети напряжения питания (Vcc) - например, нажимается кнопка, притянутая к земле, - то схема стартует.
3. Выход. Задача таймера простая - генерировать прямоугольные импульсы заданной длины (длительность задается парой сопротивлений и конденсатором). Напряжение выхода примерно на 2 В ниже напряжения питания, когда он включен, и почти ноль (меньше 0,5 В), когда выключен. Максимальная нагрузка, которую способен выдержать выход - около 200 мА. Этого достаточно для небольшого динамика, парочки светодиодов или маленького реле.
4. Сброс. Если подать на него низкий уровень (меньше 0,7 В), то схема переходит в исходное состояние, и выход становится низким. Если в схеме сброс не нужен, то лучше притянуть его к плюсу, чтобы он не скидывал случайно (например, от прикосновения пальцем).
5. Контроль. Напряжение, приложенное к этой ноге, может изменять длительность выходов таймера. Но используется он редко, а висящий в воздухе - может сбивать работу, поэтому в схемах лучше присоединить к земле через небольшой керамический конденсатор на 10 нФ.
6. Порог, он же стоп. Если напряжение на нем выше 2/3 Vcc, то таймер останавливается и выход переводится в выключенное состояние. Работает, только если вход при этом выключен.
7. Разряд. Этот выход соединяется с землей внутри микросхемы, когда на выходе низкий уровень, и используется, чтобы разрядить конденсатор временной цепочки. Может пропускать до 200 мА и иногда используется как дополнительный выход.
8. Питание. Нужно подключить к плюсу питания. Микросхема поддерживает напряжения от 4,5 В до 16 В. Можно запитать от обычной 9В-батарейки, можно от блока питания детских игрушек или от проводка USB.

Заводим лошадку. Режимы

1. Моностабильный.

При подаче сигнала на вход микросхема включается, генерирует выходной импульс заданной длины и выключается, ожидая нового входного импульса. Важно, что после включения микросхема не будет реагировать на новые сигналы, сколько бы их не посылали. Длину импульса можно посчитать по простой формуле t=1,1R1 C4. Чтобы получить время в секундах, сопротивление нужно подставлять в мегаомах, а емкость - в микрофарадах.

Например, при C4=100 мкФ и R1=2,2 МОм период будет примерно 4 минуты. Эту цифру можно менять в очень широких пределах: от 0,000001 секунды до 15 минут. В теории можно и еще больше, но на практике возникнут проблемы.

2. Нестабильный мультивибратор.

В этом режиме таймером и управлять-то не надо, он сам себе хозяин - сперва включится, подождет время t1, потом выключится, подождет время t2, и все заново. На выходе получается забор из высоких и низких состояний, что в лучших традиция ASCII-арта можно представить так: ПП ПП П. Частота, с которой будет колебаться вся система, зависит от параметров RC-цепочки (точнее - от величин R2, R3 и С1) и ее можно посчитать по формуле f = 1,44/((R3 + 2R2)C1). В течение времени t1 = 0,693 (R3 + R2)C1 на выходе будет высокий уровень, а в течение t2=0,693(R2)C1 - низкий.

3. Бистабильный.

В этом режиме микросхема используется как выключатель. Нажал одну кнопку - выход включился, нажал другую - выключился. Довольно теоретического экскурса, наверняка ты уже захотел приступить к практике.

Собирать простые железки удобно на макетной плате без пайки - ее, как и все детали, можно прикупить в любой радиолавке, за пару сотен рублей. Но у меня почта ближе, чем магазин, и я заказывал все детали из Гонконга на sureelectronics.net, хотя этот вариант на любителя - нужно много терпения: посылка будет идти почти месяц.

Здравствуй, свет!

Задача №1: собрать «хэллоу ворлд» - моргалку светодиодиком. Все просто, как и в мире софта, но в железе даже для такой безделушки можно придумать полезное применение.

От каких деталей уж совсем никак не отвертеться? Во-первых, сам таймер 555 (на схеме IC1). Подойдет таймер любого производителя, но чтобы экспериментировать на макетке - бери в корпусе DIP с длинными ножками. Его названия у разных производителей незначительно отличаются, но три пятерочки в них есть всегда. Например, та, что я использую в примерах этой статьи, называется NE555N. Существуют и другие версии схемы, 556 и 558, у которых в одном корпусе стоит 2 и 4 таймера соответственно.

Они тоже подойдут для всех примеров, просто у них больше ног и расположены они иначе. Во-вторых, потребуются конденсаторы: электролитический C1 емкостью от 5 до 10 мкФ и керамический C3 на 10 нФ. Еще будут нужны: светодиод (LED1) любого цвета и к нему токоограничительный резистор (R5) на 300-600 Ом (у меня 470 Ом), а также резисторы, задающие частоту R1 на 1 кОм и R2 на 10 кОм. Последнее из обязательной программы - маленькая кнопка (типа той, что ставят в мыши и на всяческие приборные панели).

