Bei der Entwicklung elektronischer Geräte ist es oft erforderlich, Pulse einer bestimmten Länge oder ein Rechtecksignal mit einer bestimmten Frequenz und einem bestimmten Verhältnis von Länge zu Pause zu erzeugen. Für einen erfahrenen Designer wird es nicht schwierig sein, ein solches Gerät auf separaten digitalen Elementen zu entwerfen, aber es ist bequemer, zu diesem Zweck eine spezielle Mikroschaltung zu verwenden.
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Was ist der NE555-Chip und wo kann er verwendet werden?
Der NE555-Chip wurde in den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts entwickelt und ist immer noch sehr beliebt bei Profis und Amateuren. Es ist ein Timer in einem Gehäuse mit 8 Pins.Erhältlich in DIP- oder verschiedenen SMD-Versionen (Surface Mount).
Die Mikroschaltung enthält zwei Komparatoren - obere und untere. An ihren Eingängen wird eine Referenzspannung gebildet, die 2/3 und 1/3 der Versorgungsspannung beträgt. Der Teiler wird durch Widerstände gebildet Widerstand 5 kOhm. Die Komparatoren steuern das RS-Flip-Flop. An seinen Ausgang sind ein Trennverstärker und ein Transistorschalter angeschlossen. Jeder Komparator hat einen freien Eingang, er dient zur Zuführung externer Steuersignale. Der obere Komparator wird ausgelöst, wenn ein hoher Pegel auftritt, und schaltet den Ausgang der Mikroschaltung auf einen niedrigen Pegel. Der untere „Wächter“ senkt die Spannung unter 1/3 VCC und setzt den Timer-Ausgang auf eine logische Einheit.
Die Hauptmerkmale des NE555-Chips
Die Eigenschaften des Timers verschiedener Hersteller können sich in kleinen Grenzen unterscheiden, aber niemand hat grundlegende Abweichungen (außer bei Mikroschaltkreisen unbekannter Herkunft können Sie alles von ihnen erwarten):
- Die Versorgungsspannung wird standardmäßig von +5 bis +15 V angegeben, obwohl die Datenblätter Grenzen von 4,5 ... 18 V enthalten.
- Der Ausgangsstrom beträgt 200 mA.
- Die Ausgangsspannung beträgt maximal VCC minus 1,6 V, jedoch nicht weniger als 2 V bei einer Versorgungsspannung von 5 V.
- Der Stromverbrauch bei 5 V beträgt nicht mehr als 5 mA, bei 15 V - bis zu 13 mA.
- Der Fehler bei der Bildung der Impulsdauer beträgt nicht mehr als 2,25%.
- Die maximale Betriebsfrequenz beträgt 500 kHz.
Alle Parameter sind für eine Umgebungstemperatur von +25 °C angegeben.
Ort und Zweck von Pins
Die Timer-Ausgänge sind standardmäßig unabhängig von der Gehäuseausführung angeordnet - in aufsteigender Reihenfolge von der Taste im Gegenuhrzeigersinn (von oben gesehen) von 1 bis 8. Jeder Ausgang hat seinen eigenen Zweck:
- Masse – gemeinsame Stromversorgungsleitung des Geräts.
- TRIG - Wenn ein niedriger Pegel angelegt wird, startet er den zweiten (gemäß dem Schema niedrigeren) Komparator. An seinem Ausgang erscheint eine logische Einheit, die das interne RS-Flip-Flop auf 0 setzt. Eine externe Zeitgeber-RC-Schaltung ist daran angeschlossen. Hat Vorrang vor THR.
- AUS - Ausfahrt. Der High-Pegel des Signals ist etwas niedriger als die Versorgungsspannung, der Low-Pegel beträgt 0,25 V.
- ZURÜCKSETZEN - zurücksetzen. Unabhängig von den Signalen an anderen Eingängen setzt es bei einem Low-Pegel den Ausgang auf 0 zurück und deaktiviert den Timer.
- STRG - Management. Es hat immer einen Pegel von 2/3 der Stromschienenspannung. Hier können Sie ein externes Signal anlegen und den Ausgang damit modulieren.
- THR - Wenn ein hoher Pegel auftritt (mehr als 2/3 der Stromversorgung), wird der erste (gemäß dem Schema obere) Trigger auf 1 gesetzt und der interne RS-Flipflop geht in den Zustand einer logischen Einheit über.
- DIS - die Entladung des Zeiteinstellkondensators. Wenn am Ausgang ein Trigger mit hohem Pegel erscheint, öffnet der interne Transistor, es kommt zu einer schnellen Entladung. Der Timer ist bereit für den nächsten Betriebszyklus.
