NE555

Внешний вид таймера NE555N (буква N обозначает тип корпуса — PDIP8)

Логическая диаграмма

Принципиальная схема

555 — аналоговая интегральная схема, универсальный таймер — устройство для формирования (генерации) одиночных и периодических импульсов стабильной длительности или частоты. Применяется для построения различных генераторов, модуляторов, реле времени и аналогичных узлов электронных устройств. В качестве примеров применения таймера можно указать функции восстановления цифрового сигнала, искаженного в линиях связи, фильтров дребезга, двухпозиционных регуляторов в системах автоматического регулирования, двухпозиционных стабилизаторов-регуляторов, интегральных таймеров и др. Впервые выпущен в 1971 году компанией Signetics под обозначением NE555. Функциональные аналоги оригинального NE555 выпускаются во множестве биполярых и КМОП-вариантов. Сдвоенная версия 555 выпускается под обозначением 556, счетверенная — под обозначением 558.

История разработки. Модификации

Летом 1970 года США находились в экономическом кризисе. Микроэлектронная компания Signetics сократила половину персонала. Среди уволенных оказазался и схемотехник Ганс Камензинд, разрабатывавший на Signetics микросхемы ФАПЧ. Камензинд продолжил работу над аналоговыми схемами у себя в гараже. Вначале он отладил схему интегрального ГУН с частотой, не зависившей от напряжения питания. Схема ФАПЧ, впоследствии выпускавшаяся под именем NE566, содержала все структурные блоки будущего таймера 555 — делитель напряжения, компараторы, триггер и аналоговый ключ^[1]. Она вырабатывала колебания треугольной формы, амплитуда которых была задана внутренним делителем, а частота — внешней частотозависимой RC-цепью.

Камензинд сумел продать разработку бывшему работодателю, а затем предложил доработать ИС 566, превратив её в ждущий мультивибратор — генератор одиночных импульсов. Идея встретила сопротивление: оппоненты полагали, что дешёвый интегральный таймер подорвёт сложившийся рынок операционных усилителей и стабилитронов, и только благодаря вмешательству руководителя продаж Арта Фьюри проект получил одобрение. Фьюри и придумал ему название NE555 (NE — префикс Signetics)^[2]. Долгое время Камензинду не удавалось упаковать схему в дешёвый восьмивыводной корпус — модифицированный 556 получался девятивыводным. Решением стала замена встроенного генератора стабильного тока, заряжавшего времязадающий конденсатор, на обычный резистор. В микросхеме ГУН такая замена была недопустимой, в микросхеме таймера она оказалась оправданной. Ещё пять месяцев заняла подготовка отлаженной на макете схемы к производству. За это время сотрудники Signetics, ушедшие к конкурентам вместе с разработкой Камензинда, успели запустить её в серию, но с началом продаж настоящего NE555 отказались от этого проекта. По настоянию Фьюри NE555 продавался по беспрецедентно низкой для своего времени стартовой цене в 75 центов — в 1971 году никто из конкурентов не был готов к соперничеству на такой отметке^[3].

По мере удешевления производства выпуск 555 освоили и конкуренты. Первую КМОП-версию начали выпускать ещё в 1970-е годы на Intersil^[4]. Российскими аналогами таймеров типа 555 являются КР1006ВИ1 и КР1087ВИ2. КР1087ВИ3 — сдвоенный таймер (аналог 556); КР1087ВИ1 — счетверённый таймер (аналог 558). Следует заметить, что таймер КР1006ВИ1 по своей логике работы имеет одно отличие от прототипа NE555, а именно вход сброса R отечественной микросхемы имеет приоритет над входом установки S, а у других микросхем — наоборот. Выпускаются различные экономичные аналоги таймера, выполненные по КМОП-технологии, например это микросхема ICM7555IPA и её отечественный аналог КР1441ВИ1.

Описание схемы

Микросхема состоит из делителя напряжения с двумя выходными напряжениями сравнения, прецизионного триггера Шмитта с RS-триггером с дополнительным сбросом R1, транзисторного ключа с открытым коллектором и выходного усилителя мощности для увеличения нагрузочной способности.

Недостатки

Применённая схема неотключаемого внутреннего делителя напряжения на входе троичного компаратора делает невозможным независимую установку напряжения сравнения нижнего компаратора, что резко уменьшает область возможного применения микросхемы.

Расположение выводов

NE555 чаще всего выпускается в корпусе PDIP8, но встречаются и другие варианты корпуса. Расположение выводов является стандартным:

№ вывода NE555	№ вывода NE556	Название	Назначение	Описание
1	7	GND	Общий	Общий провод, минус питания
2	6 / 8	TRIG	Пуск	Когда напряжение на этом выходе упадёт ниже 1/3 от VCC начинается отсчёт времени.
3	5 / 9	OUT	Выход	Этот вывод переключается между GND и VCC, в зависимости от состояния таймера.
4	4 / 10	RESET	Сброс	При замыкании этого вывода на GND, вывод OUT переходит в состояние низкого уровня (переключается на GND).
5	3 / 11	CTRL	Управление	Подключен напрямую к внутреннему делителю напряжения (обычно 2/3 от VCC).
6	2 / 12	THR	Останов	Интервал заканчивается, когда напряжение на этом выводе превышает напряжение на выводе CTRL.
7	1 / 13	DIS	Разряд	Вывод типа «открытый коллектор», обычно используется для разрядки времязадающего конденсатора между интервалами.
8	14	VCC	Питание	Плюс питания (от 3 до 15 Вольт).

Режимы работы NE555

Этот прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером имеет 2 основных режима работы в режиме таймера: моностабильный и астабильный.

Моностабильный генератор

Схема подключения таймера в моностабильном режиме

Входной импульс низкого уровня на входе INPUT вызывает переключение таймера в режим отсчёта времени (на выходе OUTPUT высокий уровень), который длится заданный промежуток времени $t = 1,1\cdot R\cdot C$, а затем таймер переключается обратно в стабильное состояние (низкий уровень на выходе OUTPUT).
Стоит отметить два факта:

1. Появление низкого уровня на входе RESET переключает таймер в стабильное состояние и переводит выход OUTPUT на низкий уровень.
2. Пока на входе INPUT остаётся низкий уровень, выход OUTPUT всегда имеет высокий уровень.

Астабильный генератор

Схема подключения таймера в астабильном режиме

Напряжение на выходе OUTPUT периодически меняется, генерируется меандр, описываемый следующими уравнениями:
Длительность высокого уровня $t_1 = \ln2 \cdot (R1+R2)\cdot C = 0,693 \cdot (R1+R2)\cdot C$,
низкого — $t_2 = \ln2 \cdot R2\cdot C = 0,693 \cdot R2\cdot C$
Период $T = \ln2 \cdot (R1+2*R2) \cdot C = 0,693 \cdot (R1+2*R2) \cdot C$
Частота $f = \frac{1}{\ln2 \cdot (R1+2*R2) \cdot C}$
^[5]

Например, при номиналах

$R1 = 5 kOhm = 5000 Ohm$, $R2 = 2 kOhm = 2000 Ohm$, $C = 47 \mu F = 0,000047 F$ имеем:

$t_1 = \ln2 \cdot (R1+R2)\cdot C = 0,693 \cdot 7000 \cdot 0,000047 = 0,227997 (sec)$

$t_2 = \ln2 \cdot R2 \cdot C = 0,693 \cdot 2000 \cdot 0,000047 = 0,065142 (sec)$

$T = \ln2 \cdot (R1+2*R2) \cdot C = 0,693 \cdot 9000 \cdot 0,000047 = 0,293139$

$f = \frac{1}{\ln2 \cdot (R1+2*R2) \cdot C} = \frac{1}{0,693 \cdot 9000 \cdot 0,000047} = \frac{1}{0,293139} = 3,41135 (Hz)$

Для улучшения этой статьи желательно?: Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное. Викифицировать статью.

Примечания

1. ↑ Camenzind, 2005, p. 11-1
2. ↑ Camenzind, 2005, pp. 11-2,11-3
3. ↑ Camenzind, 2005, p. 11-3
4. ↑ Camenzind, 2005, p. 11-7
5. ↑ van Roon Chapter: «Astable operation».

Источники

• Camenzind, H. Designing Analog Circuits. — Virtualbookworm Publishing, 2005. — 244 p. — ISBN 9781589397187

Ссылки

• http://radio-hobby.org/uploads/datasheets/kr/kr1006vi1.pdf КР1006ВИ1