Частота предела 555 микро схемы. Микросхема таймер NE555 радиолюбительские конструкции

Для Symbian 10.07.2019

Для Symbian

Тебе не нужен контроллер, говорили они. Делай все на таймерах NE555, говорили они. Ну я и сделал - похоже, только чтобы убедиться, что получается конструкция, потрясающая по своему сокрушительному воздействию на мою неокрепшую психику.

Обзор, если этот текст можно так назвать, будет не слишком длинным. Поскольку в нем лишь констатация моего полного и безоговорочного провала в сборке элементарных схем и демонстрация того, что по крайней мере шесть из двадцати чипов вполне себе работоспособны.

Еще обратите внимание: похоже, магазин недавно изменил правила, поскольку теперь у них минимальный заказ с бесплатной доставкой - от $6, а если меньше, то за доставку возьмут $1,5. Когда я покупал, то списали только стоимость покупки, то есть $0,59, и все.

В двух блистерах ровно двадцать штук. С одной стороны каждый блистер замотан скотчем, с другой закрыт резиновой пробкой:

Вообще, изначально таймеры я покупал, чтобы сделать простенький генератор для поиска короткого замыкания в проводке - знакомые заинтересовались. Суть прибора, если я правильно понял, в том, что цепь до КЗ представляет собой антенну, сигнал от которой можно послушать с обычным СВ/ДВ приемником.

Где писк прекратился - примерно там и замыкание. Вот так это выглядит на практике у товарища, по стопам которого я и планировал идти:

Но потом знакомые с потребностью решили, что им все не так уж и нужно. Или еще что-то решили, а я настаивать не стал. И огорчаться тоже: вы же видели, сколько стоят таймеры (чуть больше половины доллара за 20 штук) - какое огорчение?

Обычные DIP8:

Поэтому решил поразвлекаться другим способом и посмотрел, что вообще делают из NE555. А делают, как выяснилось, массу всего. Всяческие сигнализации, индикаторы напряжения, указатели пропущенных импульсов. В общем, я впечатлился.

Ну а так как все описывают примерно одно и то же, то вот вам пара ссылок РадиоКота: и . Схемы - во второй.

Предполагается, что популярность NE555 объясняется тем, что это проверенная годами (точнее - уже 45 годами) конструкция, которая обескураживающе просто конфигурируется и довольно точно соблюдает характеристики вне зависимости от питающего напряжения, которое может быть в диапазоне от 4,5В до 16В у обычной версии (но есть варианты). То есть, напряжение гуляет, а частота - скорее стабильна, чем нет.

Фактически, чтобы таймер заработал, нужна пара деталей и любой подходящий источник питания - очень привлекательно, чтобы сделать какую-нибудь фиговину без особых хлопот.

Как по мне, так с микроконтроллером хлопот еще меньше, но в комментариях к рассказу про «Пищаль» я получил и потерял покой. Понял, что должен попробовать хотя бы для того, чтобы успокоиться.

Итак, идея была проста - таймер кормления котов. Которые, потеряв всякий стыд, стали требовать еду чуть ли не каждые полчаса, а съедая по три сухаря, довольные расходились. По мнению ветеринара это не очень полезно (а по нашему - еще и чрезвычайно хлопотно), поэтому необходимо было вернуть им режим питания на место. Ну как на место: кормить хотя бы не чаще, чем раз в пять-шесть часов.

Следить по часам, конечно, не сложно. Однако, во-первых, ситуацию осложняет тот факт, что если днем кормление по часам еще более-менее проходит, то ночью - уже не совсем, поскольку у одного кота, скажем так, сложный характер. Именно - он идет и скребет когтями по батарее, и даже если бы я решил не обращать внимания на данный сомнительного качества музыкальный эксперимент, соседей жалко.

То есть, ночью надо вставать и снова засекать время, а в полубессознательном состоянии это немного затруднительно.

Во-вторых, не все коты такие скандальные, поэтому некоторые просто не приходят вместе с тем вот возмутителем спокойствия. И получается, что интервалы у всех разные, а по справедливости неплохо было бы покормить через установленное время и тех, кто пропустил внеочередной прием пищи.

Поэтому я придумал сделать кучку независимых таймеров на фиксированное время - по одному на кота. И чтобы вот так: пришел кот, выдаешь ему еду, нажимаешь на кнопку, загорелась лампочка. Как лампочка погасла, кота снова можно покормить.

Как несложно догадаться, это один из основных вариантов работы таймера. Называть его можно по-разному: можно калькой из - моностабильный, можно - одновибратором, можно - ждущим мультивибратором.

Суть от этого не меняется: от NE555 требуется, по сути, выдать только один импульс требуемой продолжительности.

Поэтому за основу я взял схему таймера из :

Но немного упростил ее, избавившись от подстроечного резистора (поскольку у меня фиксированный интервал) и второго светодиода - за ненадобностью. Заодно поменял номиналы времязадающей цепочки, сверившись все с той же документацией, которая сообщает, что для расчета примерной длительности импульса следует воспользоваться формулой y t = 1.1RC.

Поиграв с шрифтами номиналами деталек, имеющихся в бутике Чип-и-Дип установил, что для устраивающего всех пятичасового интервала вполне подойдут конденсатор емкостью 3300 мкФ и резистор 5,1 МОм:

T = 1,1*0,0033*5100000 = 18513 сек = 5,14 час.

Реальность, однако оказалась немного не совпадающей с теорией. Собранный по этой схеме и с этими номиналами таймер и после пяти часов продолжал работать. Терпения дождаться окончания его работы у меня не хватило, поэтому я предположил, что NE555 не очень хорошо работает с большими номиналами.

Беглое гугление показало, что таки да - это возможно, однако проблем не должно было быть (теоретически) при сопротивлении вплоть до 20 МОм при напряжении питания 15 В. Поэтому я продолжил эксперименты и выяснил, что в моем случае формула получается примерно такая:

И оказался очень себе признателен, что купил не только 5,1 МОм, но и на всякий случай ближайшие номиналы - 4,7 МОм и 3,9 МОм. Последний по счастью как раз и подошел для необходимого интервала.

С этими номиналами (3300 мкФ и 3,9 МОм) я и собрал блок таймеров с лампочками и кнопочками. Все соединил общей линией питания, больше у них точек соприкосновения нет (ну, по крайней мере, старался, чтобы не было). А так как собирал внавес, то на каждом шаге проверял себя мультиметром и был почти спокоен, когда запускал первый из таймеров.

Получилось вот так (я предупреждал в самом начале):

Включился он как и положено, поэтому я распаял оставшиеся кнопочки и лампочки, включил. Понажимал на кнопочки. Светодиоды включились точно так, как и должны были: нажимаешь кнопку - включился, и так все.

И тут я совершил большую ошибку. Не сделал еще несколько тестовых запусков, а просто огорчился, что не очень хорошо припаял провода к кнопкам, и решил их перепаять. Поэтому я пока не знаю, что именно случилось: то ли изначально сделал что-то не так, то ли что-то успел испортить в момент перепайки проводов.

Но вышло смешно. При повторном включении (с перепаянными проводами) сразу же загорелись три светодиода. А нажатие на кнопки выявило полный хаос: нажимаешь на одну кнопку - загорается ее светодиод (т.е., по идее, включается таймер), нажимаешь другую - первый светодиод гаснет, загорается второй. И так далее.

Опытным путем выяснил, что существует некоторая комбинация нажатий кнопок, при которой зажигаются все светодиоды. Но пока руки не доходят проверить схему на предмет коротких замыканий там, где их не должно быть.

Бонус-трек - играем в сапера:

Подводя итог хочу сказать, что с таймерами развлекся. На практике проверил, что покупать их в Китае можно - приходят рабочие.

И хотя кототаймер сделать не смог, бонусом получил головоломку «Зажги все лампочки». И заодно понимание того, что NE555 - явно не для меня. И вот почему:

Минимальное напряжение питания 4,5В
- большой потребляемый ток

Разумеется, эти недостатки можно побороть заказом CMOS-версии чипа, которая гораздо более экономична и работает, начиная с 1,5В. Но обычные стоят $0,59 за двадцать штук, а CMOS - уже около $10. То есть примерно вдвое дороже контроллера, а если применять в конструкции два и более таймеров, то выгода вообще пропадает.

