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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Teoría y práctica del uso del temporizador 555. Primera parte. Teórico. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Radioaficionado principiante [se produjo un error al procesar esta directiva] Probablemente no haya tal radioaficionado (¡Miau, y su gato! - En adelante, la nota del Gato), que no utilizaría este maravilloso microcircuito en su práctica. Bueno, todo el mundo ha oído hablar de ella. Su historia comenzó en 1971, cuando Signetics Corporation lanzó el chip SE555/NE555 llamado "Integral Timer" (La máquina del tiempo IC). En ese momento era el único chip "temporizador" disponible para el consumidor masivo. Inmediatamente después de salir a la venta, el microcircuito ganó gran popularidad entre aficionados y profesionales. Había un montón de artículos, descripciones, diagramas usando este dispositivo. Durante los últimos 35 años, casi todos los fabricantes de semiconductores que se precie consideraron su deber lanzar su propia versión de este microcircuito, incluso utilizando procesos técnicos más modernos. Por ejemplo, Motorola lanza una versión CMOS del MC1455. Pero con todo esto, no hay diferencias en la funcionalidad y ubicación de las conclusiones para todas estas versiones. Todos ellos son análogos completos entre sí. Nuestros fabricantes nacionales tampoco se hicieron a un lado y produjeron este chip llamado KR1006VI1. Y aquí hay una lista de fabricantes extranjeros que producen el temporizador 555 y sus designaciones comerciales:
En algunos casos, se dan dos nombres. Esto significa que se producen dos versiones del microcircuito: civil, para uso comercial y militar. La versión militar es más precisa, tiene un amplio rango de temperatura de funcionamiento y está disponible en una caja de metal o cerámica. Bueno, más caro, por supuesto. Comencemos con el cuerpo y los pines.
El microcircuito está disponible en dos tipos de paquetes: DIP de plástico y metal redondo. Es cierto que todavía se produjo en una caja de metal; ahora solo quedan cajas DIP. Pero por si de repente te da tanta felicidad, te doy los dos dibujos del caso. Las asignaciones de pines son las mismas en ambos casos. Además de los estándar, se producen dos tipos más de microcircuitos: 556 y 558. 556 es una versión dual del temporizador, 558 es una versión cuádruple.
El diagrama de funciones del temporizador se muestra en la figura justo encima de esta frase. El microcircuito contiene alrededor de 20 transistores, 15 resistencias, 2 diodos. La composición y la cantidad de componentes pueden variar ligeramente según el fabricante. La corriente de salida puede alcanzar los 200 mA, la corriente consumida es de 3 a 6 mA más. La tensión de alimentación puede variar de 4,5 a 18 voltios. Al mismo tiempo, la precisión del temporizador prácticamente no depende del cambio en el voltaje de suministro y es del 1% del calculado. La deriva es de 0,1 %/voltio y la deriva de temperatura es de 0,005 %/C. Ahora veremos el diagrama del circuito del temporizador y le lavaremos los huesos, o más bien las piernas: qué conclusión se necesita para qué y qué significa todo.
Entonces, conclusiones (¡Miau! Se trata de piernas...): 1 Tierra No hay nada especial que comentar aquí: la salida, que está conectada al negativo de la fuente de alimentación y al cable común del circuito. 2 Lanzamiento Entrada del comparador #2. Cuando se aplica un pulso de bajo nivel (no más de 1/3 Vpit) a esta entrada, el temporizador se inicia y se establece un voltaje de alto nivel en la salida por un tiempo determinado por la resistencia externa R (Ra + Rb , vea el diagrama funcional) y el condensador C: este es el llamado modo multivibrador monoestable. El pulso de entrada puede ser rectangular o sinusoidal. Lo principal es que debe tener una duración más corta que el tiempo de carga del capacitor C. Si el pulso de entrada aún excede este tiempo de duración, entonces la salida del microcircuito permanecerá en un estado de alto nivel hasta que se establezca nuevamente un nivel alto en la entrada La corriente consumida por la entrada no supera los 500 nA. 3. Salir. El voltaje de salida cambia junto con el voltaje de suministro y es igual a Vpit-1,7V (nivel alto en la salida). A un nivel bajo, la tensión de salida es de aproximadamente 0,25 V (con una tensión de alimentación de + 5 V). El cambio entre estados bajo y alto ocurre en aproximadamente 100 ns. 4. Restablecer. Cuando se aplica un voltaje de nivel bajo (no más de 0,7 V) a esta salida, la salida se restablece a un estado de nivel bajo, independientemente del modo en el que se encuentre actualmente el temporizador y de lo que esté haciendo. Restablecer, ya sabes, también se restablece en África. El voltaje de entrada es independiente del voltaje de suministro; es una entrada compatible con TTL. Para evitar reinicios accidentales, se recomienda encarecidamente conectar este pin al power plus hasta que se necesite. 5. Control Este pin le permite acceder al voltaje de referencia del comparador #1, que es 2/3Vp.m. Por lo general, esta salida no se utiliza. Sin embargo, su uso puede ampliar significativamente las posibilidades del control del temporizador. La cuestión es que al aplicar voltaje a este pin, puede controlar la duración de los pulsos de salida del temporizador y, por lo tanto, impulsar una cadena de tiempo en el RC. La tensión aplicada a esta entrada en modo multivibrador monoestable puede ser del 45% al 90% de la tensión de alimentación. Y en el modo multivibrador desde 1,7V hasta la tensión de alimentación. En este caso, obtenemos una señal modulada en FM (FM) en la salida. Si aún no se utiliza esta salida, se recomienda conectarla al cable común a través de un condensador de 0,01 μF (10 nF) para reducir el nivel de interferencia y todo tipo de problemas. 6. Detente. Este pin es una de las entradas del comparador #1. Se usa como una especie de antípoda para el pin 2. Es decir, se usa para detener el temporizador y llevar la salida a un estado de bajo nivel (¡¿Miau! ¿Pánico silencioso?!). Cuando se aplica un pulso de nivel alto (al menos 2/3 del voltaje de suministro), el temporizador se detiene y la salida se restablece a un estado de nivel bajo. Además del pin 2, se pueden aplicar tanto pulsos rectangulares como pulsos sinusoidales a este pin. 7. Descarga. Este pin está conectado al colector del transistor T6, cuyo emisor está conectado a tierra. Así, cuando el transistor está abierto, el condensador C se descarga a través de la unión colector-emisor y permanece descargado hasta que el transistor se cierra. El transistor está abierto cuando la salida del microcircuito está en nivel bajo y cerrado cuando la salida está activa, es decir, está en nivel alto. Este pin también se puede utilizar como salida auxiliar. Su capacidad de carga es aproximadamente la misma que la de una salida de temporizador convencional. 8. Más nutrición. Como en el caso de la conclusión 1, no hay nada especial que decir. El voltaje de suministro del temporizador puede estar en el rango de 4,5-16 voltios. Para las versiones militares del microcircuito, el rango superior está en el nivel de 18 voltios. ¿Absorbido? Vayamos más lejos. La mayoría de los temporizadores requieren un circuito de temporización, que generalmente consta de una resistencia y un condensador. El temporizador 555 no es una excepción. Veamos el diagrama del microcircuito.
Entonces, supongamos que hemos aplicado energía al chip. La entrada está en un estado de alto nivel, la salida es baja, el capacitor C está descargado. Todo el mundo está tranquilo, todo el mundo está durmiendo. Y luego BOOM: aplicamos una serie de pulsos rectangulares a la entrada del temporizador. ¿Lo que está sucediendo? El primer pulso de bajo nivel cambia la salida del temporizador a un estado de alto nivel. El transistor T6 se cierra y el capacitor comienza a cargarse a través de la resistencia R. Mientras se carga el capacitor, la salida del temporizador permanece encendida, mantiene un nivel de voltaje alto. Tan pronto como el capacitor se carga a 2/3 del voltaje de suministro, la salida del microcircuito se apaga y aparece un nivel bajo. El transistor T6 se abre y el capacitor C se descarga. Sin embargo, hay dos matices que se muestran en el gráfico mediante líneas de puntos. La primera - si después de finalizada la carga del condensador queda un nivel de tensión bajo en la entrada - en este caso la salida permanece activa - mantiene un nivel alto hasta que aparece un nivel alto en la entrada. La segunda es si activamos la entrada Reset Low Voltage. En este caso, la salida se apagará inmediatamente, aunque el capacitor aún se esté cargando. Entonces, la parte lírica está terminada: pasemos a números y cálculos duros. ¿Cómo podemos determinar el tiempo durante el cual se encenderá el temporizador y los valores de la cadena RC necesarios para configurar este tiempo? El tiempo durante el cual el condensador carga hasta el 63,2 % (2/3) de la tensión de alimentación se denomina constante de tiempo y se indica con la letra t. Este tiempo se calcula mediante una fórmula que sorprende por su complejidad. Aqui esta ella: t = R*C, donde R es la resistencia del resistor en MegaOhm-s, C es la capacitancia del capacitor en microFaradios. El tiempo se obtiene en segundos. Volveremos a la fórmula cuando consideremos en detalle los modos de funcionamiento del temporizador. Por ahora, veamos un probador simple para este microcircuito, que le dirá fácilmente si su copia del temporizador está funcionando o no.
Si después de encender la alimentación, ambos LED parpadean, entonces todo está bien y el microcircuito está en perfecto estado de funcionamiento. Si al menos uno de los diodos no está encendido, o viceversa, está encendido constantemente, entonces dicho microcircuito puede tirarse por el inodoro con la conciencia tranquila o devolverse al vendedor si lo acaba de comprar. Tensión de alimentación - 9 voltios. Por ejemplo, de la batería Krona. Ahora considere los modos de funcionamiento de este microcircuito. De hecho, tiene dos modos. El primero es un multivibrador monoestable. Monoestable: porque dicho multivibrador tiene un estado estable: apagado. Y lo cambiamos temporalmente al estado de encendido aplicando alguna señal a la entrada del temporizador. Como se señaló anteriormente, el tiempo durante el cual el multivibrador pasa al estado activo está determinado por la cadena RC. Estas propiedades se pueden utilizar en una amplia variedad de esquemas. Para comenzar algo por un tiempo determinado, o viceversa, para formar una pausa por un tiempo determinado. El segundo modo es el generador de impulsos. El microcircuito puede producir una secuencia de pulsos rectangulares, cuyos parámetros están determinados por la misma cadena RC. (¡Miau! Quiero una cadena. En la cola. Bueno, o un brazalete. Antiestático.) Aún así, nuestro gato es un aburrimiento. Comencemos desde el principio, es decir, desde el primer modo.
El circuito para encender el microcircuito se muestra en la figura. El circuito RC está conectado entre el más y el menos de la fuente de alimentación. Pin 6: la parada está conectada a la conexión de la resistencia y el condensador. Esta es la entrada del comparador #1. Pin 7 - La descarga también se conecta aquí. El pulso de entrada se aplica al pin 2 - Inicio. Esta es la entrada del comparador #2. Un circuito completamente simple, una resistencia y un condensador, ¿mucho más fácil? Para mejorar la inmunidad al ruido, puede conectar el pin 5 a un cable común a través de un capacitor de 10 nF. Entonces, en el estado inicial, la salida del temporizador es baja: alrededor de cero voltios, el capacitor está descargado y no quiere cargarse, ya que el transistor T6 está abierto. Este estado es estable y puede continuar indefinidamente. Cuando se recibe un pulso de bajo nivel en la entrada, el comparador No. 2 se activa y cambia el disparador interno del temporizador. Como resultado, se establece un nivel de alto voltaje en la salida. El transistor T6 se cierra y el capacitor C comienza a cargarse a través de la resistencia R. Mientras se carga, la salida del temporizador permanece alta. El temporizador no responde a ningún estímulo externo, si llegan al pin 2. Es decir, después de que el temporizador se activa desde el primer pulso, pulsos adicionales no tiene efecto en el estado del temporizador - esto es muy importante. Entonces, ¿qué está pasando con nosotros? Sí, el condensador se está cargando. Cuando se carga a un voltaje de suministro de 2 / 3V, el comparador n. ° 1 funcionará y, a su vez, activará el gatillo interno. Como resultado, la salida se establecerá en un nivel de voltaje bajo y el circuito volverá a su estado estable original. El transistor T6 se abrirá y descargará el condensador C. El tiempo durante el cual el temporizador, por así decirlo, "pierde los estribos" puede ser de un milisegundo a cientos de segundos. Se considera así: T=1.1*R*C Teóricamente, no hay límites en la duración de los pulsos, tanto en términos de duración mínima como máxima. Sin embargo, existen algunas limitaciones prácticas que se pueden eludir, pero primero debe pensar si es necesario hacer esto y si no es más fácil elegir otra solución de circuito. Entonces, los valores mínimos establecidos de manera práctica para R son 10kΩ y para C - 95pF. ¿Es posible hacer menos? Supongo que si. Pero al mismo tiempo, si reduce aún más la resistencia de la resistencia, el circuito comenzará a generar demasiada electricidad. Si reduce la capacitancia C, todo tipo de capacitancias parásitas e interferencias pueden afectar significativamente el funcionamiento del circuito. Por otro lado, el valor máximo de la resistencia es de aproximadamente 15MΩ. Aquí, el límite lo impone la corriente consumida por la entrada de parada (alrededor de 120 nA) y la corriente de fuga del capacitor C. Por lo tanto, con un valor de resistencia demasiado grande, el temporizador simplemente nunca se apagará si la suma de las corrientes de fuga del capacitor y la corriente de entrada supera los 120 nA. Bueno, en cuanto a la capacitancia máxima del capacitor, el punto no está tanto en la capacitancia en sí, sino en la corriente de fuga. Está claro que cuanto mayor sea la capacitancia, mayor será la corriente de fuga y peor será la precisión del temporizador. Por lo tanto, si el temporizador se utilizará durante largos intervalos de tiempo, es mejor usar condensadores con corrientes de fuga bajas, por ejemplo, tantalio. Pasemos al segundo modo.
Se ha agregado otra resistencia a este circuito. Las entradas de ambos comparadores están conectadas y conectadas a la conexión de la resistencia R2 y el capacitor. El pin 7 está conectado entre las resistencias. El condensador se carga a través de las resistencias R1 y R2. Ahora veamos qué sucede cuando aplicamos energía al circuito. En el estado inicial, el capacitor está descargado y las entradas de ambos comparadores tienen un nivel de voltaje bajo cercano a cero. El comparador n.° 2 alterna el disparador interno y establece la salida del temporizador en un nivel alto. El transistor T6 se cierra y el capacitor comienza a cargarse a través de las resistencias R1 y R2.
Cuando el voltaje en el capacitor alcanza 2/3 del voltaje de suministro, el comparador n.º 1, a su vez, activa el gatillo y apaga la salida del temporizador; el voltaje de salida se acerca a cero. El transistor T6 se abre y el capacitor comienza a descargarse a través de la resistencia R2. Tan pronto como el voltaje en el capacitor caiga a 1/3 del voltaje de suministro, el comparador No. 2 volverá a activar el gatillo y aparecerá nuevamente un nivel alto en la salida del microcircuito. El transistor T6 se cerrará y el capacitor comenzará a cargarse nuevamente... fuuu, incluso mi cabeza ya está dando vueltas. En definitiva, como resultado de todo este chamanismo, a la salida obtenemos una secuencia de pulsos rectangulares. La frecuencia del pulso, como probablemente ya hayas adivinado, depende de los valores de C, R1 y R2. Está determinado por la fórmula:
Los valores de R1 y R2 se sustituyen en ohmios, C - en faradios, la frecuencia se obtiene en hercios. El tiempo entre el comienzo de cada pulso siguiente se llama período y se denota con la letra t. Consiste en la duración del pulso en sí - t1 y el intervalo entre pulsos - t2. t = t1+t2. La frecuencia y el período son conceptos inversos entre sí y la relación entre ellos es la siguiente: f = 1/t. t1 y t2, por supuesto, también pueden y deben calcularse. Como esto: t1 = 0.693(R1+R2)C; t2 = 0.693R2C Bueno, la parte teórica parece haber terminado. En la siguiente parte, consideraremos ejemplos específicos de encendido del temporizador 555 en varios esquemas y para una amplia variedad de usos. Publicación: radiokot.ru
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