קטגוריות: מאמרים מוצגים » אלקטרוניקה מעשית
מספר צפיות: 113767
הערות לכתבה: 5
טיימר משולב NE555 - היסטוריה, תכנון ותפעול
ההיסטוריה של יצירת שבב פופולרי מאוד ותיאור המבנה הפנימי שלו
אחת האגדות על האלקטרוניקה היא שבב מעגל משולב NE555. זה פותח עוד בשנת 1972. אורך חיים כזה רחוק מכל שבב ואפילו לא כל טרנזיסטור יכול להיות גאה בו. אז מה כל כך מיוחד במיקרו-מעגל הזה, שיש לו שלושה חמישיות בסימון שלו?
Signetics משיק הפקת סדרה של שבב NE555 שנה בדיוק אחרי זה פותח על ידי האנס ר. קמנסינד. הדבר המדהים ביותר בסיפור הזה היה שבאותה תקופה קמנסינד היה מובטל כמעט: הוא התפטר מ- PR Mallory, אך לא הצליח להגיע לשום מקום. למעשה, זו הייתה "שיעורי בית".
השבב ראה את אור היום וזכה לתהילה ופופולריות כה גדולה בזכות מאמציו של מנהל הסיגנטיקס ארט פורי, שהיה כמובן חברו של קמנסינד. הוא עבד בעבר בג'נרל אלקטריק, אז הוא ידע את שוק האלקטרוניקה מה צריך שם ואיך למשוך את תשומת ליבו של קונה פוטנציאלי.
על פי זיכרונותיו של קמנסינדה א. פורי היה חובב ואוהב אמיתי של מלאכתו. בביתו הייתה לו מעבדה שלמה מלאה ברכיבי רדיו, שם ערך מחקרים וניסויים שונים. זה איפשר לצבור ניסיון מעשי רב ולהעמיק את הידע התיאורטי.
באותה תקופה נקראו מוצרי סיגנטיקס "5 **", ו- A. Fury המנוסה, שהייתה בעלת חוש על טבעי של שוק האלקטרוניקה, החליטה כי סימון 555 (שלושה חמישיות) יתקבל בברכה ביותר עבור השבב החדש. והוא לא טעה: המיקרו-מעגל הלך פשוט כמו עוגות חמות, הוא הפך אולי למסיבי ביותר בכל ההיסטוריה של יצירת מעגלי מיקרו. הדבר המעניין ביותר הוא שהמיקרו-מעגל לא איבד את הרלוונטיות שלו עד היום.
מעט מאוחר יותר הופיעו שתי מכתבים בסימון המיקרו-מעגל, הוא נודע בשם NE555. אך מכיוון שבאותם ימים היה בלגן מוחלט במערכת הפטנט, הטיימר המשולב מיהר לשחרר את כל מי שאינו עצלן, באופן טבעי, והניח שלוש אותיות (קרא את שלך) מול שלוש חמישיות. מאוחר יותר, בהתבסס על טיימר 555, פותחו כמובן טיימרים כפולים (IN556N) וארבעה (IN558N) מרובעים, במקרים רבים יותר עם פינים. אך הבסיס היה עדיין אותו NE555.
איור. 1. טיימר משולב NE555
555 בברית המועצות
התיאור הראשון של 555 בספרות הרדיו-טכנית המקומית הופיע כבר בשנת 1975 בכתב העת האלקטרוניקה. מחברי המאמר ציינו את העובדה שבב זה ייהנה מפופולריות לא פחותה ממגברי התפעול הידועים באותה תקופה. והם בכלל לא טועים. המיקרו-מעגל איפשר ליצור עיצובים פשוטים מאוד וכמעט כולם התחילו לעבוד מייד, ללא התאמה כואבת. אך ידוע כי יכולת ההחזרה של העיצוב בבית עולה ביחס לכיכר ה"פשטות "שלו.
בברית המועצות בסוף שנות ה -80 פותח אנלוגי שלם של 555, שנקרא KR1006VI1. היישום התעשייתי הראשון של האנלוג המקומי היה במקליט הווידיאו Vm12 Electronics.
יצרני שבבים NE555:
שבב התקנים פנימיים NE555
לפני שתופסים את המגהץ ומתחילים את הרכבת המבנה בטיימר המשולב, בואו ראשית להבין מה יש בפנים ואיך הכל עובד. לאחר מכן, יהיה הרבה יותר קל להבין כיצד פועלת תכנית מעשית ספציפית.
הטיימר המשולב מכיל למעלה מעשרים טרנזיסטוריםשהקשר שלו מוצג באיור - https://electro-iw.tomathouse.com/555ic.jpg
כפי שאתה יכול לראות, דיאגרמת המעגלים מורכבת למדי, והיא ניתנת כאן רק למידע כללי.אחרי הכל, בכל מקרה אתה לא יכול להיכנס לזה עם מגהץ, לא תוכל לתקן את זה. לאמיתו של דבר, זה בדיוק מה שנראה מבפנים מכל מעגלי המיקרו, הדיגיטליים והאנלוגיים כאחד (ראה - צ'יפס אנלוגי אגדי) כזה הוא הטכנולוגיה לייצור מעגלים משולבים. כמו כן, לא ניתן יהיה להבין את ההיגיון של המכשיר בכללותו על ידי סכמה כזו, לכן התוכנית הפונקציונאלית מוצגת להלן ותיאורו ניתן.
נתונים טכניים
אך לפני שתתמודדו עם ההיגיון של השבב, עליכם כנראה להביא את הפרמטרים החשמליים שלו. טווח מתחי האספקה מספיק רחב 4.5 ... 18V, וזרם היציאה יכול להגיע ל 200mA המאפשר שימוש בממסרים אפילו בעלי עוצמה נמוכה כעומס. השבב עצמו צורך מעט מאוד: רק 3 ... 6 mA מתווסף לזרם העומס. יחד עם זאת, הדיוק של הטיימר עצמו אינו תלוי למעשה במתח האספקה, - רק אחוז אחד מהערך המחושב. ההיסחף הוא 0.1% / וולט בלבד. סחף הטמפרטורה הוא גם קטן - רק 0, 005% / מעלות צלזיוס. כפי שאתה יכול לראות, הכל די יציב.
תרשים פונקציונלי של NE555 (KR1006VI1)
כאמור, בברית המועצות הם יצרו אנלוגי של ה- NE555 הבורגני וקראו לו KR1006VI1. האנלוג התגלה כמצליח מאוד, לא גרוע מהמקור, כך שתוכלו להשתמש בו ללא שום חשש או ספק. איור 3 מראה את התרשים התפקודי של הטיימר המשולב KR1006VI1. זה תואם לחלוטין את שבב NE555.
איור 3. תרשים פונקציונלי של הטיימר המשולב KR1006VI1
השבב עצמו לא כל כך גדול - הוא זמין בחבילת DIP8 בעלת שמונה פינים, כמו גם ב- SOIC8 בגודל קטן. האחרון מציע כי ניתן להשתמש ב- 555 לעריכת SMD, כלומר, למפתחים עדיין יש עניין בכך.
ישנם גם מעט אלמנטים בתוך המיקרו מעגל. העיקרי הוא ה- RS הנפוצה ביותר היא טריגר DD1. כאשר יחידה לוגית מוזנת לכניסה R, ההדק מאופס לאפס, וכאשר יחידה לוגית מוזנת לכניסה S היא באופן טבעי מוגדרת לאחת. להפקת אותות בקרה בכניסות RS מעגל מיוחד על משווים, אשר יידונו מעט בהמשך.
הרמות הפיזיות של יחידה לוגית תלויים כמובן במתח האספקה המשומש ונעים בין Upit / 2 ועד Upit כמעט מלא. יחס זהה לערך נצפה עבור מעגלי מיקרו לוגיים של מבנה CMOS. אפס הגיוני הוא, כרגיל, בתוך 0 ... 0.4V. אבל הרמות הללו נמצאות בתוך המיקרו-מעגל, אתה יכול רק לנחש עליהן, אבל אתה לא יכול להרגיש אותן עם הידיים שלך, אתה לא יכול לראות בעיניים.
שלב הפלט
כדי להגדיל את קיבולת העומס של השבב, שלב פלט חזק על טרנזיסטורים VT1, VT2 מחובר לפלט ההדק.
אם מפעיל ה- RS מאופס, אז הפלט (סיכה 3) מכיל מתח אפס לוגי, כלומר טרנזיסטור פתוח VT2. במקרה בו ההדק מותקן בפלט, גם רמת היחידה הלוגית היא.