- VCC - Leistung. Es kann mit Spannungen von 5 bis 15 V versorgt werden.
Beschreibung der Betriebsmodi des NE555-Chips
Obwohl die Architektur des Timers die Verwendung in einer Vielzahl von Modi erlaubt, gibt es drei typische Betriebsmodi für den NE555.
Einzelrüttler (Standby-Multivibrator)
Startposition:
- Eingang 2 hoher Logikpegel;
- an den Eingängen R und S des Triggers - Nullen;
- Triggerausgang - 1;
- der Transistor der Entladeschaltung ist offen, der Kondensator C ist überbrückt;
- Ausgang 3 ist Pegel 0.
Wenn am Eingang 2 ein Nullpegel erscheint, schaltet der untere Komparator auf 1 und schaltet den Trigger auf 0. Am Ausgang der Mikroschaltung erscheint ein hoher Pegel.Gleichzeitig schließt der Transistor und hört auf, den Kondensator zu überbrücken. Es beginnt mit dem Laden über den Widerstand R. Sobald die Spannung über ihm 2/3 von VCC erreicht, arbeitet der obere Komparator, setzt den Trigger auf 1 und den Timer-Ausgang auf 0 zurück. Der Transistor schaltet ein und entlädt die Kapazität . Somit wird am Ausgang ein positiver Impuls gebildet, dessen Beginn durch ein externes Signal am Eingang 2 bestimmt wird und dessen Beendigung von der Zeit der Kondensatorladung abhängt, die nach der Formel t=1,1⋅R⋅ berechnet wird C.
Multivibrator
Beim Anlegen der Spannung wird der Kondensator entladen, am Eingang 2 (und 6) logisch 0, am Ausgang des Timers 1 (dieser Vorgang ist im vorherigen Abschnitt beschrieben). Nach dem Aufladen der Kapazität durch R1 und R2 auf den Pegel von 2/3 VCC schaltet ein hoher Pegel am Eingang 6 den Ausgang 3 auf Null und der Entladetransistor schaltet ein. Der Kondensator wird aber nicht direkt entladen, sondern über R2. Als Ergebnis kommt die Schaltung in ihre ursprüngliche Position und der Zyklus wiederholt sich immer wieder. Aus der Prozessbeschreibung ist ersichtlich, dass die Ladezeit durch die Summe der Widerstände R1, R2 und der Kapazität des Kondensators bestimmt wird und die Entladezeit durch R1 und C bestimmt wird. Anstelle von R1 und R2, Sie können variable Widerstände einsetzen und die Frequenz und das Tastverhältnis der Impulse schnell steuern. Formeln zur Berechnung:
- Impulsdauer t1=0,693⋅(R1+R2)⋅C;
- Pausendauer t2=0,693⋅R2⋅C;
- Pulswiederholrate f=1/(0.693(R1+2⋅R2)⋅C.
Die Pausenzeit darf die Impulszeit nicht überschreiten. Um diese Einschränkung zu umgehen, werden die Entlade- und Ladeschaltungen getrennt, indem eine Diode in die Schaltung eingebaut wird (Kathode an Pin 6, Anode an Pin 7).
Schmitt-Trigger
Auf dem 555-Chip können Sie einen Schmitt-Trigger bauen.Dieses Gerät wandelt ein sich langsam änderndes Signal (Sinus, Sägezahn usw.) in eine Rechteckwelle um. Hier werden keine Zeitschaltkreise verwendet, das Signal wird auf die Eingänge 2 und 6 geführt, die miteinander verbunden sind. Beim Erreichen der Schwelle von 2/3 VCC schaltet die Ausgangsspannung schlagartig auf 1, beim Absinken auf den Pegel 1/3 fällt sie ebenfalls schlagartig auf null ab. Die Mehrdeutigkeitszone beträgt 1/3 der Versorgungsspannung.
Vorteile und Nachteile
Der Hauptvorteil des NE555-Chips ist seine Benutzerfreundlichkeit - zum Aufbau einer Schaltung reicht eine kleine Bindung aus, die sich gut zum Rechnen eignet. Gleichzeitig sind die Kosten der Vorrichtung gering.
Der Hauptnachteil des Timers ist die starke Abhängigkeit der Impulsdauer von der Versorgungsspannung. Dies liegt daran, dass der Kondensator in der Einzelvibrator- oder Multivibratorschaltung über einen Widerstand (oder über zwei) geladen wird und der obere Anschluss des Widerstands mit dem Versorgungsbus verbunden ist. Der Strom durch den Widerstand wird durch die Spannung VCC gebildet - je höher er ist, desto größer ist der Strom, desto schneller lädt sich der Kondensator auf, desto früher arbeitet der Komparator, desto kürzer ist das erzeugte Zeitintervall. Aus unbekannten Gründen ist dieser Moment nicht in der technischen Dokumentation enthalten, aber den Entwicklern ist er bekannt.
Ein weiterer Nachteil des Timers besteht darin, dass die Schwellenspannungen der Komparatoren durch interne Teiler gebildet werden und nicht eingestellt werden können. Dies schränkt die Anwendungsmöglichkeiten von NE555 ein.
Und noch eine unangenehme Eigenschaft. In Verbindung mit dem Push-Pull-Schema zum Aufbau der Endstufe wird im Moment des Schaltens (wenn der obere Transistor bereits geöffnet und der untere noch nicht geschlossen ist oder umgekehrt) liegt ein Durchgangsstromimpuls vor. Seine Dauer ist kurz, führt jedoch zu einer zusätzlichen Erwärmung des Mikroschaltkreises und erzeugt Störungen in den Leistungsschaltkreisen.
Was sind die Analoga
Während der Existenz des Timers wurde eine große Anzahl von Klonen entwickelt und veröffentlicht. Sie werden von verschiedenen Firmen hergestellt, enthalten aber alle die Nummer 555 im Namen.Unter den Fabriken, die Analoga herstellen, gibt es sowohl bekannte Hersteller von elektronischen Komponenten als auch unbekannte Hersteller aus Südostasien. Wenn erstere die deklarierten Parameter liefern, dann sind von letzteren keine Garantien zu erwarten. Abweichungen von den deklarierten Eigenschaften können groß sein.
In der UdSSR wurde ein ähnlicher Timer KR1006VI1 entwickelt. Seine Funktionalität ist genau die gleiche wie beim Original, mit einer Ausnahme: Sein Ausgang 2 hat Vorrang vor Ausgang 6 (und nicht umgekehrt, wie NE555). Dies muss bei der Gestaltung von Schemata berücksichtigt werden. Und noch etwas: Der КР-Index bedeutet, dass die Mikroschaltung nur im DIP8-Gehäuse hergestellt wird.
Anwendungsbeispiele aus der Praxis
Die Bandbreite der praktischen Anwendung des Timers ist breit, im Rahmen dieser Übersicht kann das Thema nicht vollständig behandelt werden. Aber die häufigsten Beispiele sind eine Überlegung wert.
Im Einzelvibratormodus auf mehreren Mikroschaltkreisen ist es möglich, eine Codesperre mit einer zeitlichen Begrenzung zum Wählen des Codes aufzubauen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, es in Verbindung mit verschiedenen Sensoren als Signalgeber für das Erreichen eines Schwellenwerts (Beleuchtungsstärke, Tankfüllstand usw.) zu verwenden.
Im Multivibrator-Modus (astabiler Modus) findet der Timer die breiteste Anwendung. An mehreren Zeitschaltuhren können Sie einen Girlandenschalter mit separater Regelung der Blinkfrequenz, Einschaltzeit und Pausenzeit aufbauen.Es ist möglich, NE555 als Basis für ein Zeitrelais zu verwenden und eine Verbrauchereinschaltzeit von 1 bis 25 Sekunden zu bilden. Sie können ein Metronom für einen Musiker bauen. Dies ist der am häufigsten verwendete Chipmodus, und es ist unmöglich, alle Anwendungen zu beschreiben.
Als Schmitt-Trigger wird der Timer selten verwendet. Aber im bistabilen Modus ohne Frequenzeinstellelemente wird der NE555 als Entpreller oder als Zwei-Tasten-Schalter im Start-Stopp-Modus verwendet. Tatsächlich wird nur das eingebaute RS-Flip-Flop verwendet. Es ist auch bekannt, einen PWM-Controller basierend auf dem Timer zu bauen.
Es gibt Sammlungen von Schaltungen, die verschiedene Anwendungen des NE555-Timers beschreiben. Sie beschreiben Tausende von Möglichkeiten, den Chip zu verwenden. Aber auch das reicht dem wissbegierigen Geist des Konstrukteurs vielleicht nicht, und er findet eine noch nirgendwo beschriebene zusätzliche Verwendung des Timers. Die von den Entwicklern der Mikroschaltung festgelegten Möglichkeiten lassen dies zu.
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