Еще на схеме есть конденсатор C2 на 100 мкФ, который перекинут от плюса к минусу. Если у тебя с питанием все хорошо (например, ты используешь батарейку), то необходимости в нем нет, а с дешевым сетевым адаптером без такого конденсатора никуда. В примерах я использовал пятивольтовый блок питания от детской китайской игрушки, на выпрямителе которого производитель сэкономил - в результате без этой сглаживающей емкости схема не работала вовсе. Поэтому на всех схемах в статье этот конденсатор есть, а ставить его или нет - решать тебе.

Также при желании можно опустить и конденсатор C3, который притягивает пятую ногу к земле, но в этом случае стабильность гарантировать не стану.
Схема работает в нестабильном режиме и собрана таким образом, что пока подключена к питанию, то постоянно генерирует выходные импульсы, а как только мы нажимаем кнопку, то замыкаем ее выход на светодиод и ее работа становится видна. Теперь можешь собрать все по схеме.

При нажатии кнопки светодиод должен бодро начать моргать. Если не заработало, то проверяй контакты и полярности. На микросхеме 555 у одного из краев есть выемка: поставь схему так, чтобы выемка была слева, тогда ножки в нижнем ряду будут нумероваться слева направо от 1 до 4, а в верхнем - справа налево от 5 до 8. У светодиода более длинный выход должен подключаться к плюсу, а более короткий - к минусу. Если у диода ножки одной длины, то на помощь придет плоская литиевая батарейка, вроде той, что стоят на материнских платах. Подключи светодиод и так и эдак, когда он засветится - плюс и минус у него будут расположены, как на батарейке.

Если не заработал в обоих положениях, то либо диод горелый, либо это не диод - фототранзисторы могут выглядеть точно так же, как светодиоды. У электролитических конденсаторов минус, как правило, помечен светлой полосой на корпусе. Для остальных деталей полярность не важна.

Теперь о практической пользе. В некоторых играх бывает необходимо щелкать по левой кнопке беспрестанно, натирая мозоли на пальце, но это не наш метод. Можно собрать эту схему покомпактнее, припаяв детали напрямую к выходам микросхемы, и запихнуть в корпус любой USB-мыши - места там, как правило, хватает. Из схемы нужно только выкинуть светодиод с его резистором, а третью ножку микросхемы подпаять напрямую к плюсу левой кнопки мыши.

Определить, где в мышиной кнопке плюс (зеленая точка на фото), а где - минус, обычно несложно: контакт с нулем более толстый и идет к черному проводу от USB, а другой - это плюс, к нему и подпаивайся. Для питания подключайся к красному и черному проводам, уходящим в сторону компьютера, их контакты также помечены на фото. Просверли слева в корпусе мышки отверстие (так, чтобы было удобно дотягиваться до него большим пальцем) и установи туда кнопку при помощи термоклеевого пистолета. Все, теперь можешь нещадно валить врагов.

Создаем электронную музыку

Еще одна схемка, в которой таймер также работает в режиме мультивибратора, но задача у нее другая. Она перенесет тебя в прошлое, в прокуренные студии отцов андеграундной электронной музыки, которым приходилось самим ваять устройства, при помощи которых они создавали бессмертные хиты.

Изменения в предыдущей схеме придется сделать совсем небольшие. Вместо светодиода с его резистором здесь установлен динамик, подключенный к земле через конденсатор C4 - он нужен, чтобы отфильтровать постоянную составляющую выхода и прогонять через динамик только переменный ток. Для максимальной громкости этот конденсатор должен быть электролитическим, емкостью порядка 10 мкФ, но подобный звук будет резать ухо, и если такой задачи не стоит, поставь керамический на 100 нФ, будет потише. Можешь взять динамик из сломанных больших наушников или бипер из старого системного блока. Пьезодинамик (в виде круглой металлической пластинки) также подойдет, плюс ему не нужен конденсатор С4.

Поскольку звуковые частоты несколько выше, чем частота моргания диода, то RC-цепочку тоже придется чутка переделать. Конденсатор C1 заменить на керамический 100 нФ, резистор R2 заменить на 1 кОм и последовательно с ним поставить переменный резистор R3 на 10 кОм. У переменных резисторов обычно 3 ножки, расположенные в ряд, но тебе нужно подключить только две - любую из крайних и центральную. Такие параметры не позволят частоте убежать за слышимый диапазон на всем диапазоне R3. Резистором выставляй частоту, нажимай кнопку и слушай, что звучит. При некоторой сноровке получится музыка.

Сервомашинка как удлинитель пальца

Еще одна схема в режиме мультивибратора. Здесь при помощи таймера 555 ты будешь управлять сервомашинкой. Крути переменный резистор, а машинка будет крутить все, что угодно. Сервоприводы (или просто сервы) используются обычно в радиоуправляемых модельках машин/вертолетов/самолетов, но это не значит, что ты не найдешь им другого применения.

Для начала тебе нужно эту машинку где-нибудь достать. Неплохой выбор недорогих серв есть в популярном китайском онлайнмагазинчике DealExtreme (s.dealextreme.com/search/servo), все свои я заказывал именно там. В наших магазинах они тоже есть, но заметно дороже.