שלב הפלט נעשה על ידי מעגל משיכה לדחיפה, המאפשר לחבר את העומס בין הפלט לחוט המשותף (מסופים 3.1) או אוטובוס הכוח (מסופים 3.8).
הערה קטנה על במת הפלט. בעת תיקון והתאמת מכשירים במעגלי מיקרו דיגיטליים, אחת השיטות לבדיקת המעגל היא לספק אות ברמה נמוכה לכניסות ולפלטים של מעגלי המיקרו. ככלל, הדבר נעשה על ידי קיצור לחוט המשותף של כניסות ויציאות אלה בעזרת מחט תפירה, תוך לא גרימת נזק למעגל המיקרו.
במעגלים מסוימים, ספק הכוח NE555 הוא 5 וולט, כך שנראה שזה גם היגיון דיגיטלי ותוכלו לעשות זאת גם בחופשיות. אבל במציאות זה לא כך. במקרה של השבב 555, או ליתר דיוק, עם פלט הדחיפה שלו, לא ניתן לבצע "ניסויים" כאלה: אם טרנזיסטור הפלט VT1 פתוח ברגע זה, אז ייפתח מעגל קצר והטרנזיסטור פשוט יישרף. ואם מתח האספקה קרוב למקסימום, אז סיום מצער הוא פשוט בלתי נמנע.
טרנזיסטור נוסף (סיכה 7)
בנוסף לטרנזיסטורים שהוזכרו, יש גם טרנזיסטור VT3. אספן הטרנזיסטור הזה מחובר לפלט של השבב 7 "פריקה". מטרתו לפרוק את קבל הגדרת הזמן בעת השימוש במיקרו-מעגל כמחולל דופק. פריקת הקבל מתרחשת כאשר איפוס ההדק DD1. אם נזכור את תיאור ההדק, אז בפלט ההפוך (המצוין על ידי עיגול בתרשים) ברגע זה יש יחידה הגיונית, המובילה לפתיחת הטרנזיסטור VT3.
אודות אות האיפוס (סיכה 4)
ניתן לאפס טריגר בכל עת - לאות "איפוס" יש עדיפות גבוהה. לשם כך יש קלט R מיוחד (פין 4), המצוין באיור בשם Usbr. כפי שניתן להבין מהתמונה, איפוס יתרחש אם מופעל דופק ברמה נמוכה של לא יותר מ- 0.7 וולט על הפלט הרביעי. במקביל, יופיע מתח ברמה נמוכה ביציאת המיקרו מעגל (סיכה 3).
במקרים בהם לא נעשה שימוש בקלט זה, מוחלים עליו רמת יחידה לוגית כדי להיפטר מרעשי דחף. הדרך הקלה ביותר לעשות זאת היא על ידי חיבור סיכה 4 ישירות לאוטובוס הכוח. בשום מקרה אסור להשאיר את זה, כמו שאומרים, באוויר. אז תצטרך לתהות ולחשוב זמן רב, ומדוע המעגל עובד כל כך לא יציב?
הערות טריגר כלליות
כדי לא להתבלבל לחלוטין לגבי מצב ההדק, יש לזכור שבדיונים על הטריגר נלקח תמיד בחשבון מצב היציאה הישירה שלו. ובכן, אם נאמר שההדק "מותקן", אז בפלט הישיר המצב של היחידה הלוגית. אם הם אומרים כי ההפעלה היא "איפוס", ללא ספק הפלט הישיר יהיה מצב של אפס הגיוני.
בפלט ההפוך (המסומן בעיגול קטן) הכל יהיה בדיוק הפוך, ולכן, לעתים קרובות פלט ההדק נקרא פרפזה. כדי לא לבלבל את הכל שוב, לא נדבר על זה יותר.
כל מי שקרא בקפידה למקום הזה עשוי לשאול: "סליחה, זה רק טריגר עם מפל טרנזיסטור רב עוצמה ביציאה. ואיפה הטיימר עצמו? " והוא יצדק, כי העניין טרם הגיע לשעון. כדי להשיג טיימר, אביו, יוצרו של האנס ר. קמנסינד, המציא דרך מקורית לשלוט על ההדק הזה. הטריק של שיטה זו הוא יצירת אותות בקרה.
דור איתות ב- RS - כניסות ההדק
אז מה קיבלנו? ההדק DD1 שולט בכל מה שנמצא בתוך הטיימר: אם הוא מוגדר לאחד, מתח היציאה גבוה, ואם הוא מאופס, אז הפלט 3 נמוך והטרנזיסטור VT3 פתוח גם הוא. מטרת הטרנזיסטור הזה היא לפרוק קבל תזמון במעגל, למשל, מחולל דופק.
ההפעלה של ה- DD1 נשלטת באמצעות המשווים DA1 ו- DA2. על מנת לשלוט על פעולת ההדק ביציאות המשווים, יש צורך להשיג אותות ברמה גבוהה R ו- S. מתח התייחסות מופעל על אחת מכניסותיו של כל משווה, הנוצר על ידי מחלק דיוק על נגדים R1 ... R3. ההתנגדות של הנגדים זהה, כך שהמתח המופעל עליהם מחולק לשלושה חלקים שווים.
יצירת אותות בקרת הדק
התחל טיימר
המתח הישיר של 1 / 3U מופעל על הכניסה הישירה של המשווה DA2, והמתח החיצוני להפעלת טיימר Uzap דרך פין 2 מוחל על הכניסה ההפוכה של המשווה. על מנת לפעול על הקלט S של ההדק DD1 בפלט של משווה זה, יש צורך להשיג רמה גבוהה. זה אפשרי אם מתח Ustap יהיה בטווח 0 ... 1 / 3U.
אפילו דופק לטווח קצר של מתח כזה יפעיל את ההדק DD1 ואת הופעתו של טיימר מתח גבוה. אם Ucap הקלט חשוף למתח מעל 1 / 3U ועד למתח האספקה, לא יחולו שינויים ביציאת המיקרו-מעגל.
עצירת טיימר
כדי לעצור את הטיימר, אתה רק צריך לאפס את ההדק הפנימי DD1, ובשביל זה, ביציאת המשווה DA1, ייצר אות רמה גבוהה. המשווה DA1 מופעל בצורה קצת אחרת מזו של DA2.מתח ההתייחסות של 2 / 3U מוחל על הכניסה ההפוכה, וסימן הבקרה "סף תגובה" Ufor מוחל על הכניסה הישירה.
עם הכללה זו, רמה גבוהה בפלט של המשווה DA1 תתרחש רק כאשר המתח כלפי מעלה בכניסה הישירה עולה על מתח ההתייחסות 2 / 3U במתח ההפוך. במקרה זה, תאפס את ההדק של DD1 ויוקם אות ברמה נמוכה ביציאת המיקרו-מעגל (סיכה 3). כמו כן, הטרנזיסטור "פריקה" VT3 ייפתח, אשר יפרוק את קבל קביעת הזמן.
אם מתח הכניסה נמצא בתוך 1 / 3U ... 2 / 3U, אף אחד מהמשווים לא יעבוד, שינוי במצב ביציאה של הטיימר לא יתרחש. בטכנולוגיה דיגיטלית מתח זה נקרא "רמת האפור". אם אתה פשוט מחבר את הסיכות 2 ו 6, תקבל משווה עם רמות התגובה של 1 / 3U ו- 2 / 3U. ואפילו בלי פרט נוסף אחד!
שינוי מתח ייחוס
פין 5, המיועד כ- Uobr באיור, נועד לשלוט על התייחסות המתח או לשנות אותו באמצעות נגדים נוספים. ניתן גם לספק מתח בקרה לכניסה זו, כך שניתן יהיה להשיג אות תדר או מודול פאזות. אך לעתים קרובות יותר לא משתמשים במסקנה זו, וכדי להפחית את השפעת ההפרעה היא מחוברת לחוט משותף דרך קבל בעל קיבולת קטנה.
המעגל המיקרו מופעל באמצעות סיכות 1 - GND, 2 + U.
להלן התיאור בפועל של הטיימר המשולב NE555. הטיימר אסף הרבה מכל מיני מעגלים, שיידונו במאמרים הבאים.
בוריס אלאדישקין
המשך המאמר: 555 עיצובי טיימר משולבים
ראה גם באתר elektrohomepro.com
: