Интересной конструкцией было бы создание металлоискателя с 1 МК IN 555. Вам потребуется небольшое количество радиодеталей. Диаметр катушки не более 70-90 мм с 250-290 витками провода. Сделайте изоляционную обмотку лаком (PEL, PEV), диаметр меди 0,4 мм. Вместо громкоговорителя можно использовать акустический излучатель с пьезоэлектрическими элементами. Схема изображения.
Генератор электрических импульсов на таймере 555
Электрический импульс — это короткий всплеск напряжения или тока. Другими словами, это событие в цепи, когда напряжение резко возрастает в несколько раз, а затем так же резко падает до первоначального значения. Самый очевидный пример — электрический импульс, который заставляет биться наше сердце. Большинство импульсов происходит в нервных клетках головного и спинного мозга. Мы думаем и решаем проблемы благодаря электрическим импульсам!
А как насчет электроники? В электронике импульсы используются повсеместно. Например, в микроконтроллерах или даже домашних компьютерах электрические импульсы управляют ритмом работы компьютера. Их также называют тактовыми импульсами или синхроимпульсами. Производительность компьютеров иногда точно сравнивают с помощью значений тактовой частоты.
Все данные в электронных устройствах также передаются с помощью импульсов. Интернет, проводной и беспроводной, связь по мобильному телефону и даже пульт дистанционного управления нашим телевизором используют импульсный сигнал. Давайте попробуем решить несколько задач и узнаем все тонкости генерации электрических импульсов из первых рук. И давайте начнем с того, что узнаем его важные свойства.
Период и скважность импульсного сигнала
Представим, что мы готовимся к Новому году и нам нужно сделать мигающую лампочку. Поскольку мы не знаем, как заставить его мигать самостоятельно, мы сделаем это с помощью кнопки. Вы нажимаете на саму кнопку, подключаете ее к источнику питания и включаете свет.
Это схема гирлянды с ручным управлением:
Внешний вид макет
Соберите схему и проведите небольшое тестирование. Попробуем управлять гирляндной цепочкой вручную по простому алгоритму:
- Нажмите кнопку,
- подождите 1 секунду,
- отпустите кнопку,
- подождите 2 секунды,
- перейдите к пункту 1.
Это алгоритм периодического процесса. Нажатие кнопки в соответствии с алгоритмом создает реальный импульсный сигнал! Построим временную диаграмму на графике.
Мы можем определить период повторения и частоту этого сигнала. Период повторения (T) — это промежуток времени, в течение которого цепь гирлянд возвращается в исходное состояние. Этот период четко показан на диаграмме и соответствует трем секундам. Обратная величина периода повторения называется частотой периодического сигнала (F). Частота сигнала измеряется в герцах. В нашем случае:
F = 1/T = 1/3 = 0,33 Гц.
Период повторения можно разделить на две части: когда гирлянда включена и когда она не включена. Период, в течение которого свет горит, называется длительностью импульса (t).
Теперь наступает самое интересное! Отношение между периодом повторения (T) и длительностью импульса (t) называется рабочим циклом.
Рабочий цикл сигнала составляет S = 3/1 = 3. Коэффициент является безразмерной величиной.
Другой термин, Duty cycle, используется в английской литературе. Это значение является обратной величиной рабочего цикла.
В случае нашей гирляндной цепи рабочий цикл равен:
D = 1 / 3 = 0.33(3) ≈ 33%
Этот параметр является более явным. D = 33% означает, что треть периода занимает импульс. Например, при D = 50% длительность сигнала высокого уровня на выходе таймера равна длительности сигнала низкого уровня.
Количество подключаемых светодиодов зависит от типа используемой микросхемы NE555 и ее нагрузочной способности (CMOS или TTL). Если необходимо мигать светодиодом мощностью более 0,5 Вт, схема дополняется транзистором, нагрузкой которого является светодиод.
Виды мультивибраторов
Какими бы сложными и разнообразными ни были схемы мультивибраторов, их можно разделить на три типа по принципу работы:
- колеблющийся,
- моностабильный:
- бистабильный.
Самоколеблющийся или нестабильный. Он генерирует импульсы непрерывно и не нуждается во внешнем источнике синхронизации. Устройство начинает работать, как только подается напряжение. Блокирующий генератор также относится к этой группе.
Моностабильный. Он имеет фиксированное и нестабильное положение, которое определяется параметрами элементов. Как это выглядит. Устройство находится в нестабильном состоянии, пока не получит управляющий сигнал. В неустойчивом состоянии осциллятор начинает работать до истечения сигнала. Такие мультивибраторы называются простыми или резервными мультивибраторами.
Бистабильность. Эти устройства имеют два стабильных состояния и переходят из одного состояния в другое при подаче внешнего сигнала. Их функция похожа на функцию мультивибратора, но они им не являются. Такие устройства называются исполнительными механизмами и здесь не рассматриваются.
Помимо классификации по режиму работы, устройства делятся на асимметричные и симметричные мультивибраторы.
Принцип работы мультивибратора
В этой статье мы не будем останавливаться на том, как работает тот или иной тип. Трудно описать работу всех типов в одном месте. Тем не менее, давайте рассмотрим, как работают мультивибраторы на примере наиболее распространенных схем. В качестве примера возьмем две схемы — одну балансную и одну небалансную.
Симметричный
В сбалансированном варианте руки работают в противофазе.
В начальный период подачи питания транзисторы закрыты, а С1 и С2 полностью разряжены, их сопротивление незначительно. Это должно привести к быстрому открыванию транзисторов Т1 и Т2 через L2>R3>C1> база T1 и L1>R4>C2> Основа Т2. Но в действительности параметры элементов имеют разные свойства: емкость конденсаторов, сопротивление резисторов и соединения транзисторов различны. В какой-то момент один из транзисторов начинает открываться немного быстрее, например, Т2, что вызывает повышение давления на Т1 и еще более быстрое открытие Т2.
В результате в конце цикла T1 закрыт, а T2 полностью открыт и насыщен. Загорается светодиод L2. Конденсатор C1 заряжается для создания напряжения. Когда C1 заряжен, ток через резистор R1 прекращается. Напряжение на нем равно IBT2-R2, а напряжение питания подается на коллектор T1.
Напряжение на коллекторе T2 низкое. Заряженный конденсатор C2 медленно начинает разряжаться через открытый транзистор T2 и R3. Отрицательное напряжение на базе транзистора T1 держит его закрытым до тех пор, пока C2 не начнет заряжаться через R3 и напряжение на базе T1 не достигнет порога полного открытия +0,6 В.
При увеличении напряжения T1 немного открывается, и напряжение на его коллекторе уменьшается. Это приводит к закрытию транзистора Т2 и увеличению напряжения на его коллекторе. Это заставляет транзистор T1 открываться дальше через C2. Загорается светодиод L1.
Процесс повторяется циклически, а частота регулируется с помощью резисторов и конденсаторов. Эта схема имеет два выхода, на которых сигналы прослушиваются. Это коллекторы транзисторов T1 и T2.
Несимметричный
Он состоит из меньшего числа элементов и наиболее просто строится из дискретных элементов.
Перед подачей питания оба транзистора закрыты, конденсатор разряжен. Небольшой ток потечёт по цепи R1>C1>L1. Когда конденсатор заряжен, транзистор T1 начинает открываться и одновременно открывается T2. Напряжение на коллекторе T2 увеличивается, когда оно возрастает на базе T1. Это приводит к открытию транзисторов. Ток протекает через эмиттер-коллектор Т2 и лампу L1.
Заряженный конденсатор начинает разряжаться, а затем заряжается в обратном направлении. Когда отрицательный заряд на основании T1 увеличивается, T2 замыкается и закрывается. Ток, протекающий через резистор R1, недостаточен для удержания транзистора в открытом состоянии. Потенциал на коллекторе VT2 падает, это падение передается через конденсатор на базу VT1, и транзисторы закрываются.
Характеристики мультивибратора
Работа схемы характеризуется несколькими величинами. К ним относятся:
- Частота. Единицей измерения F является герц, Гц.
- Амплитуда. Вольт.
- Продолжительность импульса. Единица измерения для секунды.
- Соотношение. Отношение периода T к длительности импульса t. S=T/tim. Буква tau в этом слове не передается, а используется заглавная буква t.
Когда мы смотрим на сигнал, полученный от нагрузки, с помощью осциллографа, а у этих мультивибраторов это лампы, то в идеале мы должны увидеть «меандр». Это форма квадратных импульсов с длительностью, равной паузе.
Импульсы имеют форму меандра, длительность паузы t p равна длительности импульса t в
На примере симметричной схемы флип-флоп мы видим, что длительность зарядки конденсатора определяется схемой:
Где C — емкость в фарадах, R — сопротивление в омах.
Амплитуда сигнала или импульса — это максимальное значение напряжения или тока. Амплитуда может быть задана в вольтах или амперах.
Частота колебаний, F, выражается в герцах сек/сек=Гц и определяется отношением периода T (сек) к секунде времени по коэффициенту:
F=1/T
Рабочий цикл рассчитывается по формуле — S=T/tim. Это важный параметр процесса осцилляции. Она не имеет единицы измерения, так как является числовой величиной. Переменные величины, например, счетчики дешифратора, могут делить импульсы на отдельные импульсы.
Наиболее известной особенностью микросхем серии 555, которая сокращает число их применений, является внутренний делитель напряжения. Он устанавливает фиксированный порог для обоих компараторов в устройстве, который нельзя изменить.
Особенности и недостатки
Особенностью таймера является внутренний делитель напряжения, который устанавливает фиксированный верхний и нижний порог для обоих компараторов. Поскольку делитель напряжения невозможно устранить, а пороговое напряжение невозможно контролировать, область применения NE555 ограничена.
Таймер на биполярном транзисторе имеет существенный недостаток, связанный с переходом выходного каскада из одного состояния в противоположное. Каждый переход сопровождается паразитным кроссоверным током, который может достигать 400 мА в пике, что увеличивает тепловые потери. Решением является установка полюсного конденсатора емкостью до 0,1UF между клеммой управления (5) и общей клеммой. Это повышает стабильность запуска и надежность всего устройства. Кроме того, для повышения помехоустойчивости в цепь питания добавлен неполярный конденсатор 1 мкФ.
Таймеры на базе КМОП-транзисторов лишены этих недостатков и не требуют внешних конденсаторов.
Основные параметры ИМС серии 555
Внутреннее устройство NE555 состоит из пяти функциональных блоков, которые показаны на логической схеме. Вход представляет собой резистивный делитель напряжения, который формирует два опорных напряжения для прецизионных компараторов. Выходные клеммы компараторов подаются на следующий модуль — RS-триггер с внешней клеммой сброса, а затем на усилитель мощности. Последний модуль представляет собой транзистор с открытым коллектором, который может выполнять различные функции в зависимости от задачи.
Рекомендуемое напряжение питания для ИС типа NA, NE, SA составляет от 4,5 до 16 В, а для SE оно может достигать 18 В. Потребляемый ток при минимальном значении upit составляет 2-5 мА, при максимальном значении upit — 10-15 мА. Некоторые КМОП-интегральные схемы серии 555 потребляют не более 1 мА. Наибольший выходной ток импортной ИС может достигать значения 200 мА. Для KR1006VI1 этот показатель составляет менее 100 мА.
Качество изготовления и производитель оказывают значительное влияние на условия эксплуатации таймера. Например, NE555 имеет диапазон рабочих температур от 0 до 70 °C, а SE555 — о т-55 до +125 °C, что необходимо учитывать при разработке устройств для использования в открытых средах. Более подробная информация об электрических параметрах и типичных значениях напряжения и тока входов CONT, RESET, THRES и TRIG приведена в техническом паспорте серии XX555.
Расположение и назначение выводов
NE555 и соответствующие модели выпускаются в основном в корпусах PDIP8, TSSOP или SOIC с восемью выводами. Распиновка стандартная, независимо от комплектации. Символом таймера является прямоугольник с обозначениями G1 (для генератора одиночных импульсов) и GN (для мультивибратора).
- Общий (GND). Первый провод по отношению к ключу. Он подключен к отрицательному току устройства.
- Триггер (TRIG). Подача импульса низкого уровня на вход второго компаратора приводит к срабатыванию и появлению на выходе сигнала высокого уровня, длительность которого зависит от номинального значения внешних элементов R и C. Возможные вариации входного сигнала описаны в разделе «Вибратор».
- Выход (OUT). Высокий уровень выходного сигнала составляет (Uпит-1,5 В), а низкий уровень — около 0,25 В. Процесс переключения занимает около 0,1 мс.
- Сброс (RESET): этот вход имеет наивысший приоритет и может управлять работой таймера независимо от напряжения на других клеммах. Для включения процесса запуска требуется потенциал более 0,7 вольт. По этой причине он подключен к источнику питания схемы через резистор. Импульс менее 0,7 вольт не позволяет NE555 работать.
- Как видно из внутренней структуры ИС, она напрямую подключена к делителю напряжения и выдает 2/3 Uпит при отсутствии внешнего источника питания. Подавая управляющий сигнал на CTRL, можно получить на выходе модулированный сигнал. В простых схемах он подключается к внешнему конденсатору.
- Остановка (THR): Это вход первого компаратора, который останавливает триггер и устанавливает низкий уровень на выходе таймера, когда напряжение превышает 2/3Uпит. В то же время на выводе 2 не должен присутствовать сигнал триггера, так как TRIG имеет приоритет над THR (кроме KP1006VI1).
- Разряд (DIS). подключен непосредственно к внутреннему транзистору, который включен в цепь общего коллектора. Обычно к переходу коллектор-эмиттер подключается конденсатор временного заряда, который разряжается, пока транзистор открыт. Реже он используется для увеличения емкости нагрузки таймера.
- Источник питания (VCC). Подключается к положительной стороне источника питания от 4,5 В до 16 В.
Таким образом, используя отдельные входные сигналы и параметры временной цепи, на выходе можно генерировать прямоугольные импульсы с точно заданной длительностью.
Проверка работоспособности
NE555 можно сварить из старых, больше не нужных или уже неисправных устройств для вашей собственной продукции. Его можно найти в распределительных щитах, термостатах, терморегуляторах, елочных гирляндах, музыкальных лампах и различных устройствах задержки времени, автомобильных спидометрах и т.д. Если вам посчастливилось найти такое устройство, вам следует проверить его на работоспособность, прежде чем использовать его в своих электронных конструкциях.
Мультиметр не подходит для этой задачи. Поэтому для этой цели обычно используется простой тестер — также известный как «светодиодная мигалка». Если после подключения питания оба диода поочередно мигают, значит, блок NE работает. В противном случае он неисправен.
Применение
Его невероятно низкая цена, доступность и простота, с которой на его основе можно было реализовать функционально сложные, но тривиальные электронные схемы без глубоких знаний электроники, сделали его любимой игрушкой большинства радиолюбителей, начинающих свой путь в радиобизнесе. Он лежит в основе множества очень популярных конструкций, в том числе построенных вручную.
С помощью инструкций, приведенных в коротком видео, вы можете собрать несколько схем на NE555: простой и продвинутый пиратский металлоискатель, ШИМ-контроллер, повышающий преобразователь постоянного тока и измеритель индуктивности и емкости с триггером Шмитта.
В технических описаниях микросхем рабочий цикл (D=1/S) часто указывается в процентах.
Область применения НЕ555
Емкость чипа обеспечивает широкий спектр методов, в которых он используется. Мультивибраторы серии 555 можно встретить практически во всех схемах генерации сигналов.
Примерами могут служить различные акустические и оптические детекторы, детекторы металла, света, влажности или прикосновения. Таймер на кристалле позволяет создавать реле времени для контроля работы различных устройств в соответствии с заданными вручную временными периодами.
Версии триггера Шмитта используются в качестве преобразователей фильтров для шумных сигналов, чтобы придать им правильную прямоугольную форму. Такие схемы также важны в цифровой технике, где используются только два типа импульсов — наличие и отсутствие.
Отечественные и зарубежные производители
Микросхема таймера серии 555 настолько популярна, что ее аналоги производятся практически всеми известными брендами в микроэлектронной промышленности. И не только в США, но и в других странах мира. Среди них.
Часто серийный номер конкурентов содержит ссылку на оригинальный NE555. NE555N, NE55P или аналогичные этикетки также могут быть найдены. Российский КР1006ВИ1.
Таймер также производится в России, с использованием микросхемы КР1006ВИ1 с биполярными транзисторами и КМОП-технологии КР1441ВИ1. Отечественная версия несколько отличается от классической серии 555 — в ней вход прерывания имеет более высокий приоритет, чем сигнал запуска.
Как сделать реле времени 555 своими руками
Одним из способов познакомиться с таймером 555 может быть создание собственного реле времени. Схема довольно проста, считается классической и может быть воспроизведена любым специалистом. Диаграмма таймера выключения
Таймер запускается нажатием тумблера SB1. Длительность устанавливается резистором R2. В показанной схеме среднее время работы находится в пределах 6 секунд. Чтобы увеличить его без изменения характеристик R2, увеличьте емкость C1.
Если требуется ежедневный рабочий цикл, необходим конденсатор 1600 мкФ. Если устройство должно использоваться в режиме, близком к реальному времени, число фарад изменяется на более подходящее для требуемого времени работы. Расчет производится по формуле: T=C1*R2, где C1 — емкость соответствующего конденсатора в цепи, а R2 — среднее сопротивление подстроечного резистора в мегаомах.
Более точная калибровка времени действия производится при использовании переменного резистора R2.
Несколько слов о нумерации выводов используемой микросхемы 555, т.е. о ее распиновке:
Изделие работает правильно, если сохраняются электрические свойства входного и выходного сигнала. Примеры параметров сведены в типичную серию, причем крайние значения указывают на диапазон и допуски:
Проверка работоспособности
На рисунке показано применение схемы для проверки рабочего состояния изделия. Простое управление — «Вспышка на светодиоде» — позволяет обнаружить отказ микросхемы. При подключении питания 2 диода поочередно мигают, указывая на неисправность нашего изделия. Для всех остальных функций указываются недостатки конструкции.
Линейка KR1006VI1 была создана на основе аналоговых устройств 1975 года. Производство этой конструкции продолжает завод «ALFARPAR» в Риге (Латвия). Производство постсоветского периода (СССР) также сохранилось в Беларуси. Производство «Интеграла» продолжается, их отличает только маркировка: серия IN555.
Примечание: Изделие KR1006VI1 на русском языке абсолютно идентично английской версии (data sheet 555).
Наиболее популярные схемы на основе ne555
Размеры различных типов корпусов и количество клемм 8 всего 4 варианта (размеры указаны в мм):
- ПДИП (9.81 — 6.35).
- СОП (6.20 — 5.30).
- ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬ (3.00 — 4.40).
- СОИК (4.90 — 3.91).
Интересной конструкцией было бы создание металлоискателя с 1 МК IN 555. Вам потребуется небольшое количество радиодеталей. Диаметр катушки не более 70-90 мм с 250-290 витками провода. Сделайте изоляционную обмотку лаком (PEL, PEV), диаметр меди 0,4 мм. Вместо громкоговорителя можно использовать акустический излучатель с пьезоэлектрическими элементами. Схема изображения.
Мигание светодиодом на мультивибраторе
Существует более десятка схем мультидиодинаторов, поэтому на снимке показана простая версия. Здесь показана конструкция неустойчивого симметричного вибратора. Так обычно поступают радиолюбители. Вспышка сварена из наиболее доступных радиодеталей. Все, что у них есть в наличии, они используют для сборки.
Реле времени
Схема реле времени проста. Классическая версия доступна для восстановления отечественным инженером.
Запуск устройства осуществляется с помощью тумблера SB1. Резистор R2 отвечает за длительность сигнала. Среднее время ответа составляет 6 секунд. Чтобы увеличить время, увеличьте емкость в R2. Это делается с помощью конденсатора C1 путем выбора параметра. Что необходимо? Обычный электролитический конденсатор составляет 1600 мкФ.
Расчет производится следующим образом: T=C1*R2, где C1 — емкость 1600, а R2 — среднее сопротивление в мегаоммах.
Музыкальная клавиатура
Самое простое решение — собрать детский инструмент. Это игра, которая может понравиться и детям, и взрослым. А сборка и пайка очень просты.
Таймер
Система несложная, в наброске. Правильная сборка не требует регулировки.
Важно. Подключите клемму 2 к контакту 4. Если устройство не активируется, замените клемму 2 на контакт 6 (см. рисунок).
Имитатор сигнализации автомобиля
Система сигнализации работает как виртуальная система (только одна лампочка мигает с такой же частотой, как и реальная сигнализация). 12 В требуются для питания. На схематическом рисунке показан рабочий переключатель, в котором в первом случае светодиод только мигает, а во втором случае светодиод мигает. Очень простая схема, идеально подходящая для начинающих радиолюбителей.
Простой имитатор полицейской сирены
Звук сирены регулируется потенциометром на резисторе 100 кОм между клеммами 6 и 7. Номинальные значения остальных компонентов указаны на схеме. Устройство управляется напряжением на клемме 2 (от 2,5 В до 5 В). Исправность проверяется путем подключения к вольтметру или осциллографу. Осциллограф равномерно наклоняется вверх и вниз. Аналоговый буферный каскад между двумя таймерами построен на транзисторе Кт361.