Так что всем спасибо, я возвращаюсь к ATmega328p, на котором, очевидно, и буду делать таймер кормления.

Ps. А теперь можно я тоже напишу про экранчик от ITEAD Studio? Меня, между прочим, совесть мучает, поскольку, с одной стороны, здесь уже этих экранов было выше крыши, а с другой - надо же выполнять обещание.

Планирую купить +19 Добавить в избранное Обзор понравился +38 +67

Сразу стоит отметить при описании микросхемы NE 555, что она выпускается как в стандартной ТТЛ логике, так и КМОП, поэтому она может работать в широком диапазоне напряжений и использована во многих типах устройств в качестве генератора тактовых импульсов или универсального таймера. Микросхема может генерировать как одиночные, так повторяющиеся импульсы, что зависит от принципиальной схемы включения и выбора конкретного режима работы.

Разрабатывался первый вариант ИС еще в 1971 году знаменитой на то время компанией Signetics. По своим характеристикам и функциональным возможностям она является широко востребованной, свидетельством чего является ее активное применение в устройствах управления скоростью вращения двигателей и тиристорных регуляторах мощности.

Также, ее можно использовать для конструирования унифицированного генератора импульсов с регулируемой выходной частотой последовательностью импульсов. Для подробного описания характеристик микросхемы смотрите на ne 555 datasheet. В нем указаны не только основные характеристики, но также представлены диаграммы работы. А в этом описании ne 555 предоставим общую информацию, достаточную для разработки электронных устройств своими руками.

Предыстория создания ИС

В 70 гг. компания Signetics попала под влияние кризиса и вынуждена была сократить численность своего персонала как минимум на 50%, в число которых попал и разработчик представленной схемы. Поэтому она была создана буквально на коленках в гаражных условиях, а за основу была взята им же разработанная NE 566. Платформа будущей ИС уже состояла из основных, необходимых для работы функциональных блоков:

Существуют на ne 555 схемы включения разного типа для работы микросхемы достаточно было наличие внешней RC-цепи, которая являлась времязадающей. И внутренний делитель напряжения , пропорционально которому формировалась амплитуда выходного сигнала. После некоторого времени и внесения небольших доработок, в частности, замена встроенного генератора стабильного тока для зарядки внутреннего конденсатора на резистор, она поступила в серию.

Что касается структуры таймера, то в ней содержалось:

23 транзистора;
16 резисторов;
2 диода.

Аналоги микросхемы

Универсальный таймер вскоре обзавелся функциональными аналогами, которыми стали советские микросхемы из серии КР:

1006ВИ1;
1008ВИ1;
1087ВИ2;
1087ВИ3.

Также, микросхема ne555 аналог имеет, например, КР10006ВИ1, то стоит учесть тот факт, что вход сброса R по отношению к установке имеет приоритет. Этот момент почему-то упущен в техническом описании МС, что является немаловажным фактом при построении электронных схем. В других микросхемах выводы имеют приоритет вплоть до наоборот S над R.

Все выше представленные аналоги таймеров построены на стандартной ТТЛ-логике. Если захотите спроектировать устройства на ne555 с более экономичными показателями, то лучше применить МС из серии КМОП. Таковыми являются устройства:

ICM 7555 IPA ;
GLC 555;
КР1441ВИ1.

Характеристики микросхемы

Функциональная схема представленной микросхемы достаточно проста и состоит из следующих блоков:

делителя напряжения, который сравнивает сигнал на входе с двумя опорными уровнями;
2 высокоточных компараторов на высокий и на низкий уровень сигналов;
триггера со встроенными RS -входами и дополнительным сбросом, выходной транзистор средней мощности биполярный или полевой в зависимости от технологии.

Также, аппаратно в конструкции микросхемы предусмотрен усилитель мощности, повышающий нагрузочную способность устройства и ее качество работы.

Микросхема является универсальной, как ни посмотри, со всех сторон. Например, базовая версия NE 555 рассчитана на напряжение питания в пределах от 4,5 до 16,5 В, что весьма упрощает процесс конструирования многих схем, так как отпадает необходимость придерживаться конкретной величины питания.

