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Timer integrato NE555: storia, design e funzionamento
La storia della creazione di un chip molto popolare e una descrizione della sua struttura interna
Una delle leggende dell'elettronica è chip del circuito integrato NE555. È stato sviluppato nel 1972. Tale longevità è lontana da ogni chip e nemmeno ogni transistor può essere orgoglioso. Allora, cosa c'è di così speciale questo microcircuito, che ha tre cinque segni nella sua marcatura?
Signetics lancia la produzione in serie del chip NE555 esattamente un anno dopo è stato sviluppato da Hans R. Kamensind. La cosa più sorprendente di questa storia è che a quel tempo Kamensind era praticamente disoccupato: ha lasciato PR Mallory, ma non è riuscito ad arrivare da nessuna parte. In effetti, è stato un "compito".
Il chip ha visto la luce del giorno e ha guadagnato così grande fama e popolarità grazie agli sforzi del manager Signetics Art Fury, che era, ovviamente, amico di Kamensind. Lavorava per General Electric, quindi conosceva il mercato dell'elettronica di cosa aveva bisogno lì e come attirare l'attenzione di un potenziale acquirente.
Secondo le memorie di Kamensinda A. Fury era un vero appassionato e amante della sua arte. A casa, aveva un intero laboratorio pieno di componenti radio, dove ha condotto vari studi ed esperimenti. Ciò ha permesso di accumulare una vasta esperienza pratica e approfondire le conoscenze teoriche.
A quel tempo, i prodotti Signetics erano chiamati "5 **" e l'esperto A. Fury, che aveva un senso soprannaturale del mercato dell'elettronica, decise che segnare 555 (tre cinque) sarebbe stato il benvenuto per il nuovo chip. E non si sbagliava: il microcircuito è andato semplicemente come torte calde, è diventato forse il più massiccio dell'intera storia della creazione di microcircuiti. La cosa più interessante è che il microcircuito non ha perso la sua rilevanza fino ad oggi.
Un po 'più tardi, due lettere apparvero nella marcatura del microcircuito, divenne noto come NE555. Ma poiché a quei tempi c'era un disastro completo nel sistema di brevetti, il timer integrato si affrettò a rilasciare chiunque non fosse pigro, naturalmente, mettendo tre (leggi le tue) lettere davanti a tre cinque. Successivamente, sulla base del timer 555, i timer doppi (IN556N) e quadrupli (IN558N) sono stati sviluppati, ovviamente, in più casi multi-pin. Ma la base era sempre la stessa NE555.
Fig. 1. Timer integrato NE555
555 in URSS
La prima descrizione di 555 nella letteratura radio-tecnica domestica apparve già nel 1975 nella rivista Electronics. Gli autori dell'articolo hanno notato il fatto che questo chip godrà non meno popolarità degli amplificatori operazionali ampiamente conosciuti in quel momento. E non si sbagliavano affatto. Il microcircuito ha permesso di creare progetti molto semplici e quasi tutti hanno iniziato a lavorare immediatamente, senza una regolazione dolorosa. Ma è noto che la ripetibilità del design in casa aumenta in proporzione al quadrato della sua "semplicità".
Nell'Unione Sovietica alla fine degli anni '80, fu sviluppato un analogo completo di 555, chiamato KR1006VI1. La prima applicazione industriale dell'analogo domestico era nel videoregistratore elettronico VCR12.
Produttori di chip NE555:
Chip dispositivo interno NE555
Prima di afferrare il saldatore e iniziare l'assemblaggio della struttura sul timer integrale, scopriamo prima cosa c'è dentro e come funziona tutto. Successivamente, sarà molto più facile capire come funziona uno schema pratico specifico.
Il timer integrato ne contiene oltre venti transistorila cui connessione è mostrata in figura - https://electro-it.tomathouse.com/555ic.jpg
Come puoi vedere, lo schema elettrico è piuttosto complesso e viene fornito qui solo per informazioni generali.Dopotutto, non puoi entrarci dentro con un saldatore, non sarai in grado di ripararlo. È un dato di fatto, questo è esattamente ciò che tutti gli altri microcircuiti, sia digitali che analogici, guardano dall'interno (vedi - Chip analogici leggendari). Tale è la tecnologia per la produzione di circuiti integrati. Inoltre, non sarà possibile comprendere la logica del dispositivo nel suo insieme da un tale schema, quindi lo schema funzionale è mostrato sotto e la sua descrizione è data.
Dati tecnici
Ma, prima di occuparti della logica del chip, dovresti probabilmente portare i suoi parametri elettrici. La gamma di tensioni di alimentazione è sufficientemente ampia da 4,5 ... 18 V e la corrente di uscita può raggiungere 200 mA, il che consente l'utilizzo di relè anche a bassa potenza come carico. Il chip stesso consuma pochissimo: solo 3 ... 6 mA vengono aggiunti alla corrente di carico. Allo stesso tempo, la precisione del timer stesso è praticamente indipendente dalla tensione di alimentazione, - solo l'1 percento del valore calcolato. La deriva è solo dello 0,1% / volt. Anche la deriva della temperatura è piccola - solo 0, 005% / ° C. Come puoi vedere, tutto è abbastanza stabile.
Schema funzionale di NE555 (KR1006VI1)
Come accennato in precedenza, in URSS fecero un analogo del NE555 borghese e lo chiamarono KR1006VI1. L'analogo si è rivelato molto efficace, non peggio dell'originale, quindi puoi usarlo senza alcun timore o dubbio. La Figura 3 mostra lo schema funzionale del timer integrato KR1006VI1. È pienamente coerente con il chip NE555.
Figura 3. Schema funzionale del timer integrato KR1006VI1
Il chip stesso non è così grande: è disponibile in un pacchetto DIP8 a otto pin, nonché in un SOIC8 di piccole dimensioni. Quest'ultimo suggerisce che 555 può essere utilizzato per l'editing SMD, in altre parole, gli sviluppatori hanno ancora interesse per questo.
Ci sono anche pochi elementi all'interno del microcircuito. Il principale è la RS più comune è un trigger DD1. Quando un'unità logica viene immessa sull'ingresso R, il trigger viene reimpostato su zero e quando un'unità logica viene immessa sull'ingresso S, viene naturalmente impostata su una. Per generare segnali di controllo sugli ingressi RS circuito speciale su comparatori, che sarà discusso poco dopo.
I livelli fisici di un'unità logica dipendono, ovviamente, dalla tensione di alimentazione utilizzata e praticamente vanno da Upit / 2 a Upit quasi completo. Approssimativamente lo stesso rapporto si osserva per i microcircuiti logici della struttura CMOS. Lo zero logico è, come al solito, entro 0 ... 0,4 V. Ma questi livelli sono all'interno del microcircuito, puoi solo indovinarli, ma non puoi sentirli con le mani, non puoi vedere con i tuoi occhi.
Stadio di uscita
Per aumentare la capacità di carico del chip, un potente stadio di uscita sui transistor VT1, VT2 è collegato all'uscita del trigger.
Se il trigger RS viene ripristinato, l'uscita (pin 3) contiene una tensione zero logica, ad es. transistor aperto VT2. Nel caso in cui il trigger sia installato sull'uscita, lo è anche il livello dell'unità logica.
Lo stadio di uscita è costituito da un circuito push-pull, che consente di collegare il carico tra l'uscita e il filo comune (morsetti 3.1) o il bus di alimentazione (morsetti 3.8).
Una piccola osservazione sullo stadio di uscita. Durante la riparazione e la regolazione di dispositivi su microcircuiti digitali, uno dei metodi per controllare il circuito è quello di fornire un segnale di basso livello agli ingressi e alle uscite dei microcircuiti. Di norma, ciò viene eseguito cortocircuitando il filo comune di questi ingressi e uscite con l'aiuto di un ago da cucito, senza causare danni al microcircuito.
In alcuni circuiti, l'alimentatore NE555 è 5 V, quindi sembra che questa sia anche una logica digitale e puoi farlo abbastanza liberamente. Ma in realtà non è così. Nel caso del chip 555, o meglio, con la sua uscita push-pull, tali "esperimenti" non possono essere fatti: se il transistor di uscita VT1 è in questo momento aperto, si verificherà un cortocircuito e il transistor semplicemente si brucerà. E se la tensione di alimentazione è prossima al massimo, una conclusione deplorevole è semplicemente inevitabile.
Transistor aggiuntivo (pin 7)
Oltre ai citati transistor, esiste anche un transistor VT3. Il collettore di questo transistor è collegato all'uscita del chip 7 "Discharge". Il suo scopo è quello di scaricare il condensatore di impostazione del tempo quando si utilizza il microcircuito come generatore di impulsi. Lo scarico del condensatore si verifica quando viene ripristinato il trigger DD1. Se ricordiamo la descrizione del trigger, all'uscita inversa (indicata da un cerchio nel diagramma) in questo momento c'è un'unità logica, che porta all'apertura del transistor VT3.
Informazioni sul segnale di reset (pin 4)
È possibile ripristinare un trigger in qualsiasi momento: il segnale di "ripristino" ha una priorità elevata. Per fare ciò, c'è un ingresso speciale R (pin 4), indicato nella figura come Usbr. Come si può capire dalla figura, si verificherà un reset se un impulso di basso livello non superiore a 0,7 V viene applicato alla 4a uscita. Allo stesso tempo, all'uscita del microcircuito apparirà una tensione di basso livello (pin 3).
Nei casi in cui questo ingresso non viene utilizzato, viene applicato un livello di unità logica per eliminare il rumore degli impulsi. Il modo più semplice per farlo è collegando il pin 4 direttamente al bus di alimentazione. In nessun caso dovresti lasciarlo, come si suol dire, nell'aria. Quindi dovrai chiederti e pensare a lungo, e perché il circuito funziona in modo così instabile?
Note di trigger generali
Per non essere completamente confuso riguardo allo stato del trigger, va ricordato che nelle discussioni sul trigger viene sempre preso in considerazione lo stato della sua uscita diretta. Bene, se si dice che il trigger è "installato", quindi sull'uscita diretta lo stato dell'unità logica. Se dicono che il trigger è "ripristinato", l'uscita diretta avrà certamente uno stato di zero logico.
Sull'uscita inversa (contrassegnata da un piccolo cerchio) tutto sarà esattamente l'opposto, quindi spesso l'uscita trigger viene chiamata parafase. Per non confondere di nuovo tutto, non ne parleremo più.
Chiunque abbia letto attentamente questo posto può chiedere: “Mi scusi, è solo un trigger con una potente cascata di transistor all'uscita. E dov'è il timer stesso? " E avrà ragione, perché la questione non ha ancora raggiunto il timer. Per ottenere un timer, suo padre, il creatore di Hans R. Kamensind, ha inventato un modo originale per controllare questo grilletto. Il trucco di questo metodo è la formazione di segnali di controllo.
Generazione del segnale sugli ingressi RS del trigger
Quindi cosa abbiamo ottenuto? Il trigger DD1 controlla tutto all'interno del timer: se impostato su uno, la tensione di uscita è alta, e se viene resettata, quindi l'uscita 3 è bassa e anche il transistor VT3 è aperto. Lo scopo di questo transistor è di scaricare un condensatore di temporizzazione in un circuito, ad esempio un generatore di impulsi.
Il trigger DD1 viene controllato mediante i comparatori DA1 e DA2. Per controllare il funzionamento del grilletto sulle uscite dei comparatori, è necessario ottenere segnali di alto livello R e S. Una tensione di riferimento viene applicata a uno degli ingressi di ciascun comparatore, generata da un divisore di precisione sui resistori R1 ... R3. La resistenza dei resistori è la stessa, quindi la tensione applicata a loro è divisa in 3 parti uguali.
Attiva la generazione del segnale di controllo
Avvio del timer
La tensione diretta di 1 / 3U viene applicata all'ingresso diretto del comparatore DA2 e la tensione esterna per l'avvio del timer Uzap attraverso il pin 2 viene applicata all'ingresso inverso del comparatore. Per agire sull'ingresso S del trigger DD1 all'uscita di questo comparatore, è necessario ottenere un livello elevato. Ciò è possibile se la tensione Ustap sarà compresa nell'intervallo 0 ... 1 / 3U.
Anche un impulso a breve termine di una tale tensione attiverà il trigger DD1 e la comparsa di un timer di tensione di alto livello. Se l'ingresso Ucap è influenzato da una tensione superiore a 1 / 3U e fino alla tensione di alimentazione, allora non si verificheranno cambiamenti all'uscita del microcircuito.
Arresto del timer
Per arrestare il timer, è sufficiente reimpostare il trigger interno DD1, e per questo, all'uscita del comparatore DA1, generare un segnale di alto livello R. Il comparatore DA1 è attivato in modo leggermente diverso rispetto a DA2.La tensione di riferimento di 2 / 3U viene applicata all'ingresso invertente e il segnale di controllo "Soglia di risposta" Ufor viene applicato all'ingresso diretto.
Con questa inclusione, un livello elevato all'uscita del comparatore DA1 si verificherà solo quando la tensione Upoor all'ingresso diretto supera la tensione di riferimento 2 / 3U su quella invertita. In questo caso, il trigger DD1 verrà ripristinato e verrà emesso un segnale di basso livello all'uscita del microcircuito (pin 3). Inoltre, si aprirà il transistor VT3 "scarica", che scaricherà il condensatore di impostazione del tempo.
Se la tensione di ingresso è compresa tra 1 / 3U ... 2 / 3U, nessuno dei comparatori funzionerà, non si verificherà un cambiamento di stato all'uscita del timer. Nella tecnologia digitale, questa tensione è chiamata "livello di grigio". Se si collegano semplicemente i pin 2 e 6, si otterrà un comparatore con i livelli di risposta di 1 / 3U e 2 / 3U. E anche senza un singolo dettaglio aggiuntivo!
Variazione della tensione di riferimento
Il pin 5, indicato come Uobr nella figura, è progettato per controllare il riferimento di tensione o modificarlo utilizzando resistori aggiuntivi. È anche possibile fornire una tensione di controllo a questo ingresso, in modo che sia possibile ottenere un segnale modulato in frequenza o fase. Ma più spesso questa conclusione non viene utilizzata e per ridurre l'influenza delle interferenze è collegata a un filo comune attraverso un condensatore di piccola capacità.
Il microcircuito è alimentato tramite i pin 1 - GND, 2 + U.
Ecco la descrizione effettiva del timer integrato NE555. Il timer ha raccolto molti circuiti di ogni tipo, che saranno discussi nei seguenti articoli.
Boris Aladyshkin
Continuazione dell'articolo: 555 design timer integrati
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