כאשר מפתחים מכשירים אלקטרוניים, לעתים קרובות יש צורך לייצר פולסים באורך נתון או ליצור אות מלבני בתדירות נתונה ויחס מסוים בין אורך להפסקה. זה לא יהיה קשה למעצב מנוסה לעצב מכשיר כזה על אלמנטים דיגיטליים נפרדים, אבל זה יותר נוח להשתמש במיקרו-מעגל מיוחד למטרה זו.
תוֹכֶן
מהו שבב NE555 והיכן ניתן להשתמש בו
שבב NE555 פותח בשנות ה-70 של המאה הקודמת ועדיין פופולרי מאוד בקרב אנשי מקצוע וחובבים. זהו טיימר סגור במארז עם 8 פינים.זמין בגרסאות DIP או שונות להרכבה משטחית (SMD).
המיקרו-מעגל מכיל שני משווים - עליון ותחתון. בכניסות שלהם נוצר מתח ייחוס השווה ל-2/3 ו-1/3 ממתח האספקה. המחלק נוצר על ידי נגדים התנגדות 5 קילו אוהם. המשווים שולטים בכפכף ה-RS. מגבר חיץ ומתג טרנזיסטור מחוברים לפלט שלו. לכל משווה יש כניסה חופשית אחת, הוא משמש לספק אותות בקרה חיצוניים. המשווה העליון מופעל כאשר מופיעה רמה גבוהה ומעביר את הפלט של המיקרו-מעגל לרמה נמוכה. ה"שומר" התחתון מוריד את המתח מתחת ל-1/3 VCC ומגדיר את פלט הטיימר ליחידה לוגית.
המאפיינים העיקריים של שבב NE555
המאפיינים של הטיימר מיצרנים שונים עשויים להיות שונים בגבולות קטנים, אבל לאף אחד אין סטיות בסיסיות (למעט מעגלים מיקרו ממקור לא ידוע, אתה יכול לצפות מהם לכל דבר):
- מתח האספקה מצוין באופן סטנדרטי מ-+5 עד +15 וולט, אם כי גיליונות הנתונים מכילים מגבלות של 4.5 ... 18 וולט.
- זרם המוצא הוא 200 mA.
- מתח המוצא הוא מקסימום VCC מינוס 1.6 וולט, אך לא פחות מ-2 וולט עם מתח אספקה של 5 וולט.
- צריכת זרם ב-5 V אינה עולה על 5 mA, ב-15 V - עד 13 mA.
- השגיאה בהיווצרות משך הדופק היא לא יותר מ-2.25%.
- תדר ההפעלה המרבי הוא 500 קילו-הרץ.
כל הפרמטרים מוגדרים עבור טמפרטורת סביבה של +25 מעלות צלזיוס.
מיקום ומטרת סיכות
יציאות הטיימר מסודרות כסטנדרט, ללא קשר לעיצוב המארז - בסדר עולה מהמפתח נגד כיוון השעון (במבט מלמעלה), מ-1 עד 8. לכל פלט יש מטרה משלו:
- GND - חוט אספקת החשמל המשותף של המכשיר.
- טְרִיגוֹנוֹמֶטרִיָה - כאשר מופעלת רמה נמוכה, הוא מפעיל את המשווה השני (הנמוך יותר לפי הסכימה), יחידה לוגית מופיעה במוצא שלה, ומגדירה את הכפכף RS הפנימי ל-0. מחובר אליו מעגל RC תזמון חיצוני. עדיפות על THR.
- הַחוּצָה - יציאה. הרמה הגבוהה של האות נמוכה מעט ממתח האספקה, הרמה הנמוכה היא 0.25 V.
- אִתחוּל - לאפס. ללא קשר לאותות בכניסות אחרות, אם יש רמה נמוכה, זה מאפס את הפלט ל-0 ומשבית את הטיימר.
- CTRL - ניהול. יש לו תמיד רמה של 2/3 ממתח מסילת החשמל. כאן אתה יכול להחיל אות חיצוני ולוונן את הפלט איתו.
- THR - כאשר מופיעה רמה גבוהה (יותר מ-2/3 מאספקת החשמל), ההדק הראשון (העליון לפי הסכמה) מוגדר ל-1 וההדק הפנימי כפכף RS נכנס למצב של יחידה לוגית.
- DIS - פריקת קבל הגדרת הזמן. כאשר מופיע טריגר ברמה גבוהה במוצא, הטרנזיסטור הפנימי נפתח, מתרחשת פריקה מהירה. הטיימר מוכן למחזור הפעולה הבא.
- VCC - פלט כוח. זה יכול להיות מסופק עם מתח של 5 עד 15 V.
תיאור מצבי הפעולה של שבב NE555
למרות שהארכיטקטורה של הטיימר מאפשרת להשתמש בו במגוון מצבים, ישנם שלושה מצבי פעולה אופייניים ל-NE555.
ויברטור יחיד (מולטי ויברטור במצב המתנה)
עמדת מוצא:
- קלט 2 רמת לוגיקה גבוהה;
- בכניסות R ו-S של ההדק - אפסים;
- פלט טריגר - 1;
- טרנזיסטור מעגל הפריקה פתוח, הקבל C משולף;
- פלט 3 הוא רמה 0.
כאשר מופיעה רמת אפס בכניסה 2, המשווה התחתון עובר ל-1, ומעביר את ההדק ל-0. רמה גבוהה מופיעה במוצא המיקרו-מעגל.במקביל, הטרנזיסטור נסגר, מפסיק לנטרל את הקבל. הוא מתחיל להיטען דרך הנגד R. ברגע שהמתח עליו מגיע ל-2/3 מ-VCC, המשווה העליון יעבוד, יחזיר את ההדק ל-1, ואת יציאת הטיימר ל-0. הטרנזיסטור יידלק ויפרוק את הקיבול . כך תיווצר במוצא פולס חיובי שתחילתו נקבע על ידי אות חיצוני בכניסה 2, וההשלמה תלויה בזמן מטען הקבל, אשר מחושב לפי הנוסחה t=1.1⋅R⋅ ג.
מולטיוויברטור
כאשר מתח מופעל, הקבל משוחרר, בכניסה 2 (ו-6) לוגיקה 0, ביציאה של טיימר 1 (תהליך זה מתואר בסעיף הקודם). לאחר טעינת הקיבול דרך R1 ו-R2 לרמה של 2/3 VCC, רמה גבוהה בכניסה 6 תהפוך את פלט 3 לאפס, וטרנזיסטור הפריקה יופעל. אבל הקבל לא יפרק ישירות, אלא דרך R2. כתוצאה מכך, המעגל יגיע למיקומו המקורי, והמחזור יחזור שוב ושוב. מתיאור התהליך ניתן לראות שזמן הטעינה נקבע לפי סכום ההתנגדויות R1, R2 והקיבול של הקבל, וזמן הפריקה נקבע לפי R1 ו-C. במקום R1 ו-R2, אתה יכול לשים נגדים משתנים ולשלוט במהירות בתדירות ומחזור העבודה של הפולסים. נוסחאות לחישוב:
- משך הדופק t1=0.693⋅(R1+R2)⋅C;
- משך הפסקה t2=0.693⋅R2⋅C;
- קצב חזרת הדופק f=1/(0.693(R1+2⋅R2)⋅C.
זמן ההשהיה אינו יכול לחרוג מזמן הדופק. כדי לעקוף מגבלה זו, מעגלי הפריקה והטעינה מופרדים על ידי הכללת דיודה במעגל (קתודה לפין 6, אנודה לפין 7).
שמיט טריגר
על שבב 555, אתה יכול לבנות טריגר של שמיט.מכשיר זה ממיר אות המשתנה באיטיות (סינוסואיד, שן מסור וכו') לגל מרובע. כאן, מעגלי תזמון אינם משמשים, האות מוזן לכניסות 2 ו-6, מחוברות זו לזו. כאשר מגיעים לסף של 2/3 VCC, מתח המוצא עובר בפתאומיות ל-1, כאשר הוא יורד לרמה של 1/3, הוא גם יורד בפתאומיות לאפס. אזור העמימות הוא 1/3 ממתח האספקה.
יתרונות וחסרונות
היתרון העיקרי של שבב NE555 הוא קלות השימוש שלו - כדי לבנות מעגל מספיקה כריכה קטנה, מה שמתאים לחישוב. יחד עם זאת, עלות המכשיר נמוכה.
החיסרון העיקרי של הטיימר הוא התלות המובהקת של משך הדופק במתח האספקה. זאת בשל העובדה שהקבל במעגל הרטט היחיד או המולטיוויברטור נטען דרך נגד (או דרך שניים), והמסוף העליון של הנגד מחובר לאפיק האספקה. הזרם דרך ההתנגדות נוצר על ידי המתח VCC - ככל שהוא גבוה יותר, הזרם גדול יותר, הקבל ייטען מהר יותר, ככל שהמשווה יעבוד מוקדם יותר, מרווח הזמן שנוצר יהיה קצר יותר. מסיבה לא ידועה, הרגע הזה לא נמצא בתיעוד הטכני, אבל הוא מוכר היטב למפתחים.
חסרון נוסף של הטיימר הוא שמתחי הסף של המשווים נוצרים על ידי מחלקים פנימיים ואינם ניתנים להתאמה. זה מגביל את אפשרויות היישום של NE555.
ועוד תכונה לא נעימה. בקשר עם ערכת הדחיפה לבניית שלב הפלט, ברגע המעבר (כאשר הטרנזיסטור העליון כבר פתוח, והתחתון עדיין לא סגור, או להיפך) יש דופק זרם דרך. משך הזמן שלו קצר, אבל הוא מוביל לחימום נוסף של המיקרו-מעגל ויוצר הפרעות במעגלי החשמל.
מהם האנלוגים
במהלך קיומו של הטיימר, פותחו ושוחררו מספר רב של שיבוטים. הם מיוצרים על ידי חברות שונות, אבל כולם מכילים את המספר 555 בשם. בין המפעלים המייצרים אנלוגים, יש גם יצרנים פופולריים של רכיבים אלקטרוניים וגם יצרנים לא ידועים מדרום מזרח אסיה. אם הראשונים מספקים את הפרמטרים המוצהרים, אז אין לצפות מהאחרונים ערבויות. הסטיות מהמאפיינים המוצהרים עלולות להיות גדולות.
בברית המועצות פותח טיימר דומה KR1006VI1. הפונקציונליות שלו זהה לחלוטין למקור, למעט חריג אחד: פלט 2 שלו מקבל עדיפות על פלט 6 (ולא להיפך, כמו NE555). יש לקחת זאת בחשבון בעת תכנון תוכניות. ועוד משהו: מדד КР אומר שהמיקרו-מעגל מיוצר רק בחבילת DIP8.
דוגמאות לשימוש מעשי
היקף היישום המעשי של הטיימר רחב; במסגרת סקירה זו, לא ניתן יהיה לכסות את הנושא במלואו. אבל כדאי לשקול את הדוגמאות הנפוצות ביותר.
במצב ויברטור יחיד במספר מעגלים מיקרו, ניתן לבנות מנעול קוד עם הגבלת זמן לחיוג הקוד. דרך נוספת היא להשתמש בו כמכשיר איתות להגעה לרמת סף (עוצמת הארה, רמת מילוי מיכל וכו') בשילוב חיישנים שונים.
במצב multivibrator (מצב יציב), הטיימר מוצא את היישום הרחב ביותר. בכמה טיימרים ניתן לבנות מתג זר עם ויסות נפרד של תדר ההבהוב, בזמן וזמן הפסקה.אפשר להשתמש ב-NE555 כבסיס לממסר זמן וליצור זמן הפעלה לצרכן מ-1 עד 25 שניות. אתה יכול לבנות מטרונום למוזיקאי. זהו מצב השבבים הנפוץ ביותר, ואי אפשר לתאר את כל היישומים.
בתור טריגר של שמיט, הטיימר משמש לעתים רחוקות. אבל במצב בי-יציב ללא רכיבי הגדרת תדר, ה-NE555 משמש כמתג או מתג שני כפתורים במצב התחלה-עצירה. למעשה, נעשה שימוש רק בכפכף ה-RS המובנה. ידוע גם לבנות בקר PWM המבוסס על הטיימר.
ישנם אוספים של מעגלים המתארים יישומים שונים של טיימר NE555. הם מתארים אלפי דרכים להשתמש בשבב. אבל אולי גם זה לא יספיק למוח החקרני של המעצב, והוא ימצא שימוש נוסף בטיימר שטרם תואר בשום מקום. האפשרויות שהציבו מפתחי המיקרו-מעגל מאפשרות זאת.
מאמרים דומים:
