555 타이머 사용의 이론과 실습 XNUMX부. 이론적 인. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전

무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 초보자 라디오 아마추어

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아마도이 멋진 마이크로 회로를 연습에 사용하지 않는 라디오 아마추어 (야옹과 그의 고양이! -이하 고양이의 메모)는 없을 것입니다. 글쎄, 모두가 그녀에 대해 들었습니다.

그 역사는 Signetics Corporation이 "Integral Timer"라는 SE1971 / NE555 칩을 출시한 555년에 시작되었습니다.IC 타임머신).

당시에는 대량 소비자가 사용할 수 있는 유일한 "타이머" 칩이었습니다. 판매 직후 초소형 회로는 아마추어와 전문가 모두에게 큰 인기를 얻었습니다. 이 장치를 사용하는 많은 기사, 설명, 다이어그램이 있었습니다.

지난 35년 동안 거의 모든 자존심이 강한 반도체 제조업체는 보다 현대적인 기술 프로세스를 사용하는 것을 포함하여 이 마이크로 회로의 자체 버전을 출시하는 것이 의무라고 생각했습니다. 예를 들어, Motorola는 MC1455의 CMOS 버전을 출시합니다. 그러나이 모든 것에서 이러한 모든 버전에 대한 결론의 기능과 위치에는 차이가 없습니다. 그들 모두는 서로의 완전한 유사체입니다.

국내 제조업체도 제쳐두고 KR1006VI1이라는 칩을 생산하지 않았습니다.

다음은 555 타이머를 생산하는 해외 제조업체 목록과 해당 상업용 명칭입니다.

경우에 따라 두 개의 이름이 지정됩니다. 이는 민간용, 상업용 및 군용의 두 가지 버전의 마이크로 회로가 생산됨을 의미합니다. 군용 버전은 더 정확하고 작동 온도 범위가 넓으며 금속 또는 세라믹 케이스로 제공됩니다. 물론 더 비쌉니다.

몸체와 핀부터 시작하겠습니다.

마이크로 회로는 플라스틱 DIP 및 원형 금속의 두 가지 유형의 패키지로 제공됩니다. 사실, 그것은 여전히 ​​금속 케이스로 생산되었습니다. 이제 DIP 케이스 만 남아 있습니다. 하지만 갑자기 그런 행복을 얻게 될 경우를 대비하여 사건의 두 그림을 모두 제공합니다. 핀 할당은 두 경우 모두 동일합니다. 표준 제품 외에도 556 및 558의 두 가지 유형의 미세 회로가 더 생산됩니다. 556은 타이머의 이중 버전이고 558은 쿼드 버전입니다.

타이머의 기능 다이어그램은 이 문장 바로 위의 그림에 나와 있습니다.

미세 회로에는 약 20개의 트랜지스터, 15개의 저항, 2개의 다이오드가 포함되어 있습니다. 구성품의 구성 및 수량은 제조사에 따라 다소 차이가 있을 수 있습니다. 출력 전류는 200mA에 도달할 수 있으며 소비 전류는 3-6mA 더 많습니다. 공급 전압은 4,5V에서 18V까지 다양합니다. 동시에 타이머의 정확도는 실제로 공급 전압의 변화에 ​​의존하지 않으며 계산 된 값의 1 %입니다. 드리프트는 0,1%/볼트이고 온도 드리프트는 0,005%/C입니다.

이제 우리는 타이머의 회로도를보고 뼈 또는 오히려 다리를 씻을 것입니다. 그것이 무엇을 의미하는지에 대해 어떤 결론이 필요합니다.

(확대하려면 클릭하십시오)

그래서 결론 (야옹! 다리에 관한거야 ...) :

1. 지구. 여기에 언급 할 특별한 것은 없습니다. 전원 공급 장치의 마이너스와 회로의 공통 와이어에 연결된 출력입니다.

2. 시작합니다. 비교기 입력 #2. 낮은 수준의 펄스(1/3 Vpit 이하)가 이 입력에 적용되면 타이머가 시작되고 외부 저항 R(Ra + Rb)에 의해 결정되는 시간 동안 높은 수준의 전압이 출력에 설정됩니다. , 기능 다이어그램 참조) 및 커패시터 C - 소위 단 안정 멀티 바이브레이터 모드입니다. 입력 펄스는 직사각형 또는 정현파일 수 있습니다. 가장 중요한 것은 커패시터 C의 충전 시간보다 지속 시간이 짧아야 한다는 것입니다. 입력 펄스가 여전히 이 지속 시간을 초과하면 마이크로 회로의 출력은 하이 레벨이 다시 설정될 때까지 하이 레벨 상태를 유지합니다. 입력에서. 입력에 의해 소비되는 전류는 500nA를 초과하지 않습니다.

