Описание и область применения
NE555 является разработкой американской компании Signetics, специалисты которой в условиях экономического кризиса не сдались и смогли воплотить в жизнь труды Ганса Камензинда. Именно он в 1970 году сумел доказать важность своего изобретения, которое на тот момент не имело аналогов. ИМС NE555 имела высокую плотность монтажа при низкой себестоимости, чем заслужила особый статус.
Впоследствии её стали копировать конкурирующие производители из разных стран мира. Так появилась отечественная КР1006ВИ1, которая так и осталась уникальной в данном семействе. Дело в том, что в КР1006ВИ1 вход останова (6) имеет приоритет над входом запуска (2). В импортных аналогах других фирм такая особенность отсутствует. Данный факт следует учитывать при разработке схем с активным использованием двух входов.
Однако в большинстве случаев приоритеты не влияют на работу устройства. С целью снижения мощности потребления, ещё в 70-х годах прошлого века был налажен выпуск таймера КМОП-серии. В России микросхема на полевых транзисторах получила название КР1441ВИ1.
Наибольшее применение 555 таймер нашёл в построении схем генераторов и реле времени с возможностью задержки от микросекунд до нескольких часов. В более сложных устройствах он выполняет функции по исключению дребезга контактов, ШИМ, восстановлению цифрового сигнала и так далее.
Цоколевка NE555
Распиновка устройства не меняется многие годы, несмотря на применение в разных видах приложений. Стандартная версия, как правило, имеет пластиковый корпус DIP-8. Поверхностный монтаж оформляется с помощью SOP-8 и SOIC-8.
Первый вывод всегда имеет маркировку в виде небольшого округлого углубления или выпуклости.
Ранее был вариант в круглом корпусе из металла LM555CH, однако сейчас он не производится. Он состоял из RS-триггера, двух компараторов, разрядного транзистора и инвертирующего усилителя.
Основные характеристики ne555
Устройство не является одним из биполярных ИС, ТТЛ, КМОП, но легко взаимодействует с ними. Напряжение ne555, при котором устройство может нормально работать, имеет диапазон в пределах 4,5 — 16 В. Если оно равно 5 В, происходит согласование выхода таймера ne555 и ТТЛ-входов остальных схем. В противном случае, нужны еще какие-либо согласующие приборы, чтобы задать импульсам нужный уровень.
Электрические характеристики
ПАРАМЕТРУСЛОВИЯ ИСПЫТАНИЙSE555NA555NE555SA555ЕД. ИЗМ.MINTYPMAXMINTYPMAX
| Уровень напряжения на выводе THRES | VCC = 15 В | 9.4 | 10 | 10.6 | 8.8 | 10 | 11.2 | В | |
| VCC = 5 В | 2.7 | 3.3 | 4 | 2.4 | 3.3 | 4.2 | |||
| Ток(1) через вывод THRES | 30 | 250 | 30 | 250 | нA | ||||
| Уровень напряжения на выводеTRIG | VCC = 15 В | 4.8 | 5 | 5.2 | 4.5 | 5 | 5.6 | В | |
| TA = от –55°C до 125°C | 3 | 6 | |||||||
| VCC = 5 В | 1.45 | 1.67 | 1.9 | 1.1 | 1.67 | 2.2 | |||
| TA = от –55°C до 125°C | 1.9 | ||||||||
| Ток через вывод TRIG | при 0 В на TRIG | 0.5 | 0.9 | 0.5 | 2 | мкA | |||
| Уровень напряжения на выводе RESET | 0.3 | 0.7 | 1 | 0.3 | 0.7 | 1 | В | ||
| TA = от –55°C до 125°C | 1.1 | ||||||||
| Ток через вывод RESET | при VCC на RESET | 0.1 | 0.4 | 0.1 | 0.4 | мA | |||
| при 0 В на RESET | –0.4 | –1 | –0.4 | –1.5 | |||||
| Переключающий ток на DISCH в закрытом состоянии | 20 | 100 | 20 | 100 | нA | ||||
| Переключающее напряжение на DISCH в открытом состоянии | VCC = 5 В, IO = 8 мA | 0.15 | 0.4 | В | |||||
| Напряжение на CONT | VCC = 15 В | 9.6 | 10 | 10.4 | 9 | 10 | 11 | В | |
| TA = от –55°C до 125°C | 9.6 | 10.4 | |||||||
| VCC = 5 В | 2.9 | 3.3 | 3.8 | 2.6 | 3.3 | 4 | |||
| TA = от –55°C до 125°C | 2.9 | 3.8 | |||||||
| Низкий уровень напряжения на выходе | VCC = 15 В, IOL = 10 мA | 0.1 | 0.15 | 0.1 | 0.25 | В | |||
| TA = от –55°C до 125°C | 0.2 | ||||||||
| VCC = 15 В, IOL = 50 мА | 0.4 | 0.5 | 0.4 | 0.75 | |||||
| TA = от –55°C до 125°C | 1 | ||||||||
| VCC = 15 В, IOL = 100 мА | 2 | 2.2 | 2 | 2.5 | |||||
| TA = от –55°C до 125°C | 2.7 | ||||||||
| VCC = 15 В, IOL = 200 мA | 2.5 | 2.5 | |||||||
| VCC = 5 В, IOL = 3.5 мA | TA = от –55°C до 125°C | 0.35 | |||||||
| VCC = 5 В, IOL = 5 мA | 0.1 | 0.2 | 0.1 | 0.35 | |||||
| TA = от –55°C до 125°C | 0.8 | ||||||||
| VCC = 5 В, IOL = 8 мA | 0.15 | 0.25 | 0.15 | 0.4 | |||||
| Высокий уровень напряжения на выходе | VCC = 15 В, IOH = –100 мA | 13 | 13.3 | 12.75 | 13.3 | В | |||
| TA = от –55°C до 125°C | 12 | ||||||||
| VCC = 15 В, IOH = –200 мA | 12.5 | 12.5 | |||||||
| VCC = 5 В, IOH = –100 мA | 3 | 3.3 | 2.75 | 3.3 | |||||
| TA = от –55°C до 125°C | 2 | ||||||||
| Потребляемый ток | Низкий уровень на выходе, без нагрузки | VCC = 15 В | 10 | 12 | 10 | 15 | мA | ||
| VCC = 5 В | 3 | 5 | 3 | 6 | |||||
| Низкий уровень на выходе, без нагрузки | VCC = 15 В | 9 | 10 | 9 | 13 | ||||
| VCC = 5 В | 2 | 4 | 2 | 5 |
(1) Этот параметр влияет на максимальные значения времязадающих резисторов RA и RB в цепи Рис. 12. Для примера, когда VCC = 5 V R = RA + RB ≉ 3.4 МОм, и для VCC = 15 В максимальное значение равно 10 мОм.
Эксплуатационные характеристики
ПАРАМЕТРУСЛОВИЯ ИСПЫТАНИЙ(2)SE555NA555NE555SA555ЕД. ИЗМ.МИН.ТИП.МАКС.МИН.ТИП.МАКС.
| Начальная погрешность интервалов времени(3) | Каждый таймер, моностабильный(4) | TA = 25°C | 0.5 | 1.5(1) | 1 | 3 | % | ||
| Каждый таймер, астабильный(5) | 1.5 | 2.25 | |||||||
| Температурный коэффициент временного интервала | Каждый таймер, моностабильный(4) | TA = MIN to MAX | 30 | 100(1) | 50 | ppm/ °C | |||
| Каждый таймер, астабильный(5) | 90 | 150 | |||||||
| Изменение временного интервала от напряжения питания | Каждый таймер, моностабильный(4) | TA = 25°C | 0.05 | 0.2(1) | 0.1 | 0.5 | %/V | ||
| Каждый таймер, астабильный(5) | 0.15 | 0.3 | |||||||
| Время нарастания выходного импульса | CL = 15 пФ, TA = 25°C | 100 | 200(1) | 100 | 300 | нс | |||
| Время спада выходного импульса | CL = 15 пФ, TA = 25°C | 100 | 200(1) | 100 | 300 | нс |
(1) Соответствуют стандарту MIL-PRF-38535, эти параметры не проходили производственные испытания.
(2) Для условий указанных как Мин. и Макс. , используют соответствующее значение, указанное в рекомендуемых условиях эксплуатации.
(3) Погрешность интервала времени определяетсякак разностьмежду измереннымзначением исредним значениемслучайной выборкииз каждогопроцесса.
(4) Значения указаны для моностабильной схемы со следующими значениями компонентов RA = 2 от кОм до 100 кОм, C = 0.1 мкФ.
(5) Значения указаны для астабильной схемы со следующими значениями компонентов RA = 1 от кОм до 100 кОм, C = 0.1 мкФ.
Пределы допустимых значений
Есть ряд типовых максимальных эксплуатационных характеристик NE555. Они встречаются в самых распространенных модификациях этой микросхемы. Их различия зависят лишь от компании-производителя, но, как правило, одинаковы в большинстве технических описаний:
Напряжение источника энергии — от 4,5 до 18 Вольт.
Рассеиваемая мощность — 600 микроВатт.
Ток на выходе — 200 миллиАмпер.
Рабочая частота — 500 килоГерц.
Температура для работы — от 0 до 70 градусов, для хранения — от -65 до 150 градусов.
Если превышать указанные параметры, устройство может выйти из строя.
Структурная схема NE555
Схемы включения
Моностабильный генератор.
В начальном состоянии напряжение на OUT имеет низкий уровень, внешний конденсатор полностью разряжен. Когда импульс приходит на вывод TRIG внутренний триггер NE555 меняет своё состояние и устанавливает выходе OUT высокую разность потенциалов.
Транзистор, находящийся внутри NE555, закрывается, благодаря этому начинается зарядка внешнего конденсатора С, подключённого между выводом DIS и землёй. Разность потенциалов на нем постепенно растёт, и когда она достигнет уровня 2/3 Uпит таймер перейдёт в начальное состояние. Конденсатор начнёт разряжаться. Время от прихода сигнала на вход до того момента как NE555 придет в начальное состояние определяется с помощью формулы Т = 1,1 * R * С.
Астабильный генератор.
При включении питания начинается зарядка внешнего конденсатора С. После того, как он зарядится, внутренний триггер меняет своё состояние, и на OUT появляется разность потенциалов низкого уровня. Внутренний транзистор открывается и конденсатор разряжается.
Когда напряжение на нем достигнет уровня 1/3 Uпит триггер переключится и на OUT появится высокая разность потенциалов. Транзистор опять закроется и все повторится сначала. Формулы для расчёта работы асабильного генератора:
Аналоги
Среди зарубежных аналогов для микросхемы ne555 можно назвать такие: AN1555, AN1555N, GL555, LB8555D, LB8555P, LM555, MC1455, NJM555D, RC555, TA7555P, UPC1555, UPC1555C, UPC617C. Существуют также похожие отечественные микросхемы: 1006И1, 1087ВИ2, КР1006ВИ1, КР1006ВИ1А, КФ1006ВИ1. При замене микросхем нужно обязательно обратиться к техническим характеристикам и только после этого принимать решение.
Как работает микросхема 555
Перед тем, как перейти к примеру устройства реле, рассмотрим структуру микросхемы. Все дальнейшие описания будут делаться для микросхемы серии NE555 производства Texas Instruments.
Как видно из рисунка, основа — это RS-триггер с инверсным выходом, управляемый выходами с компараторов. Положительный вход верхнего компаратора называется THRESHOLD, отрицательный вход нижнего — TRIGGER. Другие входы компараторов подключены к делителю напряжения питания из трех резисторов по 5 кОм.
Как вы скорее всего знаете, RS-триггер может находиться в устойчивом состоянии (обладает эффектом памяти, объемом 1 бит) либо в логическом «0», либо в логической «1». Как он функционирует:
- Приход положительного импульса на вход R (RESET) устанавливает выход в логическую «1» (именно «1», а не «0», так как триггер инверсный — об это говорит кружок на выходе триггера);
- Приход положительного импульса на вход S (SET) устанавливает выход в логический «0».
Резисторы по 5 кОм в количестве 3-х штук делят напряжение питания на 3, что приводит к тому, что опорное напряжение верхнего компаратора (вход «–» компаратора, он же, вход CONTROL VOLTAGE микросхемы) составляет 2/3 Vcc. Опорное напряжение нижнего — 1/3 Vcc.