Типичная хобби-серво имеет три провода: черный или коричневый минус питания, который нужно подключить к контакту SERVO-3 на схеме, красный плюс - к SERVO-1, желтый или белый для управляющих команд - к SERVO-2.

Серво ждет, что по сигнальному проводу 50 раз в секунду будут приходить короткие импульсы длиной от 0,9 до 2,1 мс, и длительность сигнала подскажет, на какой угол нужно отклониться. Параметры RC-цепочки в схеме подобраны таким образом, чтобы обеспечить именно такие сигналы. Поскольку время импульса должно быть меньше, чем время между ними, то в схему нужно добавить диод D1. В схеме указан 1n4148, так как он один из самых распространенных, но можно заменить его на другой. Определить полярность диода просто - перпендикулярная полоска на корпусе соответствует черте на схеме.

Таймер 555 - штука простая, хоть 15 вольт на вход подавай, ей все нипочем. А сервомашинка требует более бережного отношения и работает только в диапазоне напряжений от 4,8 В до 6 В. Так что если для питания ты использовал батарейку на 9 В, то придется напряжение понижать. С этой задачей отлично справляется стабилизатор 7805, который срезает все лишнее и оставляет на выходе чистые 5 В. Правда, все лишние вольты он попросту преобразует в тепло и может сильно нагреваться. Хотя, нагреваясь, стабилизатор поддерживает приятный теплый микроклимат в комнате, его не стоит применять в проектах, питающихся от батареек - прожорливый он. Включить его в схему просто: если ты возьмешь его за выходы и будешь читать надписи на корпусе, то первая нога окажется слева - ее нужно подсоединить к плюсу батареи, вторую - к общей земле, а третья - выход +5 В.

Собрав эту штуку, ты сможешь не просто тестировать сервы на работоспособность, а еще удаленно управлять выключателями и открывать замки.

Постоянная кнопка

Порой необходимо, чтобы твоя схемка работала, как телевизор: нажал кнопочку, она включилась, нажал еще раз - выключилась. И эту задачу тоже можно решить на 555. Внутри микросхемы запрятан триггер, который для этой цели можно использовать.

Основная часть схемы уже не должна вызывать у тебя особых вопросов, остановлюсь лишь на выходе третьей ножки, а именно - резисторе R4 и транзисторе T1. Ведь мы делаем кнопку, а значит - она должна уметь пропускать ток, и не факт, что 200 мА, на которые способен 555, будет достаточно. Здесь в качестве ключа используется небольшой NPN-транзистор 2N3904, который способен пропускать те же 200 мА, что и сам таймер, и смысла в нем немного, но его всегда можно заменить на более мощный МОП-транзистор - например, IRF630, который позволит подключить нагрузку до 9А. Правда, для такого транса напряжение придется увеличить на схеме до 12 вольт, иначе затвор не откроется.

Еще не очень круто применять такой выключатель в мобильных устройствах, так как даже в выключенном состоянии он потребляет ток в 3-6 мА, что заметно подсаживает батарею.

Гаджет для приготовления чая

Когда я только начал знакомиться с linux’ом, мне попалась небольшая, но очень важная программа для приготовления чая. В ней можно выбрать сорт чая, и по прошествии времени, необходимого для заварки, она начинала помаргивать иконкой в трее и пищать. Из какого дистрибутива была программа, я уже не помню, но она пару раз помогла мне выпить не остывший чай. С программами всегда так: снес операционку - и нет ее, а железка на столе куда надежнее!

Для реализации этой штуковины понадобится целых два таймера 555. Один (тот, что на схеме слева) будет отсчитывать 4 минуты, за которые заварка превращается в благоуханный напиток, а другой - генерировать импульсы для пищалки.

Генератор на IC2 трудолюбиво и непрерывно генерирует импульсы. Рассмотрим подробнее первый таймер. Он подсоединен в моностабильном режиме. В нормальном состоянии сразу после включения питания на выходе 3 низкий уровень - он притянут к земле, а значит - пищит динамик и горит светодиод LED2 (на самом деле светодиод моргает, но очень быстро, и это незаметно). Как только нажимается кнопка S1, таймер включается, на выходе 3 становится высокий уровень, зажигается светодиод LED1, а динамик выключается, ведь LED2 хоть и «свето-», но все-таки диод, и в обратную сторону ток пропускать не будет. Так продолжается, пока конденсатор C4 заряжается через резистор R1. Когда напряжение на ножке 6 станет больше 2/3 Vcc, то таймер выключится и вновь запищит бипер.

Схему можно чутка модифицировать, добавив последовательно R1 - переменный резистор на 500 кОм, тогда можно будет регулировать время заварки для разных сортов чая.

Уверен, этих схем тебе хватит для вдохновения. Если нет - попробуй поискать чтонибудь на сайте instructables.com . Также со схемами может помочь программа 555 Timer Pro schematica.com/555_Timer_design/555_Timer_PRO_EX.htm , которая позволяет в пару кликов рассчитать детали для любого режима (правда, стоит она «всего» $29, но если постараться, то можно найти в сети более старую бесплатную версию).