3. 종료합니다. 출력 전압은 공급 전압에 따라 변하며 Vpit-1,7V(출력에서 하이 레벨)와 같습니다. 로우 레벨에서 출력 전압은 약 0,25V(공급 전압 + 5V)입니다. 로우-하이 상태 간 전환은 약 100ns에서 발생합니다.

4. 재설정합니다. 이 출력에 로우 레벨 전압(0,7V 이하)이 적용되면 타이머가 현재 어떤 모드에 있고 무엇을 하고 있는지에 관계없이 출력이 로우 레벨 상태로 재설정됩니다. 재설정, 아시다시피 아프리카에서도 재설정됩니다. 입력 전압은 공급 전압과 무관하며 TTL 호환 입력입니다. 우발적인 재설정을 방지하려면 필요할 때까지 이 핀을 전원 플러스에 연결하는 것이 좋습니다.

5. 통제. 이 핀을 통해 비교기 #1의 기준 전압인 2/3Vp.m에 액세스할 수 있습니다. 일반적으로 이 출력은 사용되지 않습니다. 그러나 이를 사용하면 타이머 제어의 가능성을 크게 확장할 수 있습니다. 문제는 이 핀에 전압을 가하면 타이머의 출력 펄스 지속 시간을 제어할 수 있으므로 타이밍 체인을 RC로 구동할 수 있다는 것입니다. 단안정 멀티바이브레이터 모드에서 이 입력에 적용되는 전압은 공급 전압의 45% ~ 90%일 수 있습니다. 그리고 멀티바이브레이터 모드에서 1,7V부터 공급 전압까지. 이 경우 출력에서 ​​FM(FM) 변조 신호를 얻습니다. 이 출력이 여전히 사용되지 않는 경우 간섭 수준 및 기타 모든 종류의 문제를 줄이기 위해 0,01μF(10nF) 커패시터를 통해 공통 와이어에 연결하는 것이 좋습니다.

6. 그만. 이 핀은 비교기 #1의 입력 중 하나입니다. 핀 2에 대한 일종의 대척점으로 사용됩니다. 즉, 타이머를 중지하고 출력을 (야옹! 조용한 패닉?!) 저수준 상태로 만드는 데 사용됩니다. 하이 레벨 펄스가 적용되면(공급 전압의 2/3 이상) 타이머가 중지되고 출력이 로우 레벨 상태로 재설정됩니다. 핀 2와 마찬가지로 직사각형 펄스와 정현파 펄스를 모두 이 핀에 적용할 수 있습니다.

7. 퇴원. 이 핀은 이미 터가 접지에 연결된 트랜지스터 T6의 컬렉터에 연결됩니다. 따라서 트랜지스터가 열리면 커패시터 C는 컬렉터-이미터 접합을 통해 방전되고 트랜지스터가 닫힐 때까지 방전 상태를 유지합니다. 트랜지스터는 미세 회로의 출력이 낮을 때 열리고 출력이 활성일 때, 즉 높을 때 닫힙니다. 이 핀은 보조 출력으로도 사용할 수 있습니다. 부하 용량은 기존의 타이머 출력과 거의 같습니다.

8. 플러스 영양. 결론 1의 경우와 마찬가지로 특별히 할 말은 없다. 타이머 공급 전압은 4,5-16볼트 범위일 수 있습니다. 군용 버전의 미세 회로의 경우 상위 범위는 18V 수준입니다.

흡수? 더 가자.

대부분의 타이머에는 일반적으로 저항과 커패시터로 구성된 타이밍 회로가 필요합니다. 타이머 555도 예외는 아닙니다. 미세 회로의 다이어그램을 살펴 보겠습니다.

따라서 칩에 전원을 공급했다고 가정해 봅시다. 입력은 하이 레벨 상태이고 출력은 로우이며 커패시터 C는 방전됩니다. 모두가 침착하고 모두가 자고 있습니다. 그런 다음 BOOM - 타이머의 입력에 일련의 직사각형 펄스를 적용합니다. 무슨 일이야?

첫 번째 로우 레벨 펄스는 타이머 출력을 하이 레벨 상태로 전환합니다. 트랜지스터 T6이 닫히고 커패시터는 저항 R을 통해 충전을 시작합니다. 커패시터가 충전되는 동안 타이머 출력은 계속 켜져 있으며 높은 전압 레벨을 유지합니다. 커패시터가 공급 전압의 2/3로 충전되자마자 마이크로 회로의 출력이 꺼지고 낮은 레벨이 나타납니다. 트랜지스터 T6이 열리고 커패시터 C가 방전됩니다.

그러나 그래프에 점선으로 표시되는 두 가지 뉘앙스가 있습니다.

첫 번째-커패시터 충전이 끝난 후 입력에 낮은 전압 레벨이 남아 있으면-이 경우 출력은 활성 상태로 유지됩니다-입력에 높은 레벨이 나타날 때까지 높은 레벨을 유지합니다. 두 번째는 저전압 재설정 입력을 활성화하는 경우입니다. 이 경우 커패시터가 여전히 충전 중이더라도 출력이 즉시 꺼집니다.

이제 서정적 부분이 끝났습니다. 가혹한 숫자와 계산으로 넘어 갑시다. 타이머가 켜지는 시간과 이 시간을 설정하는 데 필요한 RC 체인 값을 어떻게 결정할 수 있습니까? 커패시터가 공급 전압의 최대 63,2%(2/3)를 충전하는 시간을 시상수라고 하며 문자 t로 표시됩니다. 이 시간은 그 복잡성이 놀라운 공식으로 계산됩니다. 그녀는 다음과 같습니다. t = R*C, 여기서 R은 저항의 저항(MegaOhm-s 단위), C는 커패시터의 정전 용량(마이크로패럿 단위)입니다. 시간은 초 단위로 얻습니다.

타이머 작동 모드를 자세히 고려할 때 공식으로 돌아갑니다. 지금은 타이머 사본이 작동하는지 여부를 쉽게 알려주는 이 마이크로 회로에 대한 간단한 테스터를 살펴보겠습니다.

전원을 켠 후 두 LED가 모두 깜박이면 모든 것이 정상이고 미세 회로가 완전히 작동하는 것입니다. 다이오드 중 하나 이상이 켜져 있지 않거나 그 반대의 경우 계속 켜져 있으면 이러한 미세 회로를 깨끗한 양심으로 변기 아래로 내리거나 방금 구입 한 경우 판매자에게 다시 반환 할 수 있습니다. 공급 전압 - 9볼트. 예를 들어 크로나 배터리에서.

이제 이 마이크로 회로의 작동 모드를 고려하십시오.

사실, 두 가지 모드가 있습니다. 첫 번째는 단안정 멀티바이브레이터입니다. 단 안정 - 이러한 멀티 바이브레이터는 하나의 안정적인 상태를 갖기 때문에 꺼집니다. 그리고 타이머 입력에 일부 신호를 적용하여 일시적으로 켜짐 상태로 전환합니다. 위에서 언급한 것처럼 멀티바이브레이터가 활성 상태로 전환되는 시간은 RC 체인에 의해 결정됩니다. 이러한 속성은 다양한 구성표에서 사용할 수 있습니다. 특정 시간 동안 무언가를 시작하거나 그 반대의 경우 - 주어진 시간 동안 일시 중지를 형성합니다.

두 번째 모드는 펄스 발생기입니다. 마이크로 회로는 일련의 직사각형 펄스를 생성할 수 있으며, 그 매개변수는 동일한 RC 체인에 의해 결정됩니다. (야옹! 체인을 원해. 꼬리에. 음, 아니면 팔찌. 정전기 방지.)

그래도 우리 고양이는 지루합니다.

처음부터, 즉 첫 번째 모드부터 시작하겠습니다.

마이크로 회로를 켜는 회로가 그림에 나와 있습니다. RC 회로는 전원 공급 장치의 플러스와 마이너스 사이에 연결됩니다. 핀 6 - 정지는 저항과 커패시터의 연결에 연결됩니다. 이것은 비교기 #1의 입력입니다. 핀 7 - 방전도 여기에 연결됩니다. 입력 펄스는 핀 2 - 시작에 적용됩니다. 이것은 비교기 #2의 입력입니다. 완전히 간단한 회로 - 하나의 저항과 하나의 커패시터 - 훨씬 쉽습니다. 노이즈 내성을 향상시키기 위해 핀 5를 10nF 커패시터를 통해 공통 와이어에 연결할 수 있습니다.

따라서 초기 상태에서 타이머의 출력은 낮습니다. 약 6V이고 T2 트랜지스터가 열려 있기 때문에 커패시터가 방전되고 충전을 원하지 않습니다. 이 상태는 안정적이며 무기한 계속될 수 있습니다. 낮은 수준의 펄스가 입력에서 수신되면 비교기 6번이 활성화되고 타이머의 내부 트리거를 전환합니다. 결과적으로 높은 전압 레벨이 출력에 설정됩니다. 트랜지스터 T2이 닫히고 커패시터 C는 저항 R을 통해 충전을 시작합니다. 충전하는 동안 타이머의 출력은 높게 유지됩니다. 타이머는 핀 XNUMX에 도달하는 외부 자극에 반응하지 않습니다. 즉, 타이머가 첫 번째 펄스에서 트리거된 후 추가 펄스 효과가 없다 타이머 상태 - 이것은 매우 중요합니다. 그래서 우리에게 무슨 일이 일어나고 있습니까? 예, 커패시터가 충전 중입니다. 2 / 3V 공급 전압으로 충전되면 비교기 1 번이 작동하고 차례로 내부 트리거를 전환합니다. 결과적으로 출력은 낮은 전압 레벨로 설정되고 회로는 원래의 안정적인 상태로 돌아갑니다. 트랜지스터 T6이 열리고 커패시터 C가 방전됩니다.

말하자면 타이머가 "성미를 잃는" 시간은 XNUMX밀리초에서 수백 초가 될 수 있습니다.

다음과 같이 간주됩니다. T=1.1*R*C

이론적으로 펄스 지속 시간에는 최소 지속 시간과 최대 지속 시간 모두에 대한 제한이 없습니다. 그러나 우회할 수 있는 몇 가지 실질적인 제한 사항이 있지만 먼저 이렇게 하는 것이 필요한지 여부와 다른 회로 솔루션을 선택하는 것이 더 쉽지 않은지 먼저 생각해야 합니다.

따라서 R에 대해 실용적인 방식으로 설정된 최소값은 10kΩ이고 C - 95pF에 대해 설정됩니다. 적게 해도 되나요? 네. 그러나 동시에 저항의 저항을 더 낮추면 회로에 너무 많은 전기가 흐르기 시작합니다. 커패시턴스 C를 줄이면 모든 종류의 기생 커패시턴스와 간섭이 회로 작동에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.

반면에 저항의 최대값은 약 15MΩ입니다. 여기서 제한은 정지 입력(약 120nA)과 커패시터 C의 누설 전류에 의해 인출된 전류에 의해 부과됩니다. 따라서 저항 값이 너무 크면 타이머는 커패시터 누설 전류의 합이 입력 전류가 120nA를 초과합니다.

글쎄요, 커패시터의 최대 커패시턴스는 커패시턴스 자체가 아니라 누설 전류에 있습니다. 커패시턴스가 클수록 누설 전류가 커지고 타이머의 정확도가 떨어집니다. 따라서 타이머를 긴 시간 간격으로 사용하는 경우 누설 전류가 낮은 커패시터(예: 탄탈룸)를 사용하는 것이 좋습니다.

두 번째 모드로 넘어 갑시다.

이 회로에 다른 저항이 추가되었습니다. 두 비교기의 입력은 연결되고 저항 R2와 커패시터의 연결에 연결됩니다. 핀 7은 저항 사이에 연결됩니다. 커패시터는 저항 R1 및 R2를 통해 충전됩니다.

이제 회로에 전원을 공급할 때 어떤 일이 발생하는지 살펴보겠습니다. 초기 상태에서 커패시터는 방전되고 두 비교기의 입력은 2에 가까운 낮은 전압 레벨을 갖습니다. 비교기 #6는 내부 트리거를 토글하고 타이머 출력을 높게 설정합니다. 트랜지스터 T1이 닫히고 커패시터가 저항 R2 및 RXNUMX를 통해 충전되기 시작합니다.

커패시터의 전압이 공급 전압의 2/3에 도달하면 비교기 #1이 차례로 트리거를 전환하고 타이머 출력을 끕니다. 출력 전압은 6에 가까워집니다. 트랜지스터 T2이 열리고 커패시터는 저항 R1를 통해 방전되기 시작합니다. 커패시터의 전압이 공급 전압의 3/2로 떨어지 자마자 비교기 6 번이 트리거를 다시 전환하고 마이크로 회로의 출력에 다시 하이 레벨이 나타납니다. 트랜지스터 TXNUMX이 닫히고 커패시터가 다시 충전을 시작합니다 ... fuuu, 내 머리도 이미 회전하고 있습니다.

요컨대, 이 모든 샤머니즘의 결과로 출력에서 ​​일련의 직사각형 펄스를 얻습니다. 이미 짐작하셨겠지만 펄스 주파수는 C, R1 및 R2의 값에 따라 달라집니다. 다음 공식에 의해 결정됩니다.

R1과 R2의 값은 옴으로, C는 패럿으로, 주파수는 헤르츠로 표시됩니다.

각 다음 펄스의 시작 사이의 시간을 주기라고 하며 문자 t로 표시됩니다. 펄스 자체의 지속 시간 - t1과 펄스 사이의 간격 - t2로 구성됩니다. t = t1+t2.

주파수와 주기는 서로 역의 개념으로 이들의 관계는 다음과 같다.

에프 = 1/t.

물론 t1과 t2도 계산할 수 있고 계산해야 합니다. 이와 같이:

t1 = 0.693(R1+R2)C;

t2 = 0.693R2C

글쎄, 이론적 부분은 끝난 것 같습니다. 다음 부분에서는 다양한 구성표와 다양한 용도로 555 타이머를 켜는 구체적인 예를 고려할 것입니다.

출판: radiokot.ru

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