555 схема в качестве генератора. КМОП-версии ИС 555.- Elektrolife
555 схема – это, вероятно, самая популярная интегральная схема (ИС) из когда-либо созданных. В зависимости от производителя, стандартный корпус 555 включает 25 транзисторов, 2 диода и 15 резисторов на кремниевом кристалле, установленном в 8-контактном двухрядном корпусе (DIP-8). Доступные варианты включают 556 (DIP-14, объединяющий два полных 555-х на одной микросхеме), и 558/559 (оба DIP-16, объединяющие четыре таймера с ограниченной функциональностью на одном кристалле).
Схема NE555 (и ее разновидности) иногда используются в качестве релаксационных генераторов. Работа этой интегральной схемы часто толкуется неверно.
Рассмотрим анализ ее работы прямо по изображенной на рисунке эквивалентной схеме.
Упрощенная эквивалентная схема 555Принцип действия этого таймера достаточно прост. При подаче сигнала на вход ТРИГГЕР выходной сигнал переключается на ВЫСОКИЙ уровень (около напряжения питания).
Наиболее легкий способ понять работу ИС 555 — это рассмотреть конкретный пример:Интегральная схема 555, включенная как генератор
При включении источника питания конденсатор разряжен. ИС 555 оказывается в состоянии, когда выходной сигнал имеет ВЫСОКИЙ уровень. Транзистор разряда Т1 закрыт и конденсатор начинает заряжаться до 10 В через резисторы Ra + Rв. Когда его напряжение достигнет 2/3 напряжения питания, переключается вход ПОРОГ и выходной сигнал переходит в состояние НИЗКОГО уровня. Одновременно происходит отпирание транзистора Т1, разряжающего конденсатор С на землю через резистор Rв. Схема переходит в периодический режим работы.
Напряжение на конденсаторе С колеблется между значениями 1/3 и 2/3 напряжения питания с периодом Т = 0,693 (Ra + 2Rв) С. При таком режиме работы с выхода схемы обычно снимается колебание прямоугольной формы.Схема 555 представляет собой довольно приличный генератор со стабильностью около 1%. Она может работать от единственного источника питания напряжением от 4,5 до 16 В. При этом сохраняет стабильную частоту при изменениях напряжения источника питания, поскольку пороги следят за флуктуациями питания. Схему 555 можно применять также для формирования одиночных импульсов произвольной длительности и еще для многих целей. К тому же этот небольшой кристалл содержит простые компараторы, вентили и триггеры.
Предостережение: ИС 555, как и другие схемы таймеров, создает мощную (≈150 мА) токовую помеху в цепи питания во время каждого переключения выходного сигнала. Будет весьма полезным подключить к этой интегральной схеме шунтирующий конденсатор. Кроме того, ИС 555 имеет склонность к формированию выходного сигнала с удвоенной частотой переключений.
КМОП-версии интегральной схемы 555
Некоторые из неприятных свойств ИС 555, а именно:
— большой ток потребления от источника питания,
— высокий ток запуска,
— удвоенная частота переключения выходного сигнала
— неспособность функционировать при очень низких напряжениях источника питания
были устранены в ее КМОП-аналогах.
Следует отметить, в частности, способность КМОП-схем функционировать при очень низких напряжениях питания (до 1В!). Ток потребления КМОП-версий таймера не превышает сотен микроампер. Эти кристаллы также более быстродействующие, чем исходная схема NE555. Выходные КМОП-каскады дают максимальный удвоенный перепад напряжения выходного сигнала. Во всяком случае, при низких токах нагрузки. Следует отметить, что эти кристаллы не имеют мощного выходного каскада, как в типовой схеме NE555. Все перечисленные в таблице ниже кристаллы, кроме исходной схемы NE555 и XR-L555, сделаны по КМОП-технологии.
Подробные технические данные перечисленных схем можно просмотреть по ссылкам ниже:
- NE555
- ICL7555
- TLC551
- TLC555
- LMC555
- ALD555
- XR-L555M
Последняя схема является микромощной биполярной схемой 555.
Схема проявляет свою родословную в виде здоровенной нагрузочной способности и хорошей температурной стабильности.Показанный на рисунке выше генератор на схеме 555 вырабатывает выходной сигнал прямоугольной формы. Рабочий цикл (часть времени, когда выходной сигнал имеет ВЫСОКИЙ уровень) всегда больше 50%. Это происходит вследствие того, что времязадающий конденсатор заряжается через последовательно включенную пару резисторов Ra + Rв, а разряжается (более быстро) через единственный резистор Rв.
На рисунке ниже показано, как обмануть схему 555 с тем, чтобы получить в рабочем цикле узкие положительные импульсы.Генератор с укороченным рабочим циклом
Цепь, состоящая из комбинации диода и резистора, быстро заряжает времязадающий конденсатор через выходной каскад. Разряд же его через внутренний разряжающий транзистор происходит медленно. Этот трюк пригоден только для КМОП схем 555, поскольку в этом случае необходим полный положительный перепад выходного сигнала.
При использовании для заряда времязадающего конденсатора источника тока можно создать генератор линейного («пилообразного») напряжения. На рисунке ниже показан способ использования для этих целей простого источника тока на
р-n-р— транзисторе.Генератор пилообразных колебанийПилообразный сигнал доходит до напряжения 2/3 напряжения питания, затем быстро спадает до напряжения 1/3 напряжения питания. Разряд происходит через внутренний разряжающий n-р-n-транзистор схемы 555, контакт 7. Далее цикл начинается снова. Отметим, что этот сигнал пилообразной формы выделяется на выводе конденсатора. Необходимо обеспечить его развязку с помощью ОУ, который обладает высоким полным сопротивлением.
Ниже показан простой способ формирования с помощью КМОП-схемы 555 сигнала
треугольной формы.Генератор треугольных колебанийВ предложенной схеме соединяются последовательно два регулятора тока на полевом транзисторе. Соединяются они таким образом, чтобы получился двунаправленный регулятор тока.
Каждый регулятор тока ведет себя в обратном направлении как обычный диод, из-за проводимости затвор-сток. Следовательно, с помощью выходного сигнала с удвоенным максимальным перепадом формируется постоянный ток противоположной полярности. При этом на самом конденсаторе вырабатывается треугольное колебание Напряжение колебаний обычно лежит в диапазоне от 1/2 напряжения питания до 2/3 напряжения питания. Как и в предыдущей схеме, для развязки этого сигнала используется ОУ (источник с высоким полным выходным импедансом).Следует отметить, что в этом случае необходимо применять КМОП-схему 555, в частности при подаче на схему напряжения питания + 5 В. Поскольку функционирование схемы зависит от максимального двойного перепада выходного напряжения. Например, напряжение выходного сигнала ВЫСОКОГО уровня биполярной схемы 555 в типовом случае будет ниже максимального положительного перепада на величину падения напряжения на двух диодах. Напряжение составит +3,8 В при напряжении источника питания +5 В.
Следовательно, остается всего 0,5 В падения напряжения (при верхнем значении сигнала) на последовательно включенную пару регуляторов тока. Этого явно недостаточно для включения регулятора тока (требуется приблизительно 1 В) и последовательного диода (0,6 В), построенного из полевого транзистора с р-n-переходом.Существует еще несколько других интересных интегральных схем таймеров. Схема таймера LM322 имеет собственный встроенный прецизионный источник опорного напряжения, с помощью которого задается напряжение порога. Это объясняет его прекрасные свойства при формировании сигнала, частота которого должна быть пропорциональна току, подаваемому от внешнего источника, например с фотодиода.
В состав другой разновидности таймеров входят релаксационный генератор и цифровой счетчик. Они нужны для того, чтобы при формировании сигналов большой длительности избежать необходимости использования в схеме больших номиналов сопротивлений и конденсаторов.
Примером таких схем могут служить схемы 74НС4060, ICM7242. Последняя схема выполнена по КМОП-технологии и может функционировать при токе в доли миллиампера и вырабатывать выходной импульс один раз за 128 циклов генератора. Эти таймеры (и их ближайшие аналоги) пригодны для формирования задержки сигнала в диапазоне от нескольких секунд до нескольких минут.Смотрите также:
Простая и надежная схема триггера на таймере 555 для датчика движения, вибрации, удара, как сделать самому. « ЭлектроХобби
Суть данной схемы заключается в следующем. Допустим у нас имеется датчик (в моем случае это самодельный датчик движения, вибрации), у которого время замыкания его контактов при своем срабатывании мало. То есть, сам датчик не имеет собственной четкой фиксации. Естественно, если этот датчик подключить например к реле, то и работа этого реле будет также кратковременной. Чтобы все таки кратковременное срабатывание датчика превратить в четкое, фиксированное замыкание исполнительных контактов реле, запускающие ту или иную схему, нужно сделать простую схему триггера.
В этой теме предлагаю вариант простой схемы триггера, собранного на микросхеме таймера NE555.
Работа этой схемы следующая. У триггера имеется вход, это 2-й вывод микросхемы D1. Чтобы этот триггер сработал, и на выходе D1, вывод 3, мы получили стабильный высокий уровень сигнала, нужно замкнуть вывод 2 на минус схемы. Даже кратковременного замыкания на входе триггера вполне хватит для его нормального срабатывания. В итоге высокий уровень сигнала с 3-й ножки микросхемы попадает на катушку реле, параллельно которой стоит защитный диод. Естественно, реле сработает и замкнет свои рабочие контакты. В нашем случае просто зажжется лампочка. Вместо которой можно поставить любое другое исполнительное устройство или схемы. Это может быть и электродвигатель и звуковая сигнализация и т.д. Чтобы сбросить триггер и перевести реле в исходное состояние, выключив его, нужно просто нажать кнопку сброса B1. Эта кнопка замыкает на минус схемы вывод 4, микросхемы D1. В итоге работа триггера останавливается.
Чтобы была понятна работа самого таймера NE555 в роли триггера, то коротко можно про него сказать следующее. Итак, сама микросхема является таймером, который может формировать на своем выходе прямоугольные импульсы. Причем частота и скважность этих импульсов может быть изменена путем подбора нужных компонентов. Микросхема NE555 может питаться от постоянного напряжения величиной от 4,5 до 16 вольт. Максимальный ток на ее выходе может быть до 200 мА. Выводы 1 (это минус) и 8 (это плюс) являются питающими. Вывод 2 является входом. Чтобы таймер начал работать на вход нужно подавать напряжение от 0 до ⅓ от величины питания таймера. Вывод 3 является выходом. На нем образуется сигнал высокого уровня, амплитуда которого муть меньше напряжения питания. Вывод 4 это сброс таймера. То есть, принудительно остановить работу микросхемы можно путем замыкания этого вывода с минусом схемы. Через вывод 5 можно управлять частотой импульсов на таймере путем подачи на него различного напряжения, относительно минуса.
В этой схеме он не используется. Хотя если схема будет работать нестабильно, то можно между выводом 5 и минусом схемы поставить конденсатор емкостью около 0,1 мкф. Вывод 6, это порог, при котором таймер отключается, и он равен величине напряжения ⅔ от напряжения питания. Вывод 7, это разряд. То есть, когда пороговое напряжение достигло своего уровня и таймер сработал, то на выводе 7 появляется минус питания. В этой схеме данный вывод также не используется.
Итак, когда вывод 2 замыкается с минусом, то есть наш датчик замыкает свои контакты, даже кратковременно, таймер срабатывает. На его выходе появляется сигнал высокого уровня. Это приводит к тому, что срабатывает и реле. Ну, и запускается исполняющее устройство. Это прямоугольный импульс (формируемый таймером) может только прерваться путем принудительной остановки таймера. А именно замыканием вывода 4 с минусом схемы. Автоматически остановится таймер не может, поскольку его вывод 6, он же порог, замкнут на минус. Следовательно напряжение остановки таймера через пороговое напряжения невозможен, поскольку оно никогда не достигнет своего значения в ⅔ от напряжения питания.
Сам таймер потребляет крайне мало тока, всего единицы мА. Работает схема стабильно и надежно. Срабатывание триггера происходит четко, и даже от импульса с очень малым временным промежутком. Питаться микросхема может в достаточно широких пределах, что позволяет ее ставить практически в любые схемы.
Если рабочий ток реле будет более 200 мА, то между выходом таймера и катушкой реле нужно будет поставить дополнительный транзисторный ключ. К примеру биполярный транзистор типа КТ817 может пропускать через свой силовой переход токи до 3 А. Ну, и обязательно нужно ставить параллельно катушке реле защитный диод. Поскольку при снятии напряжения питания с катушки реле на ее концах образуется значительная ЭДС индукции. То есть, происходит кратковременный всплеск увеличенного напряжения, который крайне негативно влияет на работу самой схемы триггера. Защитный диод этот импульс закорачивает на себе, тем самым защищая общую схему от нестабильной работы и даже от выхода ее из строя.
Видео по этой теме: