kategorier: Udvalgte artikler » Praktisk elektronik
Antal visninger: 113767
Kommentarer til artiklen: 5
Integreret timer NE555 - historie, design og betjening
Historien om oprettelsen af en meget populær chip og en beskrivelse af dens interne struktur
En af legenderne om elektronik er integreret kredsløbschip NE555. Det blev udviklet tilbage i 1972. En sådan levetid er langt fra enhver chip, og ikke engang enhver transistor kan være stolt af. Så hvad er så specielt ved denne mikrokredsløb, der har tre femmere i markeringen?
Signetics lancerer serieproduktion af NE555-chip nøjagtigt et år efter det blev udviklet af Hans R. Kamensind. Det mest fantastiske i denne historie var, at Kamensind på det tidspunkt praktisk taget var arbejdsløs: Han afsluttet PR Mallory, men lykkedes ikke at komme nogen steder. Faktisk var det et "hjemmearbejde".
Chippen så dagens lys og fik så stor berømmelse og popularitet takket være indsatsen fra Signetics manager Art Fury, som selvfølgelig var en ven af Kamensind. Han arbejdede for General Electric, så han vidste elektronikmarkedet, hvad der var behov der, og hvordan man kunne tiltrække opmærksomheden fra en potentiel køber.
I henhold til erindringerne fra Kamensinda A. var Fury en ægte entusiast og elsker af hans håndværk. Hjemme havde han et helt laboratorium fyldt med radiokomponenter, hvor han udførte forskellige undersøgelser og eksperimenter. Dette gjorde det muligt at samle enorm praktisk erfaring og uddybe teoretisk viden.
På det tidspunkt blev Signetics-produkter kaldet “5 **”, og den erfarne A. Fury, der havde en overnaturlig fornemmelse af elektronikmarkedet, besluttede, at markering af 555 (tre femmere) ville være meget velkommen til den nye chip. Og han tog ikke fejl: mikrokredsløbet gik simpelthen som varme kager, det blev måske det mest massive i hele historien om oprettelsen af mikrokredsløb. Det mest interessante er, at mikrokredsløbet ikke har mistet sin relevans i dag.
Noget senere dukkede to bogstaver i markeringen af mikrokredsløbet, det blev kendt som NE555. Men da der i disse dage var et komplet rod i patenteringssystemet, skyndte den integrerede timer at frigive alle, der ikke er doven, naturligt og satte tre (læse dine) bogstaver foran tre femmere. Senere, baseret på 555-timeren, blev naturligvis dobbelt- (IN556N) og firedoblede (IN558N) timere udviklet i flere multi-pin-sager. Men basisen var stadig den samme NE555.
Fig. 1. Integreret timer NE555
555 i USSR
Den første beskrivelse af 555 i den indenlandske radiotekniske litteratur optrådte allerede i 1975 i tidsskriftet Electronics. Forfatterne af artiklen bemærkede, at denne chip ikke vil nyde mindre popularitet end de bredt kendte operationelle forstærkere på det tidspunkt. Og de blev slet ikke forkert. Mikrokredsløbet gjorde det muligt at skabe meget enkle design, og næsten alle begyndte at arbejde straks uden smertefuld justering. Men det vides, at gentageligheden af designet derhjemme stiger i forhold til kvadratet for dets "enkelhed".
I Sovjetunionen i slutningen af 80'erne blev der udviklet en komplet analog på 555, kaldet KR1006VI1. Den første industrielle anvendelse af den indenlandske analog var i VCR12 Electronics videooptager.
Chip-producenter NE555:
Intern enhedschip NE555
Før vi griber fat i loddebåndet og starter samlingen af strukturen på den integrerede timer, skal vi først finde ud af, hvad der er indeni, og hvordan det hele fungerer. Derefter vil det være meget lettere at forstå, hvordan et specifikt praktisk skema fungerer.
Den integrerede timer indeholder over tyve transistorerhvis forbindelse er vist på figuren - https://electro-da.tomathouse.com/555ic.jpg
Som du kan se, er kredsløbsdiagrammet ret kompliceret og gives kun her til generel information.Når alt kommer til alt kan du alligevel ikke komme ind i det med et loddejern, du vil ikke være i stand til at reparere det. Faktisk er det netop det, alle andre mikrokredsløb, både digitale og analoge, ser ud fra indersiden (se - Legendariske analoge chips). Sådan er teknologien til produktion af integrerede kredsløb. Det vil heller ikke være muligt at forstå enhedens logik som helhed ved et sådant skema, derfor er det funktionelle skema vist nedenfor, og dets beskrivelse er givet.
Tekniske data
Men før du beskæftiger sig med chipens logik, skal du sandsynligvis medbringe dens elektriske parametre. Området for forsyningsspændinger er stort nok 4,5 ... 18V, og udgangsstrømmen kan nå 200 mA, hvilket gør det muligt at bruge jævnstrømrelæer som en belastning. Chippen i sig selv bruger meget lidt: kun 3 ... 6 mA tilføjes belastningsstrømmen. Samtidig er nøjagtigheden af selve timeren praktisk talt uafhængig af forsyningsspændingen - kun 1 procent af den beregnede værdi. Driften er kun 0,1% / volt. Temperaturdrivningen er også lille - kun 0, 005% / ° C. Som du kan se, er alt ret stabilt.
Funktionsdiagram over NE555 (KR1006VI1)
Som nævnt ovenfor lavede de i USSR en analog af den borgerlige NE555 og kaldte den KR1006VI1. Analogen viste sig at være meget succesrig, ikke værre end originalen, så du kan bruge den uden nogen frygt eller tvivl. Figur 3 viser det funktionsdiagram over den integrerede timer KR1006VI1. Det er fuldt ud i overensstemmelse med NE555-chippen.
Figur 3. Funktionsdiagram over den integrerede timer KR1006VI1
Selve chippen er ikke så stor - den fås i en otte-pin DIP8-pakke såvel som i en lille størrelse SOIC8. Sidstnævnte antyder, at 555 kan bruges til SMD-redigering, med andre ord, udviklere har stadig en interesse i det.
Der er også få elementer inde i mikrokredsløbet. Den vigtigste er den mest almindelige RS er en trigger DD1. Når en logisk enhed føres til input R, nulstilles udløseren til nul, og når en logisk enhed føres til input S, indstilles den naturligvis til en. At generere styresignaler på RS - indgange specialkredsløb for komparatorer, som vil blive drøftet lidt senere.
De fysiske niveauer af en logisk enhed afhænger naturligvis af den anvendte forsyningsspænding og spænder praktisk talt fra Upit / 2 til næsten fuld Upit. Cirka samme forhold observeres for logiske mikrokredsløb i CMOS-strukturen. Logisk nul ligger som normalt inden for 0 ... 0,4V. Men disse niveauer er inde i mikrokredsløbet, du kan kun gætte dem, men du kan ikke føle dem med dine hænder, du kan ikke se med dine øjne.
Output fase
For at øge chipens belastningskapacitet, er en kraftig udgangstrin på transistorer VT1, VT2 forbundet til udgangen fra udløseren.
Hvis RS - triggeren nulstilles, indeholder output (pin 3) en logisk nulspænding, dvs. åben transistor VT2. I tilfælde af, at udløseren er installeret ved udgangen, er niveauet for den logiske enhed også.
Udgangstrinnet er lavet af et push-pull-kredsløb, som giver dig mulighed for at forbinde belastningen mellem output og fælles ledning (klemme 3.1) eller kraftbussen (klemmer 3.8).
En lille bemærkning om output-scenen. Når man reparerer og justerer enheder på digitale mikrokredsløb, er en af metoderne til at kontrollere kredsløbet at levere et lavt niveau signal til mikrocircuits 'input og output. Som regel gøres dette ved at kortslutte den fælles ledning af disse indgange og udgange ved hjælp af en synål, uden at det skader mikrokredsløbet.
I nogle kredsløb er NE555 strømforsyningen 5V, så det ser ud til, at dette også er digital logik, og du kan også gøre det ganske frit. Men i virkeligheden er dette ikke sådan. I tilfælde af 555-chippen, eller rettere sagt med dens push-pull-udgang, kan sådanne "eksperimenter" ikke udføres: hvis output-transistoren VT1 er på dette øjeblik åben, vil en kortslutning slå ud, og transistoren vil simpelthen brænde ud. Og hvis forsyningsspændingen er tæt på det maksimale, er en beklagelig afslutning simpelthen uundgåelig.
Yderligere transistor (pin 7)
Ud over de nævnte transistorer er der også en transistor VT3. Samleren af denne transistor er forbundet til udgangen fra chip 7 "Discharge". Dets formål er at aflade den tidsindstillende kondensator, når du bruger mikrokredsløbet som en pulsgenerator. Afladningen af kondensatoren sker, når udløseren DD1 nulstilles. Hvis vi husker beskrivelsen af udløseren, er der ved det inverse output (angivet med en cirkel i diagrammet) i dette øjeblik en logisk enhed, der fører til åbningen af transistoren VT3.
Om nulstillingssignalet (pin 4)
Du kan når som helst nulstille en trigger - “reset” -signalet har høj prioritet. For at gøre dette er der en særlig indgang R (stift 4), der er angivet på figuren som Usbr. Som det kan forstås af figuren, vil en nulstilling forekomme, hvis en lavniveaupuls på højst 0,7 V påføres den 4. udgang. Samtidig vil udgangsspændingen for mikrokredsløbet (stift 3) være lavt niveau.
I tilfælde, hvor dette input ikke bruges, anvendes et logisk enhedsniveau for at slippe af med impulsstøj. Den nemmeste måde at gøre dette på er ved at tilslutte pin 4 direkte til elbussen. Under ingen omstændigheder skal du efterlade det, som de siger, i "luften". Så bliver du nødt til at undre dig og tænke i lang tid, og hvorfor fungerer kredsløbet så ustabilt?
Generelle udløsermærker
For ikke at blive fuldstændig forvirret omkring udløserens tilstand, skal det erindres, at der i diskussioner om aftrækkeren altid tages højde for tilstanden for dens direkte udgang. Nå, hvis det siges, at udløseren er "installeret", så på den direkte output status for den logiske enhed. Hvis de siger, at udløseren er "nulstillet", vil den direkte output bestemt have en tilstand af logisk nul.
På det inverse output (markeret med en lille cirkel) vil alt være nøjagtigt det modsatte, derfor kaldes triggerudgangen ofte parafase. For ikke at forvirre alt igen, vil vi ikke tale mere om dette.
Enhver, der nøje har læst op til dette sted, kan spørge: ”Undskyld, det er bare en trigger med en kraftig transistorkaskade ved udgangen. Og hvor er selve timeren? ” Og han vil have ret, for sagen har endnu ikke nået timeren. For at få en timer, opfandt hans far, skaberen af Hans R. Kamensind, en original måde at kontrollere denne trigger på. Tricket ved denne metode er dannelsen af styresignaler.
Signalgenerering på RS - indgange til udløseren
Så hvad fik vi? DD1-udløseren styrer alt inde i timeren: hvis den er indstillet til en, er udgangsspændingen høj, og hvis den er nulstillet, er output 3 lav, og VT3-transistoren er også åben. Formålet med denne transistor er at aflade en timingskondensator i et kredsløb, for eksempel en pulsgenerator.
DD1-udløseren styres ved hjælp af komparatorerne DA1 og DA2. For at kontrollere driften af udløseren ved komparatorernes output er det nødvendigt at opnå signaler R og S på højt niveau. En referencespænding påføres en af inputene i hver komparator, der genereres af en præcisionsdeler på modstande R1 ... R3. Modstandenes modstand er den samme, så spændingen, der påføres dem, er opdelt i 3 lige store dele.
Generering af triggerkontrollsignal
Timer start
Den direkte spænding på 1 / 3U påføres den direkte indgang fra komparatoren DA2, og den eksterne startspænding af timeren Uzap gennem stiften 2 påføres den inverse indgang fra komparatoren. For at arbejde på indgangen S fra udløseren DD1 ved udgangen fra denne komparator er det nødvendigt at opnå et højt niveau. Dette er muligt, hvis spændingen Ustap ligger i området 0 ... 1 / 3U.
Selv en kortvarig puls af en sådan spænding vil udløse trigger DD1 og udseendet af en højspændingsur. Hvis indgangen Ucap udsættes for spændinger over 1 / 3U og op til forsyningsspændingen, sker der ingen ændringer ved udgangen fra mikrokredsløbet.
Timer stop
For at stoppe timeren skal du bare nulstille den interne trigger DD1, og for dette genererer et signal på højt niveau ved komparatoren DA1's output. Komparatoren DA1 er tændt lidt anderledes end DA2.Referencespændingen på 2 / 3U påføres den inverterende indgang, og styresignalet "Respons tærskel" Ufor påføres den direkte indgang.
Med denne optagelse vil et højt niveau ved udgangen af komparatoren DA1 kun forekomme, når spændingen Op ved den direkte indgang overstiger referencespændingen 2 / 3U på den inverterende. I dette tilfælde nulstilles DD1-udløseren, og et lavt niveau signal etableres ved udgangen fra mikrokredsløbet (stift 3). Derudover åbnes “udladning” VT3-transistoren, som vil aflade den tidsindstillende kondensator.
Hvis indgangsspændingen er inden for 1 / 3U ... 2 / 3U, fungerer ikke en af komparatorerne, vil en ændring i tilstand ved timers udgang ikke forekomme. I digital teknologi kaldes denne spænding det “grå niveau”. Hvis du blot tilslutter stifter 2 og 6, får du en komparator med responsniveauerne 1 / 3U og 2 / 3U. Og selv uden en enkelt yderligere detalje!
Ændring af referencespænding
Konklusion 5, der er betegnet som Uobr i figuren, er designet til at styre referencespændingen eller dens ændringer ved hjælp af yderligere modstande. Det er også muligt at levere en styrespænding til denne indgang, så det er muligt at opnå et frekvens- eller fasemoduleret signal. Men oftere bruges denne konklusion ikke, og for at reducere påvirkningen af interferens er den forbundet til en fælles ledning gennem en kondensator med lille kapacitet.
Mikrokredsløbet drives via ben 1 - GND, 2 + U.
Her er den faktiske beskrivelse af NE555 integreret timer. Timeren har samlet en masse af alle slags kredsløb, som vil blive diskuteret i de følgende artikler.
Boris Aladyshkin
Fortsættelse af artiklen: 555 Integrerede timer-design
Se også på elektrohomepro.com
: