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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Theorie und Praxis der Verwendung des Timers 555. Erster Teil. Theoretisch. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Anfänger Funkamateur [Bei der Verarbeitung dieser Anweisung ist ein Fehler aufgetreten.] Es gibt wahrscheinlich keinen solchen Funkamateur (Miau und seine Katze! - Im Folgenden die Anmerkung der Katze), der diesen wunderbaren Mikroschaltkreis nicht in seiner Praxis verwenden würde. Nun, jeder hat definitiv von ihr gehört. Seine Geschichte begann im Jahr 1971, als die Signetics Corporation den SE555/NE555-Chip namens „Integrated Timer“ herausbrachte (Die IC-Zeitmaschine). Zu dieser Zeit war es die einzige „Timer“-Mikroschaltung, die dem Massenverbraucher zur Verfügung stand. Unmittelbar nach dem Verkaufsstart erfreute sich die Mikroschaltung sowohl bei Amateuren als auch bei Profis großer Beliebtheit. Es sind zahlreiche Artikel, Beschreibungen und Diagramme erschienen, die dieses Gerät verwenden. In den letzten 35 Jahren hielt es fast jeder Halbleiterhersteller mit Selbstachtung für seine Pflicht, eine eigene Version dieser Mikroschaltung herauszubringen, auch unter Verwendung modernerer technischer Verfahren. Beispielsweise veröffentlicht Motorola eine CMOS-Version des MC1455. Dennoch gibt es zwischen all diesen Versionen keine Unterschiede in Funktionalität und Pin-Layout. Sie sind alle völlige Analogien voneinander. Auch unsere inländischen Hersteller blieben nicht stehen und produzierten diese Mikroschaltung namens KR1006VI1. Und hier ist eine Liste ausländischer Hersteller, die den 555-Timer herstellen, und ihre Handelsbezeichnungen:
In einigen Fällen werden zwei Namen angegeben. Das bedeutet, dass zwei Versionen des Chips verfügbar sind – zivil, für den kommerziellen Einsatz und militärisch. Die Militärversion verfügt über eine höhere Genauigkeit, einen größeren Betriebstemperaturbereich und ist in einem Metall- oder Keramikgehäuse erhältlich. Teurer natürlich. Beginnen wir mit dem Körper und den Stiften.
Die Mikroschaltung ist in zwei Arten von Gehäusen erhältlich – Kunststoff-DIP und rundes Metall. Allerdings wurde es immer noch in einem Metallgehäuse hergestellt – jetzt sind nur noch DIP-Gehäuse übrig. Aber falls Sie plötzlich so viel Glück haben, präsentiere ich beide Zeichnungen des Falles. Die Pinbelegung ist in beiden Fällen gleich. Zusätzlich zu den Standardschaltungen sind zwei weitere Arten von Mikroschaltungen erhältlich – 556 und 558. 556 ist eine Doppelversion des Timers, 558 ist eine Vierfachversion.
Das Funktionsdiagramm des Timers ist in der Abbildung direkt über diesem Satz dargestellt. Die Mikroschaltung enthält etwa 20 Transistoren, 15 Widerstände und 2 Dioden. Die Zusammensetzung und Menge der Komponenten kann je nach Hersteller leicht variieren. Der Ausgangsstrom kann 200 mA erreichen, der verbrauchte Strom beträgt 3-6 mA mehr. Die Versorgungsspannung kann zwischen 4,5 und 18 Volt variieren. In diesem Fall ist die Genauigkeit des Timers praktisch unabhängig von Änderungen der Versorgungsspannung und beträgt 1 % der berechneten. Die Drift beträgt 0,1 %/Volt und die Temperaturdrift beträgt 0,005 %/C. Nun schauen wir uns den Schaltplan des Timers an und klären die Grundlagen bzw. die Beine – welcher Ausgang wofür benötigt wird und was das alles bedeutet.
Also, Schlussfolgerungen (Miau! Es geht um Beine ...): 1. Die erde Hier gibt es nichts Besonderes zu sagen - der Ausgang, der mit dem Minus der Stromversorgung und dem gemeinsamen Draht des Stromkreises verbunden ist. 2. Starten Sie. Komparatoreingang Nr. 2. Wenn an diesen Eingang ein Impuls mit niedrigem Pegel (nicht mehr als 1/3 Vpit) angelegt wird, startet der Timer und am Ausgang wird für eine Zeit, die durch den externen Widerstand R (Ra + Rb, siehe) bestimmt wird, eine Spannung mit hohem Pegel eingestellt Funktionsdiagramm) und Kondensator C - dies ist der sogenannte monostabile Multivibratormodus. Der Eingangsimpuls kann entweder rechteckig oder sinusförmig sein. Die Hauptsache ist, dass seine Dauer kürzer sein sollte als die Ladezeit des Kondensators C. Wenn der Eingangsimpuls dennoch diese Zeitdauer überschreitet, bleibt der Ausgang der Mikroschaltung auf einem hohen Pegel, bis der Eingangspegel wieder auf hoch gesetzt wird . Der vom Eingang aufgenommene Strom überschreitet nicht 500 nA. 3. Beenden. Die Ausgangsspannung ändert sich mit der Versorgungsspannung und beträgt Vpit-1,7 V (hoher Ausgangspegel). Bei Low-Pegel beträgt die Ausgangsspannung ca. 0,25V (bei einer Versorgungsspannung von +5V). Der Wechsel zwischen Low- und High-Zustand erfolgt in etwa 100 ns. 4. Zurücksetzen. Wenn an diesen Ausgang eine Spannung mit niedrigem Pegel (nicht mehr als 0,7 V) angelegt wird, wird der Ausgang auf einen Zustand mit niedrigem Pegel zurückgesetzt, unabhängig davon, in welchem Modus sich der Timer gerade befindet und was er tut. Zurücksetzen, wissen Sie, es wird auch in Afrika zurückgesetzt. Die Eingangsspannung ist unabhängig von der Versorgungsspannung – es handelt sich um einen TTL-kompatiblen Eingang. Um ein versehentliches Zurücksetzen zu verhindern, wird dringend empfohlen, diesen Pin so lange mit dem Pluspol der Stromversorgung zu verbinden, bis er benötigt wird. 5. Kontrolle. Über diesen Pin können Sie auf die Referenzspannung des Komparators Nr. 1 zugreifen, die 2/3 V Versorgung entspricht. Normalerweise wird dieser Pin nicht verwendet. Allerdings kann sein Einsatz die Möglichkeiten der Timerverwaltung deutlich erweitern. Die Sache ist, dass Sie durch Anlegen einer Spannung an diesen Pin die Dauer der Ausgangsimpulse des Timers steuern und so die Steuerkette auf RC treiben können. Die diesem Eingang im monostabilen Multivibratormodus zugeführte Spannung kann zwischen 45 % und 90 % der Versorgungsspannung liegen. Und im Multivibratormodus von 1,7 V bis zur Versorgungsspannung. In diesem Fall erhalten wir am Ausgang ein FM (FM) moduliertes Signal. Wenn dieser Pin nicht verwendet wird, wird empfohlen, ihn über einen 0,01 μF (10 nF)-Kondensator mit dem gemeinsamen Kabel zu verbinden, um das Ausmaß von Interferenzen und allen anderen Problemen zu reduzieren. 6. Stopp. Dieser Pin ist einer der Eingänge des Komparators Nr. 1. Er dient als eine Art Antipode zu Ausgang 2. Das heißt, er dient dazu, den Timer zu stoppen und den Ausgang in einen Low-Level-Zustand zu bringen (Miau! Ruhige Panik?!). Wenn ein Impuls mit hohem Pegel angelegt wird (mindestens 2/3 der Versorgungsspannung), stoppt der Timer und der Ausgang wird auf einen Zustand mit niedrigem Pegel zurückgesetzt. Genau wie Pin 2 können an diesem Pin sowohl Rechteck- als auch Sinusimpulse eingespeist werden. 7. Entladung. Dieser Pin ist mit dem Kollektor des Transistors T6 verbunden, dessen Emitter mit Masse verbunden ist. Wenn der Transistor geöffnet ist, wird der Kondensator C über die Kollektor-Emitter-Verbindung entladen und bleibt in einem entladenen Zustand, bis der Transistor schließt. Der Transistor ist offen, wenn der Ausgang der Mikroschaltung niedrig ist, und geschlossen, wenn der Ausgang aktiv, also hoch, ist. Dieser Pin kann auch als Hilfsausgang verwendet werden. Seine Belastbarkeit entspricht in etwa der eines herkömmlichen Timer-Ausgangs. 8. Plus Ernährung. Wie im Fall von Schlussfolgerung 1 gibt es nicht viel zu sagen. Die Versorgungsspannung des Timers kann im Bereich von 4,5–16 Volt liegen. Bei militärischen Versionen des Chips liegt der obere Bereich bei 18 Volt. Absorbiert? Gehen wir weiter. Die meisten Timer erfordern eine Zeitschaltung, die normalerweise aus einem Widerstand und einem Kondensator besteht. Der 555-Timer ist keine Ausnahme. Schauen wir uns das Diagramm der Funktionsweise der Mikroschaltung an.
Nehmen wir also an, dass wir den Chip mit Strom versorgt haben. Der Eingang ist hoch, der Ausgang ist niedrig, Kondensator C ist entladen. Alles ist ruhig, alle schlafen. Und dann BANG – wir legen eine Reihe rechteckiger Impulse an den Timer-Eingang an. Was ist los? Der allererste Low-Pegel-Impuls schaltet den Timer-Ausgang in einen High-Pegel-Zustand. Der Transistor T6 schließt und der Kondensator beginnt sich über den Widerstand R aufzuladen. Während der gesamten Ladezeit des Kondensators bleibt der Timer-Ausgang eingeschaltet – er behält einen hohen Spannungspegel bei. Sobald der Kondensator auf 2/3 der Versorgungsspannung aufgeladen ist, schaltet sich der Ausgang der Mikroschaltung ab und es erscheint ein niedriger Pegel. Transistor T6 öffnet und Kondensator C entlädt sich. Allerdings gibt es zwei Nuancen, die in der Grafik mit gepunkteten Linien dargestellt sind. Der erste Fall besteht darin, dass, wenn am Ende des Ladevorgangs des Kondensators ein niedriger Spannungspegel am Eingang verbleibt – in diesem Fall bleibt der Ausgang aktiv – dieser auf einem hohen Pegel bleibt, bis am Eingang ein hoher Pegel erscheint. Die zweite Möglichkeit besteht darin, den Reset-Eingang mit einer niedrigen Spannung zu aktivieren. In diesem Fall wird der Ausgang sofort abgeschaltet, obwohl der Kondensator noch geladen wird. Damit sind wir mit dem lyrischen Teil fertig – kommen wir nun zu den harten Zahlen und Berechnungen. Wie können wir die Zeit bestimmen, für die der Timer eingeschaltet wird, und die Werte der RC-Kette, die zum Einstellen dieser Zeit erforderlich sind? Die Zeit, in der der Kondensator auf 63,2 % (2/3) der Versorgungsspannung aufgeladen ist, wird Zeitkonstante genannt und mit dem Buchstaben t bezeichnet. Diese Zeit wird nach einer Formel berechnet, die in ihrer Komplexität erstaunlich ist. Da ist sie: t = R*C, wobei R der Widerstandswert des Widerstands in MegaOhm und C die Kapazität des Kondensators in MikroFarad ist. Die Zeit wird in Sekunden ermittelt. Wir werden auf die Formel zurückkommen, wenn wir die Betriebsarten des Timers im Detail betrachten. Schauen wir uns nun einen einfachen Tester für diesen Chip an, der Ihnen leicht erkennen kann, ob Ihre Timer-Instanz funktioniert oder nicht.
Wenn nach dem Einschalten beide LEDs blinken, ist alles in Ordnung und die Mikroschaltung ist voll funktionsfähig. Wenn mindestens eine der Dioden nicht leuchtet oder im Gegenteil dauerhaft leuchtet, kann ein solcher Mikroschaltkreis guten Gewissens in die Toilette gespült oder, wenn Sie ihn gerade gekauft haben, an den Verkäufer zurückgegeben werden. Versorgungsspannung - 9 Volt. Zum Beispiel aus einer Krona-Batterie. Schauen wir uns nun die Betriebsarten dieser Mikroschaltung an. Genau genommen gibt es zwei Modi. Der erste ist ein monostabiler Multivibrator. Monostabil – weil ein solcher Multivibrator nur einen stabilen Zustand hat – ausgeschaltet. Und wir schalten es vorübergehend in den Ein-Zustand, indem wir ein Signal an den Timer-Eingang legen. Wie oben erwähnt, wird die Zeit, für die der Multivibrator in den aktiven Zustand wechselt, durch die RC-Schaltung bestimmt. Diese Eigenschaften können in den unterschiedlichsten Schaltungen genutzt werden. Etwas für eine bestimmte Zeit beginnen oder umgekehrt – eine Pause für eine bestimmte Zeit einlegen. Der zweite Modus ist ein Impulsgenerator. Die Mikroschaltung kann eine Folge von Rechteckimpulsen erzeugen, deren Parameter von derselben RC-Kette bestimmt werden. (Miau! Ich möchte eine Kette. Für meinen Schwanz. Oder ein Armband. Antistatisch.) Schließlich ist unsere Katze langweilig. Beginnen wir von vorne, also vom ersten Modus.
Der Schaltplan zum Anschluss der Mikroschaltung ist in der Abbildung dargestellt. Die RC-Schaltung wird zwischen Plus und Minus der Stromversorgung angeschlossen. Pin 6 – Stop ist mit der Verbindung zwischen Widerstand und Kondensator verbunden. Dies ist der Eingang des Komparators Nr. 1. Hier ist auch Pin 7 angeschlossen - Bit. Der Eingangsimpuls wird an Pin 2 - Start angelegt. Dies ist der Eingang des Komparators Nr. 2. Eine völlig einfache Schaltung – ein Widerstand und ein Kondensator – ist das viel einfacher? Um die Störfestigkeit zu erhöhen, können Sie Pin 5 über einen 10-nF-Kondensator mit dem gemeinsamen Kabel verbinden. Im Ausgangszustand ist der Ausgang des Timers also niedrig – etwa null Volt, der Kondensator ist entladen und möchte nicht geladen werden, da der Transistor T6 offen ist. Dieser Zustand ist stabil und kann unbegrenzt anhalten. Wenn ein Low-Pegel-Impuls am Eingang ankommt, wird der Komparator Nr. 2 ausgelöst und schaltet den internen Timer-Trigger. Dadurch stellt sich am Ausgang ein hoher Spannungspegel ein. Der Transistor T6 schließt und der Kondensator C beginnt, sich über den Widerstand R aufzuladen. Während des gesamten Ladevorgangs bleibt der Ausgang des Timers hoch. Der Timer reagiert nicht auf äußere Reize, wenn diese an Pin 2 ankommen. Das heißt, nach dem Auslösen des Timers folgen ab dem ersten Impuls weitere Impulse haben keine Wirkung über den Zustand des Timers – das ist sehr wichtig. Also, was ist da los? Ach ja, der Kondensator lädt sich auf. Wenn es auf eine Spannung von 2/3 V aufgeladen wird, funktioniert der Komparator Nr. 1 und schaltet wiederum den internen Trigger. Dadurch stellt sich am Ausgang ein niedriger Spannungspegel ein und die Schaltung kehrt in ihren ursprünglichen, stabilen Zustand zurück. Der Transistor T6 öffnet und entlädt den Kondensator C. Die Zeit, für die der Timer sozusagen „durchdreht“, kann zwischen einer Millisekunde und Hunderten von Sekunden liegen. Es wird so betrachtet: T = 1.1 * R * C Theoretisch gibt es keine Begrenzungen für die Dauer der Impulse – sowohl die minimale als auch die maximale Dauer. Allerdings gibt es einige praktische Einschränkungen, die umgangen werden können, allerdings sollte man sich zunächst darüber Gedanken machen, ob dies notwendig ist und ob es einfacher wäre, eine andere Schaltungslösung zu wählen. Somit liegen die praktisch ermittelten Mindestwerte für R bei 10 kOhm und für C bei 95 pF. Ist es möglich, weniger zu tun? Ich denke ja. Wenn Sie jedoch gleichzeitig den Widerstandswert des Widerstands weiter verringern, beginnt der Stromkreis, zu viel Strom zu erzeugen. Wenn Sie die Kapazität C reduzieren, können alle Arten von parasitären Kapazitäten und Interferenzen den Betrieb der Schaltung erheblich beeinträchtigen. Andererseits beträgt der maximale Widerstandswert etwa 15 MΩ. Hier wird die Begrenzung durch den vom Stop-Eingang verbrauchten Strom (ca. 120 nA) und den Leckstrom des Kondensators C auferlegt. Wenn also der Widerstandswert zu groß ist, schaltet sich der Timer einfach nie aus, wenn die Summe des Kondensators erreicht ist Leckstrom und der Eingangsstrom überschreitet 120 nA. Nun, was die maximale Kapazität des Kondensators angeht, liegt der Punkt nicht so sehr in der Kapazität selbst, sondern im Leckstrom. Es ist klar, dass je größer die Kapazität, desto größer der Leckstrom und desto schlechter die Genauigkeit des Timers. Wenn der Timer daher über längere Zeiträume verwendet wird, ist es besser, Kondensatoren mit geringen Leckströmen zu verwenden – zum Beispiel Tantal. Kommen wir zum zweiten Modus.
Dieser Schaltung wurde ein weiterer Widerstand hinzugefügt. Die Eingänge beider Komparatoren sind verbunden und mit der Verbindungsstelle von Widerstand R2 und Kondensator verbunden. Pin 7 ist zwischen Widerständen angeschlossen. Der Kondensator wird über die Widerstände R1 und R2 aufgeladen. Sehen wir uns nun an, was passiert, wenn wir den Stromkreis mit Strom versorgen. Im Ausgangszustand ist der Kondensator entladen und die Eingänge beider Komparatoren haben einen niedrigen Spannungspegel nahe Null. Komparator Nr. 2 schaltet den internen Trigger und setzt den Timer-Ausgang auf einen hohen Pegel. Der Transistor T6 schließt und der Kondensator beginnt sich über die Widerstände R1 und R2 aufzuladen.
Wenn die Spannung am Kondensator 2/3 der Versorgungsspannung erreicht, schaltet der Komparator Nr. 1 wiederum den Trigger und schaltet den Timer-Ausgang ab – die Ausgangsspannung geht nahe Null. Der Transistor T6 öffnet und der Kondensator beginnt sich über den Widerstand R2 zu entladen. Sobald die Spannung am Kondensator auf 1/3 der Versorgungsspannung abfällt, schaltet Komparator Nr. 2 den Trigger wieder um und am Ausgang der Mikroschaltung erscheint wieder ein hoher Pegel. Der Transistor T6 schließt und der Kondensator beginnt sich wieder aufzuladen ... pfui, mir dreht sich schon der Kopf. Kurz gesagt, als Ergebnis all dieses Schamanismus ist das Ergebnis, das wir erhalten, eine Folge von Rechteckimpulsen. Die Pulsfrequenz hängt, wie Sie wahrscheinlich schon vermutet haben, von den Werten von C, R1 und R2 ab. Es wird durch die Formel bestimmt:
Die Werte von R1 und R2 werden in Ohm, C – in Farad ersetzt, die Frequenz wird in Hertz erhalten. Die Zeit zwischen dem Beginn jedes nächsten Impulses wird als Periode bezeichnet und mit dem Buchstaben t bezeichnet. Sie besteht aus der Dauer des Impulses selbst – t1 und dem Intervall zwischen den Impulsen – t2. t = t1+t2. Frequenz und Periode sind umgekehrte Konzepte und die Beziehung zwischen ihnen ist wie folgt: f = 1/t. t1 und t2 können und sollten natürlich auch berechnet werden. So: t1 = 0.693(R1+R2)C; t2 = 0.693R2C Nun, wir scheinen mit dem theoretischen Teil fertig zu sein. Im nächsten Teil werden wir uns konkrete Beispiele für das Einschalten des 555-Timers in verschiedenen Schaltkreisen und für eine Vielzahl von Anwendungen ansehen. Veröffentlichung: radiokot.ru
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