Но если необходимо запитать генератор импульсов от пониженного уровня порядка 2–3 В, то лучше использовать схемы на КМОП-логике. Они не только могут свободно функционировать на низком напряжении, но и обладают повышенными показателями устойчивости к помехам и нестабильности питания.

Также, выпускаются модификации устройств с повышенным порогом питающего напряжения, который может достигать 18 В. Эти МС могут применяться в импульсных устройствах и генераторах.

Согласно информации, которую предоставляет западный на ne555 datasheet потребляемый ток устройством зависит от величины входного импульса. Если она лежит на номинальном уровне порядка 5 В, то величина тока составляет не более 6 мА. Но если напряжение вырастет до 15В, то ток также растет до 15мА. Обычно устройства разрабатывают своими руками на средний показатель тока, который оставляет порядка 10 мА, что говорит о напряжении питания в пределах от 9 до 12 В. Но это характерно для ТТЛ-логики.

Микросхемы, сконструированные на основе КМОП-транзисторов, потребляют еще меньше – 100-200 мкА, что их делает еще более экономичными. Но максимальное значение потребляемого тока не превышает 100 мА. Если у вас она берет больше этого значения, это означает что устройство неисправно и требует замены.

Некоторые проблемы и особенности работы с микросхемой

8-пиновый корпус – идея хорошая, но из-за этого форм-фактора возникают некоторые трудности при работе с таймером. А именно, он лишен возможности независимого сравнения сигналов верхнего и нижнего порогов, что довольно часто требуется в устройствах преобразования, например, тех же АЦП. Чтобы реализовать такую возможность радиолюбители прибегают к использованию другой серии устройств, например, NE 521 или устанавливают на вход элементы 3И-НЕ, если это целесообразно.

В биполярных устройствах присутствует такой недостаток, как импульсный ток при включении и выключении, величина которого может достигать 400 мА, что может стать причиной пробоя выходного транзистора или других элементов схемы, в которую она была впаяна. Причиной такого явления является сквозной ток выходного каскада, возникающий из-за тех же высоких импульсов по питанию.

Чтобы устранить проблему, рекомендуется использовать специальный блокирующий конденсатор, подключаемый на входы 5 и общий (мину питания) емкостью порядка 0,01–0,1 мкФ. Благодаря заряду его обкладок внутренне напряжение в МС, поступающее на выходной каскад , сглаживается, что и исключает вероятность возникновения пробоя. Также он защитит внутренний делитель от помех извне, которые могут вызвать ложное срабатывание.

Также, как и в случае со многими другими микросхемами с ТТЛ-логикой, NE 555 рекомендуется шунтировать гасящим конденсатором с керамическим обкладками емкостью 1 мкФ.

Назначение и расположение выводов микросхемы

NE 555 в базовом исполнении имеет 8-выводной корпус DIP, но также выпускаются иные модификации, являющиеся аналогами. Поэтому ориентировать исключительно этого описания при построении устройств своими руками на ее основе не стоит. К каждой микросхеме необходимо просматривать свой даташит.

Схемное обозначение устройства отображается в виде надписи «G 1/ GN». В зарубежных справочниках эту надпись можно расшифровать как генератор одиночных и серий импульсов. Что касается расположения выводов и их назначения, то все однотипные МС являются стандартизированными и могут быть взаимозаменяемы без внесения каких-либо доработок.

В таблице ниже представлено расположение выводов в стандартном корпусе МС:

Режимы работы и применение микросхемы

Самой простой схемной реализацией, применяемой в различный цифровых устройствах, является одновибратор. На примере этой схемы можно также увидеть типовое включение с использованием гасящего и шунтирующего конденсаторов. Именно в таком исполнении наиболее чаще применяется эта микросхема. А работает она следующим образом:

По приходу сигнала с низким уровнем на вход МС под номером 2 начинает работать таймер в режиме счета времени. При этом на выходе устройства устанавливается высокий уровень на протяжении всей длительности временного промежутка . Это время можно устанавливать самостоятельно, подобрав необходимые внешние компоненты, которыми выступают резистор и конденсатор, подключаемые к плюсу питания и выводу под номером 6.

Определяется временная задержка по стандартной формуле с учетом корректирующей константы: t =1,1 RC. По окончании счета (разряда конденсатор) таймер возвращается в исходное состояние. А выходной сигнал изменяется на противоположный. Итак до следующего прихода входного импульса низкого уровня.

При этом, если на входе присутствует низкий уровень, то на выходе высокий. А при подаче импульса на вход сброса триггера таймер останавливает свой счет и уровень сигнала на выходе изменяется на противоположный.

Режим независимого генератора

Чтобы включить микросхему в режиме мультивибратора, имеется схема, показанная на рисунке ниже. Здесь так же все просто, как и в предыдущем варианте, но имеются некоторые особенности расчета элементом и характеристик последовательности выходного сигнала. Чтобы задать определенную частоту смены выходного сигнала и последующее переключение в противоположное устойчивое состояние, потребуется выводы 2 и 6 объединить и установить еще один резистор в делить, уменьшив ток заряда конденсатора, но при этом связав входной сигнал с входом установки триггера. А чтобы рассчитать параметры используемых элементом, необходимо будет воспользоваться следующими простыми формулами расчета:

Изменение скважности выходного импульса

Нередко требуется применение микросхемы 555 с возможностью установки скважности выходного сигнала. Например, сделать ее больше 2, то для этого потребуется образовать дополнительную цепь между 7 и 6 выводами , подключив к ним диод. При этом анодный вывод контактирует с выводом 7 МС. Такое включение дополнительного компонента шунтирует резистор R 2, обеспечивая цепь заряда конденсатора через R 1. Тогда при расчете длительности высокого уровня сигнала на выходе будет происходить по формуле без учета R 2.

В обратном цикле разрядный ток будет протекать через R 2, а R 1 уже не участвует в процессе. И определяется по формуле, которая указывалась выше без изменений.

Электронные интегральные схемы - такая отрасль нашей науки и техники, возможности которой еще далеко не исчерпаны. Видимо, это и есть ростки того самого искусственного интеллекта, о котором так много уже сказано. Причем, если наш природный интеллект строится на элементах - нейронах - которые можно назвать электронно-химическими, то созданные руками человека интегральные схемы в природе не встречаются. Это чистое изобретение человеческого разума. Оно получено в результате долгой работы по совершенствованию самых обыкновенных электроприборов, которые понадобились людям сразу после открытия электричества - выключателей, резисторов, конденсаторов, полупроводниковых приборов. Совершенствование шло как в направлении усложнения схем, так и в стремлении уместить большое количество элементов на ограниченной площади или в ограниченном объеме. А также создать из все тех же схемных примитивов нечто универсальное, долгоиграющее и омниполезное.

Таймер NE555

История изобретения этого таймера показывает, что настоящие шедевры делаются не всегда в самые лучшие для изобретателей времена, и часто даже в совершенно не высокотехнологичных условиях. Ганс Камензинд в свои 33 года кроме служебных обязанностей имел мечту. Это не всегда бывает по вкусу начальству, и ему пришлось уволиться. Свой шедевр он придумал, сидя в гараже в 1971 году, а через год микросхема на восьми ножках бойко пошла в производство и продажу. Схема простая и, как оказалась, полезная. Быть может, не последнюю роль в удаче сыграло и название, которое толком и объяснить не могут: почему NE - от названия фирмы Signetics? Почему 555 - потому что им полюбилась пятерка? Таймер? - да, но не такой, как обычные. Те, что всегда только безостановочно тикают импульсами, а этот может выдать очень точный интервал времени, и не в каких-то привычных в импульсной технике микросекундах, а в достаточно ощутимом интервале: взять и включить лампочку на несколько секунд.

Схема, как часто и все гениальное, оказалась на стыке двух техник: импульсной и аналоговой.

Аналоговые - операционные усилители - усиливают сигнал до нужного стандарта (2 на входах (двухпороговый компаратор) и 1 на выходе). А в середине работает импульсный RS-триггер, который может как генерировать импульсы (мультивибратор), так и выдавать одиночный импульс заданной протяженности (одновибратор).

И все очень легко регулируется - практически, соотношением параметров двух резисторов и одной емкости, подключенных к микросхеме на входах, а также подачей других сигналов на входы.

Видимо, схема имеет какое-то неуловимо удачное соотношение простоты управления и простоты конструкции, что в сочетании с неожиданным многообразием работы элементов и придало ей популярности на протяжении стольких лет. Потому что перечисленные свойства, как следствие, выразились в совсем даже невысокой стоимости и в применимости в разных схемах - и ширпотребовских, и профессиональных. Они хороши для использования в детских игрушках, реле времени, кодовых замках, космических аппаратах. А ежегодные продажи исчисляются до сих пор миллиардами штук по всему миру. Причем за все время схема не претерпела практически никаких изменений. По какой причине слово «эволюция» под рисунком выше и взято в кавычки. Таймер 555 выпускают многие фирмы по всему миру. Известны и отечественные аналоги NE555 - микросхема КР1006ВИ1 и ее КМОП вариант КР1441ВИ1.

Функциональная схема и описание прибора

Функционально таймер состоит из 5 компонентов. Выводов у схемы больше, чем внутренних блоков, что и говорит о возможной гибкости включения в различные схемные решения с участием данной микросхемы.

Входной внутренний делитель напряжения задает опорные напряжения для двух компараторов - верхнего и нижнего. RS-триггер принимает их сигналы и формирует выходной сигнал, который отправляет на усилитель мощности. Еще имеется дополнительный транзистор с выведенным наружу коллектором, который используется для подключения внешней времязадающей цепочки.

Выводы схемы расположены одинаково, независимо от исполнения микросхемы

Описание выводов схемы

Приведенный ниже даташит содержит выводы и подаваемые на них сигналы, откуда становится немного понятной работа микросхемы. Хотя очень многое зависит от ее подключения.

Земля –	Минусовой общий вывод питания		Плюсовой вывод питания – 8
Запуск	Вход компаратора №2 (нижнего). Сигнал низкого уровня – аналоговый или импульсный.	Таймер срабатывает на сигнал (аналоговый или импульсный) низкого уровня (порог – 1/3 Vпит)	На 3 выводе появляется выходной сигнал высокого уровня
Выход	Выходной сигнал (высокий уровень) зависит от питания: Vпит – 1,7 В Низкий уровень (нет сигнала) – примерно 0,25 В	Временная характеристика выходного сигнала определяется внешней времязадающей цепочкой, состоящей из резистора (или резисторов) и емкости.
Сброс	Срабатывает по сигналу низкого уровня (≤ 0,7 В)	Немедленный сброс выходного сигнала	Входной сигнал не зависит от напряжения питания
Контроль	Управление опорным напряжением компаратора №1	Величина напряжения управляет длительностью выходных импульсов (одновибратор) или их частотой (мультивибратор).
Останов	Сбрасывающий сигнал высокого уровня – аналоговый или импульсный
Разряд	Цепь разряда времязадающего конденсатора С
Питание +	Плюсовой провод питания	Vпит = от 4,5 В до 18 В	Минусовой – 1

Применение: варианты подключения NE555 (или NE555 аналогов)

Одновибратор

Емкость С и резистор R задают длительность импульса t, выдаваемого схемой в ответ на сигнал по входу Input (вывод 2). Напряжение питания влияет не на длительность, а на амплитуду выходного сигнала. При выдаче импульса изменение входного сигнала схемой не воспринимается. Через время t схема выдает задний фронт выходного сигнала и возвращается в исходное состояние, после чего готова снова реагировать на входной сигнал. Таким образом, она может выделять информативные всплески (низкого уровня) на фоне помех, так как сигнал на входе в общем случае аналоговый. Может работать как антидребезговая схема.

Генератор импульсов (мультивибратор)

Мультивибратору не нужно подавать на вход никаких сигналов, он начинает работать сразу после включения питания.

Разряженный в начале конденсатор С задает на вход низкий уровень, отчего таймер срабатывает, выдавая на выход высокий потенциал. Его длительность определяется зарядкой конденсатора C через резисторы R1 и R2. Далее происходит разрядка C через R2 и вход 7, что и определяет длительность паузы на таймере. После этого все повторяется, и на выходе получаются импульсы заданной напряжением питания амплитуды и длительностями t 1 и t 2 , то есть частотой f

и скважностью S = T/t 1 . Скважность в данном простейшем подключении более 2 быть не может, так как время импульса t 1 всегда > времени паузы t 2 .

NE555 это легендарная микросхема таймер, которая стала одной из первых интегральных микросборок. Она несет в себе около 20 транзисторов и используется для работы в двух режимах. В режиме непосредственно таймера и генератора прямоугольных импульсов.

Справочная документация по 555 таймеру

Заполните одно из значений ниже, и нажмите кнопку Рассчитать и калькулятор определит вам целый ряд возможных вариантов для сопротивлений резисторов R1, R2 & значение емкости конденсатора.

Справочник - распиновка с подробным описанием всех выводов микросхемы таймера серии 555

Схема сирены генерирующая кричащий звук на таймере NE555

Причем уровень громкости зависит от количества света попадающего на светочувствительный резистор

Двухтональная сирена на NE555

Работа схемы совсем не сложная, таймеры NE555 представляют собой два генератора, низкочастотный генератор (первый слева на схеме) управляет работой второго высокочастотного генератора (уменьшая и увеличивая частоту генерации), далее импульсы следуют на транзисторный усилитель VT1, к эмиттеру которого подключен восьми омный динамик.

В тот момент, когда пьезоэлектрический датчик улавливает механическое воздействие, он формирует электрический импульс, который является сигналом для запуска моностабильного мультивибратора, выход которого подключен к сдвоенной оптопаре.

Эта схема световой сигнализации срабатывает при резком падении уровня освещения датчика, запуская при этом звуковой сигнал тревоги. Устройство не срабатывает при плавном изменении яркости. Чтобы увеличить ресурс батареи питания, звуковой сигнал звуковой сигнал тревоги звучит от одной до десяти секунд, время звучания можно регулировать с помощью построечного сопротивления R5.

Основа схемы стробоскопа таймерные устройства, собранные на микросхемах КР1006ВИ1 (отечественный аналог серии 555) которые обладают более стабильными временными характеристиками, так как длительности импульса и паузы между импульсами не зависят от напряжения источника питания.

Очень хороший способ при регулирование яркости свечения светодиодов это использование широтно-импульсной модуляции, т.к светодиоды запитаны рекомендуемым током и есть возможность производить регулирование яркости свечения за счет подачи питания с более высокой частотой. Изменение периода прямо пропорционально связано с яркостью.

Для акустической сигнализации часто применяют звуки, напоминающие сирену. Их получают электромеханическим или электронным способом. Предлагаемое электронное устройство сигнализации обладает тем преимуществом, что тембр звука сирены можно изменять. Оно состоит из задающего генератора, модулятора и усилителя. Задающий генератор выполнен на интегральной микросхеме B555D (см. принципиальную схему). Желаемый тембр звучания подбирают с помощью резистора R4. Частоту генератора, равную 1 кГц, устанавливают резистором R6 и конденсатором С4. Завывающий звук сирены получают путем подачи с генератора на транзисторе VT1 синусоидального сигнала частотой примерно 1 Гц. на вывод 5 микросхемы. Благодаря диоду VD1 и входному сопротивлению микросхемы, равному 5 кОм, происходит модуляция электрических колебаний, вырабатываемых задающим генератором, с частотой 1 Гц.

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:

GND - общий, по порядку он первый (если считать от ключа-метки). На этот вывод подается минус от источника питания.
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.
OUT - выход, на котором появляется сигнал высокого и низкого уровней. Переключение между ними занимает не более 0,1 мкс.
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.
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.
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).
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.
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:

Ко входу таймера прикладывается напряжение - низкоуровневый импульс.
Происходит переключение режима работы микросхемы.
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:

Напряжение питания не может влиять на время импульса. При увеличении напряжения скорость зарядки конденсатора, который задает время, больше. Следовательно, увеличивается амплитуда сигнала на выходе.
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:

На вывод RESET подать низкоуровневый сигнал. При этом таймер вернется в состояние по умолчанию.
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:

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