С учетом сказанного, можно составить таблицы состояний микросхемы относительно входов TRIGGER, THRESHOLD и выхода OUT. Обратите внимание, что выход OUT — это инвертированный сигнал с RS-триггера.
THRESHOLD < 2/3 VccTHRESHOLD > 2/3 Vcc
| TRIGGER < 1/3 Vcc | OUT = лог «1» | неопределенное состояние OUT |
| TRIGGER > 1/3 Vcc | OUT остается без изменений | OUT = лог «0» |
С помощью такой функциональности микросхемы можно легко делать различные генераторы сигнала с частотой генерации, независимой от питающего напряжения.
В нашем случае, для создания реле времени применяется такая хитрость: входы TRIGGER и THRESHOLD объединяются вместе и к ним подается сигнал с RC-цепочки. Таблица состояний в таком случае будет выглядеть так:
OUT
| THRESHOLD, TRIGGER < 1/3 Vcc | OUT = лог «1» |
| 1/3 Vcc < THRESHOLD, TRIGGER < 2/3 Vcc | OUT остается без изменений |
| THRESHOLD, TRIGGER > 2/3 Vcc | OUT = лог «0» |
Схема включения NE555 для такого случая следующая:
После подачи питания конденсатор начинает заряжаться, что приводит к постепенному увеличению напряжения на конденсаторе с 0В и далее. В свою очередь, напряжение на входах TRIGGER и THRESHOLD будет наоборот, убывать, начиная с Vcc+. Как видно из таблицы состояний, на выходе OUT присутствует логический «0» после подачи питания Vcc+, а переключение выхода OUT в логическую «1» произойдет, когда на указанных входах TRIGGER и THRESHOLD напряжение опустится ниже 1/3 Vcc.
Важен тот факт, что время задержки реле, то есть промежуток времени между подачей питания и зарядкой конденсатора до момента переключения выхода OUT в логическую «1», можно рассчитать по очень простой формуле:
T = 1.1 * R * C
И как видите, это время не зависит от напряжения питания. Следовательно, при проектировании схемы реле времени можно не заботиться о стабильности питания, что значительно позволяет упростить схемотехнику.
Далее приведем рисунок варианта исполнения микросхемы в DIP-корпусе и покажем расположения выводов чипа:
Также стоит упомянуть, что кроме 555 серии производится серия 556 в корпусе с 14-ю выводами. Серия 556 содержит два таймера 555.
Расположение и назначение выводов
Расположение выводов обозначает по клеммам:
- GND – (земля, минус).
- Trigger – (открытие).
- Output – (выходной сигнал).
- Reset – (сброс параметров).
- Control Voltage – (контроль).
- Threshold – (остановка).
- Dischage – (разряд).
- Vcc – (плюс, источника питания).
Первая метка маркируется круглым углублением или выпуклостью на корпусе.
Режимы работы
Вход (2) получает и обрабатывает одиночного цикла импульсы. При переключении микросхемы на выходе (3) появляется высокий уровень сигнала. Продолжительность импульсов (сек) доходит до: t=1,1*R*C. При прохождении временно́го отрезка (t) на выходе формируются сигналы низкого уровня. Выводы 4 и 8 целесообразно объединять.
datasheet на русском, описание и схема включения
Каждый радиолюбитель не раз встречался с микросхемой NE555. Этот маленький восьминогий таймер завоевал колоссальную популярность за функциональность, практичность и простоту использования. На 555 таймере можно собрать схемы самого различного уровня сложности: от простого триггера Шмитта, с обвеской всего в пару элементов, до многоступенчатого кодового замка с применением большого количества дополнительных компонентов.
В данной статье детально ознакомимся с микросхемой NE555, которая, несмотря на свой солидный возраст, по-прежнему остается востребована. Стоит отметить, что в первую очередь данная востребованность обусловлена применением ИМС в схемотехнике с использованием светодиодов.
Описание и область применения
NE555 является разработкой американской компании Signetics, специалисты которой в условиях экономического кризиса не сдались и смогли воплотить в жизнь труды Ганса Камензинда. Именно он в 1970 году сумел доказать важность своего изобретения, которое на тот момент не имело аналогов. ИМС NE555 имела высокую плотность монтажа при низкой себестоимости, чем заслужила особый статус.
Впоследствии её стали копировать конкурирующие производители из разных стран мира. Так появилась отечественная КР1006ВИ1, которая так и осталась уникальной в данном семействе. Дело в том, что в КР1006ВИ1 вход останова (6) имеет приоритет над входом запуска (2). В импортных аналогах других фирм такая особенность отсутствует. Данный факт следует учитывать при разработке схем с активным использованием двух входов.
Однако в большинстве случаев приоритеты не влияют на работу устройства. С целью снижения мощности потребления, ещё в 70-х годах прошлого века был налажен выпуск таймера КМОП-серии. В России микросхема на полевых транзисторах получила название КР1441ВИ1.
Наибольшее применение 555 таймер нашёл в построении схем генераторов и реле времени с возможностью задержки от микросекунд до нескольких часов. В более сложных устройствах он выполняет функции по исключению дребезга контактов, ШИМ, восстановлению цифрового сигнала и так далее.
Особенности и недостатки
Особенностью таймера является внутренний делитель напряжения, который задаёт фиксированный верхний и нижний порог срабатывания для двух компараторов. Ввиду того что делитель напряжения нельзя исключить, а пороговым напряжением нельзя управлять, область применения NE555 сужается.
Таймер на биполярных транзисторах имеет один существенный недостаток, связанный с переходом выходного каскада из одного состояния в противоположное. Каждое переключение сопровождается паразитным сквозным током, который в пике может достигать 400 мА, увеличивая тепловые потери. Решение проблемы заключается в установке полярного конденсатора ёмкостью до 0,1 мкФ между выводом управления (5) и общим проводом. Благодаря ему, повышается стабильность при запуске и надёжность всего устройства. Кроме того, для повышения помехоустойчивости цепь питания дополняют неполярным конденсатором 1 мкФ.
Таймеры, собранные на КМОП-транзисторах, лишены перечисленных недостатков и не нуждаются в монтаже внешних конденсаторов.
Расположение и назначение выводов
NE555 и её аналоги преимущественно выпускаются в восьмивыводном корпусе типа PDIP8, TSSOP или SOIC. Расположение выводов независимо от корпуса – стандартное. Условное графическое обозначение таймера представляет собой прямоугольник с надписью G1 (для генератора одиночных импульсов) и GN (для мультивибраторов).
- Общий (GND). Первый вывод относительно ключа. Подключается к минусу питания устройства.
- Запуск (TRIG). Подача импульса низкого уровня на вход второго компаратора приводит к запуску и появлению на выходе сигнала высокого уровня, длительность которого зависит от номинала внешних элементов R и С. О возможных вариациях входного сигнала написано в разделе «Одновибратор».
- Выход (OUT). Высокий уровень выходного сигнала равен (Uпит-1,5В), а низкий – около 0,25В. Переключение занимает около 0,1 мкс.
- Сброс (RESET). Данный вход имеет наивысший приоритет и способен управлять работой таймера независимо от напряжения на остальных выводах. Для разрешения запуска необходимо, чтобы на нём присутствовал потенциал более 0,7 вольт. По этой причине его через резистор соединяют с питанием схемы. Появление импульса менее 0,7 вольт запрещает работу NE555.
- Контроль (CTRL). Как видно из внутреннего устройства ИМС он напрямую соединен с делителем напряжения и в отсутствие внешнего воздействия выдаёт 2/3 Uпит. Подавая на CTRL управляющий сигнал, можно получить на выходе модулированный сигнал. В простых схемах он подключается к внешнему конденсатору.
- Останов (THR). Является входом первого компаратора, появление на котором напряжения более 2/3Uпит останавливает работу триггера и переводит выход таймера в низкий уровень. При этом на выводе 2 должен отсутствовать запускающий сигнал, так как TRIG имеет приоритет перед THR (кроме КР1006ВИ1).
- Разряд (DIS). Соединен напрямую с внутренним транзистором, который включен по схеме с общим коллектором. Обычно к переходу коллектор-эмиттер подключают времязадающий конденсатор, который разряжается, пока транзистор находится в открытом состоянии. Реже используется для наращивания нагрузочной способности таймера.
- Питание (VCC). Подключается к плюсу источника питания 4,5–16В.
