Timer 555

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
NE555 produkowany przez Signetics w obudowie DIP

555 (nazywany też NE 555) to układ scalony (chip) pozwalający na realizację wielu funkcji, np. układu czasowego (timera) czy multiwibratora (generatora przebiegów prostokątnych).

Układ ten został zaprojektowany i skonstruowany przez Hansa R. Camenzinda w 1970 roku, wprowadzony do sprzedaży w 1971 roku przez firmę Signetics (przejętą później przez Philips). Jego oryginalnym oznaczeniem był SE555/NE555, był też nazywany "The IC Time Machine" (układ scalony – maszyna czasu). Dzięki swojej prostocie użytkowania, niskiej cenie i dobrej stabilności jest wciąż w użyciu. Do 2003, corocznie produkowano miliard takich układów.

Timer 555 jest jednym z najpopularniejszych i najbardziej wszechstronnych układów, które kiedykolwiek wyprodukowano. Składa się z 23 tranzystorów, 2 diod i 16 rezystorów na płytce krzemowej, umieszczonej w 8-nóżkowej obudowie. Układ 556 to podwójna wersja układu 555 w 14-nóżkowej obudowie. Układ 558 to poczwórna wersja 555 (z małymi modyfikacjami) umieszczona w obudowie 16-nózkowej (końcówki DIS i THR są wewnętrznie połączone, TR reaguje na zbocze opadające sygnału zamiast na poziom napięcia). Dostępne są także wersje wykonane w technologii CMOS, o obniżonym poborze mocy i zmniejszonych prądach upływu wejść progowych, co pozwala na zastosowanie większych wartości rezystorów (dłuższe czasy impulsów, obniżenie poboru prądu, zwiększenie stabilności odmierzania czasu przez zastosowanie kondensatorów nieelektrolitycznych, jednak tego typu układy są wrażliwe na elektryczność statyczną). Do grupy układów CMOS należą TLC555 (Texas Instruments) czy ICM7555 (Intersil).

555 posiada trzy tryby działania:

  • Monostabilny: w tym trybie, 555 funkcjonuje jako wyzwalany generator pojedynczego impulsu. Zastosowania tego trybu to np. układy czasowe, wykrywacze brakującego impulsu, likwidacja odbić styków przełączników, przełączniki dotykowe, dzielniki częstotliwości, układy do pomiaru pojemności, wytwarzanie przebiegów o zadanej szerokości impulsów (przy pobudzaniu z układu astabilnego) itp.
  • Astabilny: 555 może działać jako generator impulsów lub przebiegów prostokątnych. Tryb ten jest używany we wszelkiego rodzaju migaczach (z diodami LED lub żarówkami), generowania przebiegów akustycznych itp.
  • Bistabilny: 555 działa jako przerzutnik dwustanowy (flip-flop). W tym trybie pracy końcówka DIS nie jest wykorzystywana i nie używa się kondensatora. Stosowany jest, np. do likwidacji skutków odbić styków w przełącznikach, czy jako elementy pamięciowe.

Użycie[edytuj | edytuj kod]

Schemat wyprowadzenia pinów układu NE 555

Poszczególne piny układu 555 mają następujące funkcje:

Nr. Nazwa Funkcja
1 GND Masa, stan niski.
2 TR (Trigger) Wejście komparatora 1/3 UCC. Krótki impuls ze stanu wysokiego na niski uruchamia timer.
3 Q (Output) Wyjście impulsów stanu wysokiego. Stan wysoki na tym wyjściu wynosi ok. UCC – 1.4V
4 R (Reset) Podanie stanu niskiego (U < 0.5V) powoduje ustawienie na wyjściu stanu niskiego i rozładowanie kondensatora.
5 CV (ControlVoltage) Wejście sterowania napięciowego. Ustala progi zadziałania komparatorów układu 555.
6 THR (Threshold) Impuls wyjściowy kończy się, gdy napięcie na tej końcówce przekroczy 2/3 UCC
7 DIS (Discharge) Kolektor tranzystora rozładowującego kondensator obwodu czasowego.
8 VCC Napięcie zasilania (od +5V do +15V).

Układ monostabilny[edytuj | edytuj kod]

Czas trwania impulsu wyjściowego ustawiamy przy pomocy jednego kondensatora i jednego rezystora:

Example 555 schematic
Układ monostabilny

Czas trwania impulsu wyjściowego wyraża się wzorem:

t = ln(3)\cdot R \cdot C = 1.0986 \cdot R\cdot C \approx 1.1 \cdot R\cdot C

R – w omach (wielokrotności 1kΩ = 1000Ω, 1MΩ = 1000kΩ =1.000.000Ω)

C – w faradach (podwielokrotności 1μF=0,000001 F=10^(-6)F, 1nF=0,000000001 F = 10^(-9)F )

Układ działa następująco: Impuls (stan wysoki-stan niski-stan wysoki) podany na wejście TR (nóżka 2) ustawia wewnętrzny przerzutnik dwustanowy w układzie 555, co powoduje ustawienie na wyjściu stanu wysokiego (w przybliżeniu Ucc-1.4V) i wyłączenie tranzystora rozładowującego (podłączonego do nóżki 7 układu 555). Kondensator zaczyna się ładować przez rezystor R, napięcie na nim zaczyna narastać wg wzoru:

Uc=U7+(Ucc-U7)\cdot(1-e^{\frac{-t}{R\cdot C}})

U7 – napięcie na nasyconym tranzystorze rozładowującym (80mV do 1V – zależy to od prądu płynącego przez R przy włączonym tranzystorze rozładowującym).

Ponieważ zwykle napięcie zasilania Ucc jest dużo większe niż napięcie U7 nasycenia tranzystora rozładowującego podłączonego do końcówki 7 układu, to napięcie U7 pomija się we wzorze i upraszcza się on do postaci:

Uc=Ucc\cdot(1-e^{\frac{-t}{R\cdot C}})

Gdy napięcie na kondensatorze osiągnie poziom zadziałania komparatora kasujacego podłączonego do wejścia THR, to nastąpi ustawienie na wyjściu stanu niskiego oraz włączenie tranzystora rozładowującego kondensator.

Czas impulsu wyznacza się z porównania napięcia ładującego się kondensatora z poziomem odniesienia komparatora (to napięcie jest równe na końcówce 5 (Cv) układu):

U5=Ucc\cdot(1-e^{\frac{-t}{R\cdot C}})

Po przekształceniu czas trwania impulsu wyraża się wzorem:

t=R\cdot C\cdot ln(\frac{Ucc}{Ucc-U5})

Jeżeli końcówka 5 nie jest do niczego podłączona lub jest do niej podłączony kondensator filtrujący (najczęściej 10 nF), wówczas napięcie U5 jest ustalone wewnętrznym dzielnikiem napięcia na poziomie U5=(2/3)*Ucc i wzór upraszcza się do postaci:

t=R\cdot C\cdot ln(\frac{Ucc}{Ucc-U5})=R\cdot C\cdot ln(\frac{Ucc}{Ucc-\frac{2}{3}\cdot Ucc})=R\cdot C\cdot ln(3)

Ze względu na czasy opóźnień pomiędzy impulsem wyzwalającym a zmianą sygnału na wyjściu, czasy narastania i opadania sygnału na wyjściu oraz wpływ pojemności montażowych powodujących spore odchyłki C przy małych jego wartościach (rzeczywista wartość C to suma pojemności kondensatora i pojemności montażowej) sensowne minimalne czasy impulsów wyjściowych nie powinny schodzić niżej niż 10 μs.

Zalecane wartości rezystancji R powinny być wybierane z zakresu 1kΩ do 1MΩ, a pojemności z zakresu 1 nF do 100 μF. W przypadku układów o podwyższonej stabilności należy stosować kondensatory o niskim współczynniku temperaturowym pojemności (dla większych pojemności kondensatory tantalowe). Wartości rezystorów należy wybierać z dostępnych szeregów wartości tych elementów lub zastosować szeregowe połączenie rezystora nastawnego i rezystora stałego (minimum 1kΩ) ustalającego zakres regulacji czasu impulsu.

W trybie pracy monostabilnej napięcie sterujące na nóżce 5 może się zmieniać w zakresie 45% do 90% napięcia zasilania, co pozwala na zmianę czasu trwania impulsu bez zmiany parametrów elementów R i C. Kondensator o pojemności 10nF do 100 nF włączony pomiędzy końcówkę 5 (Cv) a masę zwiększa odporność układu na zakłócenia i przypadkowe wyzwolenia.

Uwaga: Przy sterowaniu czasem trwania impulsu przy pomocy napięcia podawanego na końcówkę 5 (Cv) układu 555, zmienia się także poziom odniesienia dla komparatora wyzwalającego podłączonego do końcówki 2. Poziom odniesienia wejścia wyzwalania wynosi połowę napięcia U5.

555 Astable Diagram.svg

Układ astabilny[edytuj | edytuj kod]

W trybie astabilnym, czas trwania stanu wysokiego na wyjściu wyraża się wzorem

t_1 = 0.693 \cdot (R1 + R2) \cdot C

a czas trwania stanu niskiego

t_2 = 0.693 \cdot R2 \cdot C

Uwaga: Dla tego schematu współczynnik wypełnienia impulsu jest zawsze większy od 50%!

Częstotliwość sygnału wyjściowego wyraża się wzorem

f_{OUT} = {1 \over t_1 + t_2}

Parametry[edytuj | edytuj kod]

Te parametry odnoszą się do NE555. Inne timery 555 mogą mieć lepsze parametry, w zależności od zastosowania (wojskowe, medyczne, itp).

Napięcie zasilania (VCC) 4.5 do 15 V
Prąd zasilania (VCC = +5 V) 3 do 6 mA
Prąd zasilania (VCC = +15 V) 10 do 15 mA
Prąd wyjściowy (maximum) 200 mA
Pobór mocy 600 mW
Temperatura działania 0 do 70 °C

Pochodne[edytuj | edytuj kod]

Różne firmy wyprodukowały wiele kompatybilnych pinowo wariantów, włączając wersje CMOS. 555 znany jest także pod następującymi oznaczeniami (różni producenci):

Producent Model Uwagi
ECG Philips ECG955M
Exar XR-555
Fairchild Semiconductor NE555/KA555
Harris HA555
Intersil SE555/NE555/ICM7555
Lithic Systems LC555
Maxim ICM7555 CMOS z 2V
Motorola MC1455/MC1555
National Semiconductor LM1455/LM555/LM555C
National Semiconductor LMC555 CMOS z 1.5V
NTE Sylvania NTE955M
Raytheon RM555/RC555
RCA CA555/CA555C
Sanyo LC7555
STMicroelectronics NE555N/ K3T647
Texas Instruments SN52555/SN72555; TLC555
ZSRR K1006ВИ1
Zetex ZSCT1555 minimum 0.9 V
Samsung KA555
CEMI ULY7855

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]

Wikimedia Commons