Categories: Articles destacats » Electrònica pràctica
Nombre de visualitzacions: 113767
Comentaris sobre l'article: 5
Temporitzador integrat NE555 - història, disseny i funcionament
La història de la creació d’un xip molt popular i una descripció de la seva estructura interna
Una de les llegendes de l’electrònica és xip de circuit integrat NE555. Es va desenvolupar el 1972. Aquesta longevitat està lluny de tots els xips i ni un transistor en pot estar orgullós. Llavors, què és tan especial d’aquest microcircuit, que té tres cinquè en el seu marcatge?
Signetics llança la producció de sèries de xip NE555 exactament un any després Va ser desenvolupat per Hans R. Kamensind. El més sorprenent d’aquesta història va ser que en aquell moment Kamensind estava pràcticament a l’atur: va abandonar PR Mallory, però no va arribar a arribar enlloc. De fet, era una "tasca".
El xip va veure la llum del dia i va guanyar tanta fama i popularitat gràcies als esforços del director de Signetics Art Fury, que era, per descomptat, amic de Kamensind. Treballava per a General Electric, de manera que coneixia el mercat de l’electrònica què hi havia que hi havia i com cridar l’atenció d’un possible comprador.
Segons les memòries de Kamensinda A. Fury era un autèntic entusiasta i amant del seu ofici. A casa, tenia tot un laboratori ple de components de ràdio, on va realitzar diversos estudis i experiments. Això va permetre acumular una gran experiència pràctica i aprofundir en coneixements teòrics.
Aleshores, els productes Signetics s'anomenaven "5 **" i l'experimentat A. Fury, que tenia un sentit sobrenatural del mercat de l'electrònica, va decidir que marcar 555 (tres cinc) seria el més benvingut per al nou xip. I no es va equivocar: el microcircuit va anar simplement com a pastissos calents, va esdevenir potser el més massiu de tota la història de la creació de microcircuits. El més interessant és que el microcircuit no ha perdut la seva rellevància fins avui.
Una mica més tard, van aparèixer dues cartes al marcatge del microcircuit, que es va fer conegut com NE555. Però, com que en aquells dies hi havia un desordre complet en el sistema de patent, el temporitzador integrat es va precipitar a alliberar a tothom que no fos mandrós, de manera natural, posant tres cartes (llegiu la vostra) davant de tres cinc. Més tard, a partir dels temporitzadors 555, els temporitzadors dual (IN556N) i quadruple (IN558N) es van desenvolupar, per descomptat, en casos més múltiples. Però la base continuava sent la mateixa NE555.
Fig. 1. Temporitzador integrat NE555
555 a l’URSS
La primera descripció del 555 de la literatura radiotècnica nacional apareixia ja el 1975 a la revista Electronics. Els autors de l'article van assenyalar el fet que aquest xip no gaudirà de menys popularitat que els amplificadors operatius coneguts aleshores. I no es van equivocar del tot. El microcircuit va permetre crear dissenys molt senzills, i gairebé tots van començar a funcionar immediatament, sense ajustaments dolorosos. Però se sap que la repetibilitat del disseny a casa augmenta en proporció al quadrat de la seva “simplicitat”.
A finals de la Unió Soviètica a finals dels anys 80 es va desenvolupar un analògic complet de 555, anomenat KR1006VI1. La primera aplicació industrial de l'analogic domèstic va ser en la gravadora de vídeo VCR12 Electronics.
Fabricants de xips NE555:
Xip de dispositiu intern NE555
Abans d’agafar la soldadura i començar el muntatge de l’estructura al temporitzador integral, primer esbrinem què hi ha al seu interior i com funciona tot. Després d’això, serà molt més fàcil comprendre com funciona un esquema pràctic específic.
El temporitzador integrat conté més de vint transistorsla connexió de la qual es mostra a la figura - https://electro-ca.tomathouse.com/555ic.jpg
Com podeu veure, el diagrama del circuit és força complex, i aquí es dóna només per a informació general.Al cap i a la fi, no podeu entrar-hi amb una soldadura, però no podreu reparar-la. De fet, això és exactament el que miren tots els altres microcircuits, tant digitals com analògics (vegeu - Xips analògics llegendaris) Aquesta és la tecnologia per a la producció de circuits integrats. Tampoc serà possible comprendre la lògica del dispositiu en general mitjançant un esquema, per tant, a continuació es mostra l'esquema funcional i se'n dóna la descripció.
Dades tècniques
Però, abans de tractar la lògica del xip, probablement hauríeu de portar els seus paràmetres elèctrics. El rang de tensions d'alimentació és prou ampli de 4,5 ... 18 V, i el corrent de sortida pot arribar als 200mA, cosa que permet l'ús de relés de potència baixa com a càrrega. El xip en sí que consumeix molt poc: només s’afegeixen 3 ... 6 mA al corrent de càrrega. Al mateix temps, la precisió del temporitzador en si és pràcticament independent de la tensió d’alimentació, només un 1 per cent del valor calculat. La deriva és només del 0,1% / vol. La deriva de la temperatura també és petita, només 0, 005% / ° C. Com veieu, tot és força estable.
Diagrama funcional de NE555 (KR1006VI1)
Com s'ha esmentat anteriorment, a l'URSS van fer un analògic del burgès NE555 i el van anomenar KR1006VI1. L'analogic va resultar ser molt reeixit, no pitjor que l'original, de manera que podeu utilitzar-lo sense por ni dubte. La figura 3 mostra el diagrama funcional del temporitzador integrat KR1006VI1. Està completament coherent amb el xip NE555.
Figura 3. Esquema funcional del temporitzador integrat KR1006VI1
El xip no és tan gran: està disponible en un paquet DIP8 de vuit pins, així com en un SOIC8 de mida petita. Aquest últim suggereix que el 555 es pot utilitzar per a l’edició de SMD, és a dir, els desenvolupadors encara hi tenen interès.
També hi ha pocs elements dins del microcircuit. El principal és el RS més comú és disparador DD1. Quan una unitat lògica s’introdueix a l’entrada R, el disparador es restableix a zero, i quan s’uneix una unitat lògica a l’entrada S, s’estableix de manera natural a una. Per generar senyals de control a les entrades RS circuit especial en comparadors, que es parlarà una mica més endavant.
Els nivells físics d’una unitat lògica depenen, per descomptat, del voltatge d’alimentació utilitzat i pràcticament oscil·len entre Upit / 2 i Upit gairebé complet. Aproximadament la mateixa proporció s’observa per als microcircuits lògics de l’estructura CMOS. El zero lògic es troba, com és habitual, dins de 0 ... 0,4V. Però aquests nivells es troben dins del microcircuit, només en podeu endevinar, però no els podeu sentir amb les mans, no els podeu veure amb els vostres ulls.
Etapa de sortida
Per augmentar la capacitat de càrrega del xip, es connecta una potent etapa de sortida als transistors VT1, VT2 a la sortida del disparador.
Si es restableix el disparador RS, la sortida (pin 3) conté una lògica de tensió zero, és a dir. transistor obert VT2. En el cas que el disparador està instal·lat a la sortida, el nivell de la unitat lògica també ho és.
L’etapa de sortida es realitza mitjançant un circuit push-pull, que permet connectar la càrrega entre la sortida i el fil comú (terminals 3.1) o el bus d’energia (terminals 3.8).
Un petit comentari a l'escenari de sortida. Quan es reparen i s’ajusten dispositius en microcircuits digitals, un dels mètodes per comprovar el circuit és subministrar un senyal de baix nivell a les entrades i sortides dels microcircuits. Per regla general, es fa escurçant el fil comú d’aquestes entrades i sortides amb l’ajuda d’una agulla de cosir, alhora que no causa cap perjudici al microcircuit.
En alguns circuits, l’alimentació NE555 és de 5V, de manera que sembla que aquesta també és una lògica digital i també ho podeu fer de forma lliure. Però, en realitat, no és així. En el cas del xip 555, o millor dit, amb la seva sortida push-pull, aquests "experiments" no es poden fer: si el transistor de sortida VT1 està obert en aquest moment, es produirà un curtcircuit i el transistor simplement es cremarà. I si la tensió d’alimentació és a prop del màxim, aleshores és inevitable un final deplorable.
Transistor addicional (pin 7)
A més dels transistors esmentats, també hi ha un transistor VT3. El col·lector d'aquest transistor està connectat a la sortida del xip 7 "Descàrrega". El seu propòsit és descarregar el condensador de configuració del temps quan s’utilitza el microcircuit com a generador d’impulsos. La descàrrega del condensador es produeix quan es torna a activar el disparador DD1. Si recordem la descripció del disparador, aleshores a la sortida inversa (indicada per un cercle al diagrama) hi ha en aquest moment una unitat lògica que condueix a l’obertura del transistor VT3.
Quant al senyal de restabliment (pin 4)
Podeu restablir un activador en qualsevol moment: el senyal de "restabliment" té una prioritat elevada. Per fer-ho, hi ha una entrada especial R (pin 4), indicada a la figura com Usbr. Tal com es pot entendre a la figura, es produirà un restabliment si s’aplica un pols de baix nivell no superior a 0,7V a la 4a sortida. Al mateix temps, a la sortida del microcircuit apareixerà un voltatge de baix nivell (pin 3).
En els casos en què no s'utilitzi aquesta entrada, se li aplica un nivell d'unitat lògica per alliberar-se del soroll dels impulsos. La manera més fàcil de fer-ho és connectant el pin 4 directament al bus d’energia. En cap cas no ho heu de deixar, com diuen, a l’aire “a l’aire”. Aleshores, us haureu de preguntar i pensar durant molt de temps i per què funciona tan inestablement el circuit?
Notes generals de disparador
Per no confondre’ns del tot sobre l’estat del disparador, cal recordar que en les discussions sobre el disparador sempre es té en compte l’estat de la seva sortida directa. Bé, si es diu que el disparador està "instal·lat", a la sortida directa l'estat de la unitat lògica. Si diuen que el disparador està "restablert", llavors la sortida directa tindrà un estat de zero lògic.
A la sortida inversa (marcada amb un petit cercle) tot serà exactament el contrari, per tant, sovint la sortida del disparador s’anomena parafase. Per no tornar a confondre tot, ja no en parlarem.
Qualsevol que hagi llegit detingudament aquest lloc pot preguntar-se: “Perdona, és només un disparador amb una potent cascada de transistors a la sortida. I on és el temporitzador en si? ” I tindrà raó, perquè l’assumpte encara no ha arribat al temps. Per aconseguir un temporitzador, el seu pare, el creador de Hans R. Kamensind, va inventar una manera original de controlar aquest disparador. El truc d’aquest mètode és la formació de senyals de control.
Generació de senyal a les entrades RS del disparador
Què hem aconseguit? El disparador DD1 controla tot el que hi ha dins del temporitzador: si s’estableix en un, la tensió de sortida és alta i, si es restableix, la sortida 3 és baixa i el transistor VT3 també està obert. L’objectiu d’aquest transistor és descarregar un condensador de sincronització en un circuit, per exemple, un generador d’impulsos.
El disparador DD1 es controla mitjançant els comparadors DA1 i DA2. Per controlar el funcionament del disparador a les sortides dels comparadors, és necessari obtenir senyals d’alt nivell R i S. S’aplica un voltatge de referència a una de les entrades de cada comparador, que és generat per un divisor de precisió de les resistències R1 ... R3. La resistència de les resistències és la mateixa, de manera que la tensió aplicada a elles es divideix en 3 parts iguals.
Generació de senyal de control de disparador
Inici del temporitzador
La tensió directa d’1 / 3U s’aplica a l’entrada directa del comparador DA2, i la tensió externa per iniciar el temporitzador Uzap a través del pin 2 s’aplica a l’entrada inversa del comparador. Per actuar sobre l’entrada S del disparador DD1 a la sortida d’aquest comparador, cal obtenir un nivell alt. Això és possible si la tensió Ustap estarà dins del rang 0 ... 1 / 3U.
Fins i tot un pols a curt termini d’una tensió d’aquest tipus activarà el disparador DD1 i l’aparició d’un temporitzador d’alt nivell. Si l’entrada Ucap està exposada a tensions superiors a 1 / 3U i fins a la tensió d’alimentació, no es produiran canvis a la sortida del microcircuit.
Cronòmetre
Per aturar el temporitzador, només cal restablir el disparador intern DD1 i, per a això, a la sortida del comparador DA1, genereu un senyal d’alt nivell R. El comparador DA1 està activat una mica diferent de DA2.La tensió de referència de 2 / 3U s'aplica a l'entrada d'inversió i el senyal de control "Llindar de resposta" Ufor s'aplica a l'entrada directa.
Amb aquesta inclusió, un nivell alt a la sortida del comparador DA1 només es produirà quan la tensió Upoor a l'entrada directa superi la tensió de referència 2 / 3U a la inversa. En aquest cas, es restablirà el disparador DD1 i s’establirà un senyal de nivell baix a la sortida del microcircuit (pin 3). També s’obrirà el transistor VT3 de “descàrrega”, que descarregarà el condensador de configuració del temps.
Si la tensió d’entrada està dins d’1 / 3U ... 2 / 3U, cap dels comparadors funcionarà, no es produirà un canvi d’estat a la sortida del temporitzador. En tecnologia digital, aquesta tensió s'anomena "nivell de gris". Si simplement connecteu els pins 2 i 6, obtindreu un comparador amb els nivells de resposta d’1 / 3U i 2 / 3U. I fins i tot sense un sol detall addicional!
Canvi de voltatge de referència
La conclusió 5, denominada Uobr a la figura, està dissenyada per controlar la tensió de referència o els seus canvis mitjançant resistències addicionals. També és possible subministrar una tensió de control a aquesta entrada, de manera que és possible obtenir un senyal modulat per freqüència o fase. Però més sovint aquesta conclusió no s’utilitza i, per reduir la influència de la interferència, es connecta a un cable comú a través d’un condensador de poca capacitat.
El microcircuit s’alimenta a través dels pins 1 - GND, 2 + U.
Aquí teniu la descripció real del temporitzador integrat NE555. El temporitzador ha recopilat molts tipus de circuits, que es parlaran als articles següents.
Boris Aladyshkin
Continuació de l'article: 555 Dissenys integrats del temporitzador
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: