Mikroschaltung für den Schaltkreis 555 CA 3. Einführung in die Elektronik

Der integrierte Timer-Chip NE555 ist ein echter Durchbruch auf dem Gebiet der Elektronik. Es wurde 1972 vom Signetics-Mitarbeiter Hans R. Camenzind erstellt. Die Erfindung hat bis heute nicht an Aktualität verloren. Das Gerät wurde später zur Grundlage für Dual- (IN556N) und Quad-Timer (IN558N).

Die Idee eines Elektronikingenieurs ermöglichte es ihm, seinen prominenten Platz in der Geschichte technischer Erfindungen einzunehmen. In Bezug auf die Verkaufszahlen hat dieses Gerät seit seiner Einführung alle anderen Geräte übertroffen. Im zweiten Jahr seines Bestehens wurde der 555-Chip zum meistgekauften Teil.

Die Führung blieb in allen folgenden Jahren bestehen. Der 555-Chip, dessen Einsatz jedes Jahr zunahm, verkaufte sich sehr gut. Im Jahr 2003 wurden beispielsweise mehr als 1 Milliarde Exemplare verkauft. Die Konfiguration des Geräts selbst hat sich in dieser Zeit nicht verändert. Es existiert seit über 40 Jahren.

Das Erscheinen des Geräts überraschte den Ersteller selbst. Camenzinds Ziel war es, ein flexibel einsetzbares Informationssystem zu schaffen, aber er hatte nicht damit gerechnet, dass es so multifunktional sein würde. Ursprünglich wurde es als Zeitgeber oder 555-Chip verwendet, dessen Verwendung schnell zunahm, heute wird es von Spielzeugen für Kinder bis hin zu Raumschiffen verwendet.

Das Gerät ist langlebig, da es auf bipolarer Technologie basiert und für den Einsatz im Weltraum keine besonderen Anforderungen erforderlich sind. Nur Testarbeiten werden mit äußerster Sorgfalt durchgeführt. So werden bei der Prüfung der NE 555-Schaltung individuelle Versuchsvorgaben für eine Reihe von Anwendungen erstellt. Bei der Herstellung von Schaltkreisen gibt es keine Unterschiede, die Ansätze zur Leistungssteuerung unterscheiden sich jedoch deutlich.

Das Erscheinungsbild der Schaltung in der Haushaltselektronik

Die erste Erwähnung von Innovationen in der sowjetischen Literatur zur Funktechnik erfolgte 1975. Ein Artikel über die Erfindung wurde in der Zeitschrift Electronics veröffentlicht. Der Mikroschaltkreis 555, dessen Analogon Ende der 80er Jahre des letzten Jahrhunderts von sowjetischen Elektronikingenieuren entwickelt wurde, wurde in der heimischen Funkelektronik KR1006VI1 genannt.

In der Produktion wurde dieses Teil bei der Montage von Elektronika VM12-Videorecordern verwendet. Dies war jedoch nicht das einzige Analogon, da viele Hersteller auf der ganzen Welt ein ähnliches Gerät entwickelten. Alle Einheiten verfügen über ein herkömmliches DIP8-Gehäuse sowie ein kleines SOIC8-Gehäuse.

Schaltungsspezifikationen

Der 555-Chip, dessen grafische Darstellung unten dargestellt ist, umfasst 20 Transistoren. Auf dem Blockschaltbild des Gerätes befinden sich 3 Widerstände mit einem Widerstandswert von 5 kOhm. Daher der Name des Geräts „555“.

Die wichtigsten technischen Merkmale des Produkts sind:

• Versorgungsspannung 4,5-18V;
• maximaler Ausgangsstrom 200 mA;
• Der Energieverbrauch beträgt bis zu 206 mA.

Wenn wir uns die Ausgabe ansehen, handelt es sich um ein digitales Gerät. Es kann zwei Positionen einnehmen: niedrig (0 V) und hoch (von 4,5 bis 15 V). Je nach Stromversorgung kann der Wert bis zu 18 V betragen.

Wozu dient das Gerät?

Die Mikroschaltung NE 555 ist ein einheitliches Gerät mit einem breiten Anwendungsspektrum. Es wird häufig beim Zusammenbau verschiedener Schaltkreise verwendet, was das Produkt nur noch beliebter macht. Dementsprechend steigt die Verbrauchernachfrage. Diese Beliebtheit hat dazu geführt, dass der Preis des Timers gesunken ist, was vielen Handwerkern gefällt.

Interne Struktur des 555-Timers

Wie funktioniert dieses Gerät? Jeder Anschluss des Geräts ist mit einem Stromkreis verbunden, der 20 Transistoren, 2 Dioden und 15 Widerstände enthält.

Doppelmodellformat

Es ist zu beachten, dass der NE 555 (Chip) in einem Duplikatformat namens 556 vorliegt. Er enthält zwei freie ICs.

Der 555-Timer hat 8 Pins, während der 556 14 Pins hat.

Betriebsmodi des Geräts

Der 555-Chip verfügt über drei Betriebsmodi:

1. Monostabiler Modus des 555-Chips. Er funktioniert als Einweg-Single-Ended. Im Betrieb wird als Reaktion auf den Triggereingang beim Drücken einer Taste ein Impuls vorgegebener Länge abgegeben. Der Ausgang bleibt auf niedriger Spannung, bis der Auslöser aktiviert wird. Daher erhielt es den Namen wartend (monostabil). Dieses Funktionsprinzip hält das Gerät inaktiv, bis es eingeschaltet wird. Der Modus ermöglicht die Einbindung von Timern, Schaltern, Berührungsschaltern, Frequenzteilern usw.
2. Der Astabilmodus ist eine eigenständige Funktion des Geräts. Dadurch bleibt der Kreislauf im regenerativen Modus. Die Ausgangsspannung ist variabel: mal niedrig, mal hoch. Dieses Schema ist anwendbar, wenn das Gerät intermittierenden Stößen ausgesetzt werden muss (wenn das Gerät für kurze Zeit ein- und ausgeschaltet wird). Der Modus wird beim Einschalten von LED-Lampen verwendet, arbeitet in einer logischen Taktschaltung usw.
3. Bistabiler Modus oder Schmidt-Trigger. Es ist klar, dass es ohne Kondensator mit einem Triggersystem arbeitet und zwei stabile Zustände hat, hoch und niedrig. Der niedrige Triggerwert wird hoch. Wenn die Niederspannung freigegeben wird, geht das System in einen niedrigen Zustand über. Dieses Schema ist im Bereich des Eisenbahnbaus anwendbar.

555 Timer-Pins

Der 555-Generatorchip umfasst acht Pins:

1. Pin 1 (Masse). Es wird an die negative Seite der Stromversorgung (gemeinsame Leitung des Stromkreises) angeschlossen.
2. Pin 2 (Trigger). Es liefert für eine Weile Hochspannung (alles hängt vom Kondensator ab). Diese Konfiguration ist monostabil. Pin 2 steuert Pin 6. Wenn beide niedrig sind, ist der Ausgang hoch. Andernfalls ist der Ausgang des Timers niedrig, wenn die Spannung an Pin 6 hoch und an Pin 2 niedrig ist.
3. Pin 3 (Ausgang). Ausgänge 3 und 7 sind in Phase. Durch Anlegen einer Hochspannung von ca. 2 V und einer Niederspannung von 0,5 V werden bis zu 200 mA erreicht.
4. Pin 4 (Reset). Die Spannungsversorgung an diesem Ausgang ist trotz des 555-Timer-Betriebsmodus niedrig. Um versehentliche Rücksetzungen zu vermeiden, sollte dieser Ausgang im Betrieb an die positive Seite angeschlossen werden.
5. Schlussfolgerung 5 (Kontrolle). Dieser Pin wird in der russischen Elektronik nicht verwendet, aber durch den Anschluss können Sie umfassende Steuerungsmöglichkeiten für das 555-Gerät erreichen.
6. Pin 6 (Stopp). Im Komparator 1 enthalten. Er liegt gegenüber Pin 2 und wird zum Stoppen des Geräts verwendet. Dadurch entsteht Unterspannung. Dieser Ausgang kann Sinus- und Rechteckimpulse akzeptieren.
7. Pin 7 (Bit). Er ist mit dem Kollektor des Transistors T6 verbunden, dessen Emitter auf Masse liegt. Wenn der Transistor geöffnet ist, entlädt sich der Kondensator, bis er schließt.
8. Pin 8 (positive Stromseite), der zwischen 4,5 und 18 V liegt.

Ausgabe verwenden

Ausgang 3 (Output) kann zwei Zustände haben:

1. Der digitale Ausgang wird auf digitaler Basis direkt mit dem Eingang eines anderen Treibers verbunden. Der digitale Ausgang kann über mehrere Zusatzkomponenten andere Geräte steuern (Versorgungsspannung beträgt 0 V).
2. Der Spannungswert im zweiten Zustand ist hoch (Vcc an der Stromversorgung).

Fähigkeiten der Einheit

1. Wenn die Ausgangsspannung abfällt, wird Strom durch das Gerät geleitet und stellt die Verbindung her. Dies ist eine Reduzierung, da der Strom aus Vcc erzeugt wird und durch das Gerät auf 0 V fließt.
2. Wenn die Leistung zunimmt, sorgt der durch das Gerät fließende Strom dafür, dass es eingeschaltet wird. Dieser Prozess kann als Quelle der aktuellen Prozesse bezeichnet werden. Strom wird in diesem Fall von der Zeitschaltuhr erzeugt und durch das Gerät auf 0 V geleitet.

Auf- und Abstieg können zusammen funktionieren. Dadurch wird ein abwechselndes Ein- und Ausschalten des Gerätes erreicht. Dieses Prinzip gilt beim Betrieb von LED-Lampen, Relais, Motoren und Elektromagneten. Zu den Nachteilen dieser Eigenschaft gehört, dass das Gerät auf unterschiedliche Weise an den Ausgang angeschlossen werden muss, da Ausgang 3 sowohl als Verbraucher als auch als Stromquelle bis 200 mA fungieren kann. Das verwendete Netzteil muss ausreichend Strom für beide Geräte und den 555-Timer liefern.

LM555-Chip

Der 555-Datenblatt-Chip (LM555) verfügt über umfangreiche Funktionen.

Es wird von Rechteckgeneratoren mit variablem Arbeitszyklus und Relais- und Reaktionsverzögerung bis hin zu komplexen PWM-Generatorkonfigurationen eingesetzt. Die Pinbelegung und die interne Struktur des 555-Chips sind in der Abbildung dargestellt.

Die Genauigkeit des Geräts beträgt 1 % des berechneten Wertes, was optimal ist. Eine Einheit wie der NE 555-Datenblatt-Chip wird von den Umgebungstemperaturbedingungen nicht beeinflusst.

Analoga des NE555-Chips

Der 555-Chip, dessen Analogon in Russland KR1006VI1 hieß, ist ein integriertes Gerät.

Unter den Arbeitsblöcken sind ein RS-Trigger (DD1), Komparatoren (DA1 und DA2), ein auf einem Push-Pull-System basierender Ausgang und ein Komplementärtransistor VT3 hervorzuheben. Letzterer dient dazu, den Zeiteinstellkondensator zurückzusetzen, wenn das Gerät als Generator verwendet wird. Der Trigger wird zurückgesetzt, wenn eine logische Einheit (Jupit/2...Jupit) an die R-Eingänge angelegt wird.

Wenn der Trigger zurückgesetzt wird, wird am Geräteausgang (Pin 3) ein niedriger Spannungswert beobachtet (Transistor VT2 ist offen).

Die Einzigartigkeit der 555-Strecke

Angesichts des Funktionsdiagramms des Geräts ist es sehr schwer zu verstehen, was es ungewöhnlich macht. Die Originalität des Gerätes liegt darin, dass es über eine spezielle Triggersteuerung verfügt, nämlich Steuersignale erzeugt. Sie werden an den Komparatoren DA1 und DA2 (einem der Eingänge, an denen die Referenzspannung anliegt) erzeugt. Um Steuersignale an den Triggereingängen (Komparatorausgängen) zu erzeugen, sollten Hochspannungssignale gewonnen werden.

Wie starte ich das Gerät?

Um den Timer zu starten, muss Ausgang 2 mit einer Spannung im Bereich von 0 bis 1/3 Jupit versorgt werden. Dieses Signal löst die Auslösung des Auslösers aus und erzeugt bei der Ausgabe ein Hochspannungssignal. Ein Signal über dem Grenzwert führt zu keinen Änderungen in der Schaltung, da die Referenzspannung für den Komparator DA2 ist und 1/3 Jupiter beträgt.

Sie können den Timer stoppen, indem Sie den Auslöser zurücksetzen. Dazu muss die Spannung am Ausgang 6 2/3 Jupit überschreiten (die Referenzspannung für den Komparator DA1 beträgt 2/3 Jupit). Beim Zurücksetzen wird ein Niederspannungssignal erzeugt und der Kondensator, der die Zeit einstellt, wird entladen.

Die Referenzspannung kann angepasst werden, indem ein zusätzlicher Widerstand oder eine Stromquelle an den Ausgang des Geräts angeschlossen wird.

In letzter Zeit ist es bei Autobesitzern in Mode gekommen, die vom Auto zurückgelegte Kilometerzahl auf dem Tacho anzuzeigen.

Viele Menschen interessieren sich dafür, ob das Aufziehen des Tachos auf einer 555-Mikroschaltung unabhängig durchgeführt werden kann.

Dieses Verfahren ist nicht besonders schwierig. Für seine Herstellung wird ein 555-Mikroschaltkreis verwendet, der als einzelne Komponenten des Schaltkreises funktionieren kann und deren Indikatoren um 10-15 % von den berechneten Werten abweichen.

Jeder Funkamateur ist dem NE555-Chip mehr als einmal begegnet. Dieser kleine achtbeinige Timer erfreut sich aufgrund seiner Funktionalität, Praktikabilität und Benutzerfreundlichkeit enormer Beliebtheit. Auf dem 555-Timer können Sie Schaltkreise unterschiedlicher Komplexität aufbauen: vom einfachen Schmitt-Trigger mit nur wenigen Elementen bis zum mehrstufigen Zahlenschloss mit vielen Zusatzkomponenten.

In diesem Artikel werfen wir einen genaueren Blick auf den NE555-Chip, der trotz seines fortgeschrittenen Alters immer noch gefragt ist. Es ist erwähnenswert, dass diese Nachfrage hauptsächlich auf den Einsatz von ICs in Schaltkreisen mit LEDs zurückzuführen ist.

Beschreibung und Umfang

NE555 ist die Entwicklung des amerikanischen Unternehmens Signetics, dessen Spezialisten auch während der Wirtschaftskrise nicht aufgaben und die Werke von Hans Camenzind zum Leben erwecken konnten. Ihm gelang es 1970, die Bedeutung seiner Erfindung zu beweisen, die damals keine Entsprechung hatte. Der NE555 IC verfügte über eine hohe Einbaudichte bei geringen Kosten, was ihm einen Sonderstatus einbrachte.

Anschließend begannen konkurrierende Hersteller aus der ganzen Welt, es zu kopieren. So entstand der heimische KR1006VI1, der in dieser Familie weiterhin einzigartig ist. Tatsache ist, dass bei KR1006VI1 der Stopp-Eingang (6) Vorrang vor dem Start-Eingang (2) hat. Importierte Analoga anderer Unternehmen verfügen nicht über diese Funktion. Diese Tatsache sollte bei der Entwicklung von Schaltungen mit aktiver Nutzung von zwei Eingängen berücksichtigt werden.

In den meisten Fällen haben Prioritäten jedoch keinen Einfluss auf den Betrieb des Geräts. Um den Stromverbrauch zu senken, wurde bereits in den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts mit der Produktion eines Timers der CMOS-Serie begonnen. In Russland wurde die Feldeffekttransistor-Mikroschaltung KR1441VI1 genannt.

Der 555-Timer hat seine größte Anwendung beim Bau von Generatorschaltungen und Zeitrelais mit der Möglichkeit von Verzögerungen von Mikrosekunden bis zu mehreren Stunden gefunden. In komplexeren Geräten übernimmt es die Funktionen der Eliminierung von Kontaktprellen, PWM, Wiederherstellung digitaler Signale usw.

Merkmale und Nachteile

Eine Besonderheit des Timers ist ein interner Spannungsteiler, der für zwei Komparatoren eine feste obere und untere Schwelle festlegt. Da der Spannungsteiler nicht eliminiert werden kann und die Schwellenspannung nicht gesteuert werden kann, wird der Anwendungsbereich von NE555 eingeengt.

Auf CMOS-Transistoren aufgebaute Timer weisen diese Nachteile nicht auf und erfordern keine Installation externer Kondensatoren.

Hauptparameter des ICs der Serie 555

Die NE555-Interna umfassen fünf Funktionseinheiten, die im Logikdiagramm zu sehen sind. Am Eingang befindet sich ein ohmscher Spannungsteiler, der zwei Referenzspannungen für Präzisionskomparatoren erzeugt. Die Ausgangskontakte der Komparatoren gehen zum nächsten Block – einem RS-Flip-Flop mit externem Reset-Pin – und dann zu einem Leistungsverstärker. Der letzte Knoten ist ein Open-Collector-Transistor, der je nach Aufgabenstellung mehrere Funktionen übernehmen kann.

Die empfohlene Versorgungsspannung für die IC-Typen NA, NE, SA liegt im Bereich von 4,5 bis 16 Volt und für SE kann sie 18 V erreichen. In diesem Fall beträgt der Stromverbrauch bei minimalem Upit 2–5 mA, bei maximalem Upit – 10–15 mA. Einige ICs der CMOS-Serie 555 verbrauchen weniger als 1 mA. Der höchste Ausgangsstrom einer importierten Mikroschaltung kann einen Wert von 200 mA erreichen. Für KR1006VI1 beträgt er nicht mehr als 100 mA.

Die Verarbeitungsqualität und der Hersteller haben großen Einfluss auf die Betriebsbedingungen des Timers. Beispielsweise liegt der Betriebstemperaturbereich des NE555 zwischen 0 und 70 °C und des SE555 zwischen -55 und +125 °C, was bei der Entwicklung von Geräten für den Betrieb in offenen Umgebungen wichtig zu wissen ist. Im Datenblatt zum IC der Serie XX555 können Sie sich näher mit den elektrischen Parametern vertraut machen und die typischen Werte von Spannung und Strom an den Eingängen CONT, RESET, THRES und TRIG erfahren.

Lage und Belegung der Pins

Der NE555 und seine Analoga sind überwiegend in achtpoligen PDIP8-, TSSOP- oder SOIC-Gehäusen erhältlich. Die Pinbelegung ist, unabhängig vom Gehäuse, Standard. Die symbolische grafische Bezeichnung des Timers ist ein Rechteck mit der Aufschrift G1 (für einen Einzelimpulsgenerator) und GN (für Multivibratoren).

1. Allgemein (GND). Die erste Schlussfolgerung betrifft den Schlüssel. Wird an die negative Stromversorgung des Geräts angeschlossen.
2. Auslöser (TRIG). Das Anlegen eines Impulses mit niedrigem Pegel an den Eingang des zweiten Komparators führt zum Auslösen und Erscheinen eines Signals mit hohem Pegel am Ausgang, dessen Dauer vom Nennwert der externen Elemente R und C abhängt. Mögliche Variationen des Eingangssignal werden im Abschnitt „Montistrator“ geschrieben.
3. Ausgang (OUT). Der hohe Pegel des Ausgangssignals beträgt (Upit-1,5 V) und der niedrige Pegel beträgt etwa 0,25 V. Das Umschalten dauert etwa 0,1 µs.
4. Zurücksetzen (RESET). Dieser Eingang hat die höchste Priorität und kann den Betrieb des Timers unabhängig von der Spannung an den anderen Pins steuern. Um den Startvorgang zu ermöglichen, ist es erforderlich, dass an ihm eine Spannung von mehr als 0,7 Volt anliegt. Aus diesem Grund ist es über einen Widerstand mit der Stromversorgung der Schaltung verbunden. Das Auftreten eines Impulses von weniger als 0,7 Volt verhindert den Betrieb von NE555.
5. Steuerung (STRG). Wie aus dem inneren Aufbau des ICs hervorgeht, ist dieser direkt mit dem Spannungsteiler verbunden und erzeugt bei fehlender äußerer Einwirkung 2/3 UVersorgung. Durch Anlegen eines Steuersignals an CTRL kann am Ausgang ein moduliertes Signal erhalten werden. In einfachen Schaltungen wird es mit einem externen Kondensator verbunden.
6. Stopp (THR). Es ist der Eingang des ersten Komparators, bei dem das Auftreten einer Spannung von mehr als 2/3 Upit den Betrieb des Triggers stoppt und den Timer-Ausgang auf einen niedrigen Pegel schaltet. In diesem Fall sollte an Pin 2 kein Triggersignal anliegen, da TRIG Vorrang vor THR hat (außer bei KR1006VI1).
7. Entladung (DIS). Direkt an den internen Transistor angeschlossen, der nach einer gemeinsamen Kollektorschaltung angeschlossen ist. Typischerweise ist an die Kollektor-Emitter-Verbindung ein Zeitkondensator angeschlossen, der sich entlädt, während sich der Transistor im offenen Zustand befindet. Wird seltener verwendet, um die Belastbarkeit des Timers zu erhöhen.
8. Leistung (VCC). Wird an den Pluspol einer 4,5–16-V-Stromquelle angeschlossen.

NE555-Betriebsmodi

Der Timer der 555-Serie arbeitet in einem von drei Modi. Schauen wir uns diese am Beispiel des NE555-Chips genauer an.

One-Shot

Der Schaltplan des Einzelvibrators ist in der Abbildung dargestellt. Um einzelne Impulse zu bilden, benötigen Sie zusätzlich zur NE555-Mikroschaltung einen Widerstand und einen Polarkondensator. Das Schema funktioniert wie folgt. An den Timer-Eingang (2) wird ein einzelner Impuls mit niedrigem Pegel angelegt, der dazu führt, dass die Mikroschaltung umschaltet und am Ausgang (3) ein hoher Signalpegel erscheint. Die Dauer des Signals wird in Sekunden nach folgender Formel berechnet:

Nach einer vorgegebenen Zeit (t) wird am Ausgang ein Low-Pegel-Signal erzeugt (Ausgangszustand). Standardmäßig ist Pin 4 mit Pin 8 kombiniert, hat also ein hohes Potenzial.

Bei der Entwicklung von Schemata müssen Sie zwei Nuancen berücksichtigen:

1. Die Versorgungsspannung hat keinen Einfluss auf die Dauer der Impulse. Je höher die Versorgungsspannung, desto höher ist die Laderate des Zeitkondensators und desto größer ist die Amplitude des Ausgangssignals.
2. Ein zusätzlicher Impuls, der nach dem Hauptimpuls an den Eingang angelegt werden kann, hat keinen Einfluss auf den Betrieb des Timers, bis die Zeit t abgelaufen ist.

Der Betrieb des Einzelimpulsgenerators kann von außen auf zwei Arten beeinflusst werden:

• Legen Sie ein Low-Level-Signal an Reset an, wodurch der Timer in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzt wird.
• Solange Eingang 2 ein Low-Pegel-Signal empfängt, bleibt der Ausgang High.

Durch die Verwendung einzelner Signale am Eingang und Parameter der Zeitkette ist es somit möglich, am Ausgang Rechteckimpulse mit klar definierter Dauer zu erhalten.

Multivibrator

Ein Multivibrator ist ein Generator periodischer Rechteckimpulse mit vorgegebener Amplitude, Dauer oder Frequenz, je nach Aufgabenstellung. Der Unterschied zu einem Einzelvibrator besteht darin, dass die normale Funktion des Geräts nicht von außen gestört wird. Das schematische Diagramm eines Multivibrators basierend auf NE555 ist in der Abbildung dargestellt.

Die Widerstände R1, R2 und der Kondensator C1 sind an der Bildung sich wiederholender Impulse beteiligt. Pulszeit (t 1), Pausenzeit (t 2), Periode (T) und Frequenz (f) werden mit den folgenden Formeln berechnet: Anhand dieser Formeln ist leicht zu erkennen, dass die Pausenzeit die Impulszeit nicht überschreiten darf, d. h. es wird nicht möglich sein, einen Arbeitszyklus (S=T/t 1) von mehr als 2 Einheiten zu erreichen. Um das Problem zu lösen, wird der Schaltung eine Diode hinzugefügt, deren Kathode mit Pin 6 und deren Anode mit Pin 7 verbunden ist.

Im Datenblatt für Mikroschaltungen arbeiten sie häufig mit dem Kehrwert des Arbeitszyklus – Duty Cycle (D=1/S), der in Prozent angezeigt wird.

Das Schema funktioniert wie folgt. Im Moment der Stromversorgung wird der Kondensator C 1 entladen, wodurch der Timer-Ausgang in einen High-Pegel-Zustand wechselt. Dann beginnt C 1 aufzuladen und erreicht dabei die Kapazität bis zum oberen Schwellenwert von 2/3 U PIT. Bei Erreichen der Schwelle schaltet der IC um und am Ausgang erscheint ein niedriger Signalpegel. Der Kondensatorentladevorgang beginnt (t 1), der bis zum unteren Schwellenwert von 1/3 U PIT andauert. Bei Erreichen erfolgt die Rückumschaltung und der Ausgang des Timers wird auf einen hohen Signalpegel gesetzt. Dadurch geht die Schaltung in den Selbstoszillationsmodus über.

Präzisions-Schmitt-Abzug mit RS-Abzug

Der NE555-Timer verfügt über einen Komparator mit zwei Schwellen und ein integriertes RS-Flip-Flop, wodurch Sie einen Präzisions-Schmitt-Trigger mit einem RS-Flip-Flop in Hardware implementieren können. Die Eingangsspannung wird vom Komparator in drei Teile geteilt, bei Erreichen jedes dieser Teile erfolgt die nächste Umschaltung. In diesem Fall beträgt der Wert der Hysterese (Umkehrung) 1/3 U PIT. Die Fähigkeit, NE555 als Präzisionsauslöser zu verwenden, ist beim Bau automatischer Steuerungssysteme gefragt.

Die 3 beliebtesten Schaltungen basierend auf NE555

One-Shot

Eine praktische Version der One-Shot-TTL-NE555-Schaltung ist in der Abbildung dargestellt. Die Schaltung wird mit einer unipolaren Spannung von 5 bis 15 V betrieben. Die Zeitglieder sind hier: Widerstand R 1 – 200 kOhm – 0,125 W und Elektrolytkondensator C 1 – 4,7 μF – 16 V. R 2 behält ein hohes Potenzial am Eingang bei, bis ein externes Gerät es auf einen niedrigen Pegel zurücksetzt (z. B. ein Transistorschalter). Der Kondensator C 2 schützt den Stromkreis während der Schaltmomente vor Durchgangsströmen.

Die einmalige Aktivierung erfolgt im Moment eines Kurzschlusses des Eingangskontakts nach Masse. In diesem Fall ein hohes Niveau mit einer Dauer von:

t=1,1*R 1 *C 1 =1,1*200000*0,0000047=1,03 s.

Somit erzeugt diese Schaltung eine Verzögerung des Ausgangssignals relativ zum Eingangssignal um 1 Sekunde.

Blinkende LED am Multivibrator

Basierend auf der oben besprochenen Multivibratorschaltung können Sie einen einfachen LED-Blinker zusammenbauen. Dazu wird eine LED in Reihe mit einem Widerstand an den Ausgang des Timers angeschlossen. Der Widerstandswert wird mit der Formel ermittelt:

R=(U OUT -U LED)/I LED ,

U OUT – Amplitudenspannungswert an Pin 3 des Timers.

Die Anzahl der angeschlossenen LEDs hängt vom Typ des verwendeten NE555-Chips und seiner Belastbarkeit (CMOS oder TTL) ab. Wenn eine LED mit einer Leistung von mehr als 0,5 W zum Blinken gebracht werden muss, wird die Schaltung durch einen Transistor ergänzt, dessen Last die LED ist.

Zeitrelais

Die Schaltung eines einstellbaren Timers (elektronisches Zeitrelais) ist in der Abbildung dargestellt.
Mit seiner Hilfe können Sie die Dauer des Ausgangssignals manuell von 1 bis 25 Sekunden einstellen. Installieren Sie dazu einen variablen Widerstand mit einem Nennwert von 250 kOhm in Reihe mit einem konstanten Widerstand von 10 kOhm. Die Kapazität des Zeitkondensators wird auf 100 μF erhöht.

Das Schema funktioniert wie folgt. Im Ausgangszustand ist Pin 2 High (von der Stromversorgung) und Pin 3 Low. Die Transistoren VT1, VT2 sind geschlossen. In dem Moment, in dem ein positiver Impuls an die VT1-Basis angelegt wird, fließt Strom durch den Stromkreis (Vcc-R2-Kollektor-Emitter-gemeinsamer Draht). VT1 öffnet sich und versetzt den NE555 in den Timing-Modus. Gleichzeitig erscheint am Ausgang des IC ein positiver Impuls, der VT2 öffnet. Infolgedessen bewirkt der Emitterstrom VT2, dass das Relais betätigt wird. Der Benutzer kann die Aufgabe jederzeit unterbrechen, indem er RESET kurzzeitig mit Masse kurzschließt.

Die im Diagramm gezeigten SS8050-Transistoren können durch KT3102 ersetzt werden.

Es ist unmöglich, alle gängigen NE555-basierten Schaltkreise in einem Artikel zu besprechen. Zu diesem Zweck gibt es ganze Sammlungen, die praktische Entwicklungen über die gesamte Existenz des Timers enthalten. Wir hoffen, dass die bereitgestellten Informationen als Leitfaden für den Aufbau von Schaltkreisen dienen, einschließlich derer, deren Last LEDs sind.

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Beschreibung

Chip 74123 enthält zwei monostabile Monovibratoren mit inversen Eingängen, direkten und inversen Ausgängen, Reset-Signaleingängen und der Möglichkeit zum Neustart.

Schaltungsbetrieb

Die Dauer des Ausgangsimpulses der Mikroschaltung 74123 t hängt von der Zeitkonstante R.C ab: t = 0,32 C (R + 700 Ohm). In diesem Fall kann der Widerstand R 5 bis 25 kOhm und die Kapazität C 10 pF und mehr betragen. Handelt es sich bei dem externen RC-Beschaltungskondensator um einen Elektrolytkondensator oder wird zur Ausführung des Reset-Befehls eine Kapazität C > 1 nF verwendet, sollte eine Diode mit Strichmarkierung verwendet werden. Dann kann die Dauer des Ausgangsimpulses durch die Formel t = 0,28 C (R + 700 Ohm) bestimmt werden.

Der monostabile 74123 wird durch die negative Flanke des Signals am Eingang A eingeschaltet. In diesem Fall muss eine Spannung mit hohem Pegel an Eingang B angelegt werden.

Eingang B des 74123-Chips wird durch einen Abfall des Eingangssignals von einem niedrigen Spannungspegel auf einen hohen Spannungspegel (positive Flanke) eingeschaltet, während an Eingang A eine niedrige Spannung angelegt werden muss.

Nach dem Einschalten kann der 74123 jederzeit neu gestartet werden.

Im Normalbetrieb wird der Clear-Eingang auf High gesetzt. Wenn an diesen Eingang eine Spannung mit niedrigem Pegel angelegt wird, wird der Stromkreis blockiert und der Q-Ausgang wird auf einen niedrigen Spannungspegel und der Q-Ausgang auf einen hohen Spannungspegel gesetzt.

Zusätzlich kann der 74123 durch eine steigende Flanke am Clear-Eingang ausgelöst werden.

Anwendung

Impulsverzögerungsblock und Zeitsensor (Timer), Impulsformer.

Die folgenden Mikroschaltungen werden hergestellt: 74123, 74L123, 74LS123.

Zustand von Chip 74123

Eingaben			Ausgänge
Klar	A	B	Q	Q
0	X	X	0	1
X	1	X	0	1
X	X	0	0	1
1	0

Zeitschaltuhr NE555 ist vielleicht der beliebteste integrierte Schaltkreis seiner Zeit. Obwohl es vor mehr als 40 Jahren (im Jahr 1972) entwickelt wurde, wird es immer noch von vielen Herstellern hergestellt. In diesem Artikel werden wir versuchen, die Probleme bei der Beschreibung und Verwendung des NE555-Timers im Detail zu behandeln.

Clevere Komparatorverbindungen, ein Reset-Trigger und ein invertierender Verstärker in einem monolithischen integrierten Schaltkreis führten zusammen mit mehreren anderen Elementen zu den nahezu unsterblichen Geräteschaltkreisen, die heute von vielen Funkamateuren verwendet werden.

555 Timer wurde 1972 von der amerikanischen Firma Signetics entwickelt und auf dem Weltmarkt zugelassen. Zwei Jahre später entwickelte dasselbe Unternehmen einen Chip mit der Bezeichnung 556, der zwei separate NE555-Timer mit nur gemeinsamen Stromanschlüssen kombinierte. Noch später wurden die Chips 557, 558 und 559 mit bis zu vier NE555-Timern in einem Gehäuse entwickelt. Doch später wurden sie eingestellt und waren fast vergessen.

Der integrierte Schaltkreis NE555 wurde als Timer konzipiert und enthält eine Kombination aus analogen und digitalen Elementen in einem einzigen Chip. Erhältlich in verschiedenen Ausführungen, vom klassischen Standard-DIP-Gehäuse und SOIC für die SMD-Montage bis hin zur Miniatur-SSOP- oder SOT23-5-Version. (Preise für Zeitschaltuhr NE555)

Der NE555-Timer wird neben der Standardversion auch in einer stromsparenden CMOS-Version hergestellt. Die Stromversorgung des NE555 reicht von 4,5 bis 15 Volt (maximal 18 Volt), während die CMOS-Variante 3 Volt nutzt. Die maximale Ausgangslast für den NE555 beträgt 200 mA, die Low-Power-Timer-Version hat nur 20 mA bei 9 Volt.

Die Stabilität der Standardversion 555 hängt stark von der Qualität der Stromversorgung ab. Bei einfachen Schaltkreisen mit Zeitschaltuhr hat dies keinen so großen Einfluss, bei komplexeren Konstruktionen empfiehlt es sich jedoch, entlang des Stromversorgungskreises einen Pufferkondensator mit einer Kapazität von 100 uF zu installieren.

Hauptmerkmale des integrierten Timers NE555

• Maximale Frequenz mehr als 500 kHz.
• Die Länge eines Impulses beträgt 1 ms bis eine Stunde.
• Kann im monostabilen Multivibratormodus betrieben werden.
• Hoher Ausgangsstrom (bis zu 200 mA)
• Einstellbares Puls-Tastverhältnis (das Verhältnis der Pulsperiode zu ihrer Dauer).
• Kompatibel mit TTL-Pegeln.
• Temperaturstabilität 0,005 % pro 1 Grad Celsius.

Der NE555-Chip enthält etwas mehr als 20 Transistoren und 10 Widerstände. Die folgende Abbildung zeigt das Blockschaltbild eines Timers von Philips Semiconductors.

In der folgenden Tabelle sind die Haupteigenschaften von NE555 aufgeführt

Pinbelegung des NE555-Timers

Nr. 2 – Starten (Auslöser)

Der Trigger schaltet, wenn die Spannung an diesem Pin unter 1/3 der Versorgungsspannung fällt. Dieser Pin hat eine hohe Eingangsimpedanz von mehr als 2 mOhm. Im astabilen Modus dient es zur Steuerung der Spannung am Zeitkondensator; im bistabilen Modus ist ein Schaltelement, beispielsweise ein Taster, daran angeschlossen.

#4 – Zurücksetzen

Wenn die Spannung an diesem Pin unter 0,7 Volt liegt, wird der interne Komparator zurückgesetzt. Bei Nichtgebrauch muss dieser Pin des NE555-Timers mit Versorgungsspannung versorgt werden. Der Ausgangswiderstand beträgt ca. 10 kOhm.

#5 – Kontrolle

Kann verwendet werden, um die Dauer der Ausgangsimpulse durch Anlegen einer Spannung von 2/3 der Versorgungsspannung anzupassen. Wenn dieser Pin nicht verwendet wird, empfiehlt es sich, ihn über einen 0,01 µF-Kondensator mit dem Minuspol der Stromversorgung zu verbinden.

Nr. 6 - Stopp (Komparator)

Stoppt den Timer, wenn die Spannung an diesem Pin mehr als 2/3 der Versorgungsspannung beträgt. Der Pin hat einen hohen Eingangswiderstand von mehr als 10 mOhm. Es wird typischerweise verwendet, um die Spannung an einem Zeitkondensator zu messen.

Nr. 7 – Entlassung

Der Ausgang des internen Transistors ist mit Masse verbunden, wenn sich das interne Flip-Flop im aktiven Zustand befindet. Der Ausgang (offener Kollektor) dient hauptsächlich der Entladung des Zeitkondensators.

Nr. 3 – Ausstieg

Der NE555-Chip verfügt nur über einen Ausgang mit einem Strom von bis zu 200 mA. Das ist deutlich mehr als bei herkömmlichen integrierten Schaltkreisen. Der Pin ist in der Lage, beispielsweise LEDs (mit einem strombegrenzenden Widerstand), kleine Glühbirnen, einen piezoelektrischen Wandler, einen Lautsprecher (mit einem Kondensator), ein elektromagnetisches Relais (mit einer Schutzdiode) oder sogar schwache Glühlampen anzusteuern. Gleichstrommotoren. Wird ein höherer Ausgangsstrom benötigt, kann ein geeigneter Transistor als Verstärker angeschlossen werden.

Timer NE555 - Anschlussplan

Die Fähigkeit von Pin 3 des NE555-Timers, sowohl einen hohen als auch einen niedrigen Spannungspegel (fast 0 Volt) zu erzeugen, ermöglicht Ihnen die Steuerung der Last, die sowohl an den Minus- als auch den Pluspol der Stromversorgung angeschlossen ist. Als Beispiel der Anschluss von LEDs. Dies ist natürlich keine zwingende Voraussetzung und die Last (LED) kann entweder an Minus oder Plus der Versorgung angeschlossen werden.

Wenn der NE555-Timer in einem instabilen Zustand arbeitet (Oszillatormodus), kann an seinen Ausgang ein Lautsprecher angeschlossen werden. Er wird nach dem Koppelkondensator (z. B. 100 µF) angeschlossen und muss aufgrund des begrenzten maximalen Laststroms des Timer-Ausgangs einen Widerstand von mindestens 64 Ohm haben. Der Kondensator soll den Gleichstromanteil des Signals trennen und nur das Audiosignal leiten.

Ein Lautsprecher mit einem Spulenwiderstand von weniger als 64 Ohm kann entweder über einen Kondensator mit geringerer Kapazität (Reaktanz), der einen zusätzlichen Widerstand darstellt, oder über einen Verstärker angeschlossen werden. Der Verstärker kann auch zum Anschluss eines leistungsstärkeren Lautsprechers verwendet werden.

Wie bei allen integrierten Schaltkreisen muss der NE555-Timerausgang, der eine induktive Last (Relais) antreibt, vor hohen Spannungsspitzen geschützt werden, die beim Herunterfahren entstehen. Parallel zur Relaisspule ist immer eine Diode (z. B. 1N4148) in Sperrichtung geschaltet.

Allerdings erfordert der NE555 eine zweite Diode in Reihe mit der Relaisspule. Es begrenzt die niedrige Spannung am Ausgang 3 des Timers und verhindert, dass das Relais durch einen kleinen Strom erregt wird.

Eine solche Diode kann beispielsweise 1N4001 (Diode 1N4148 ist nicht geeignet) oder eine LED sein.

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Mikroschaltungen

Chip (IC – Integrierter Schaltkreis, IC – Integrierter Schaltkreis, Chip oder Mikrochip von englisch Chip, Microchip) ist ein ganzes Gerät, das Transistoren, Dioden, Widerstände und andere aktive und passive Elemente enthält, deren Gesamtzahl mehrere Zehner, Hunderte, Tausende, Zehntausende oder mehr erreichen kann. Es gibt viele Arten von Mikroschaltungen. Die am häufigsten verwendeten unter ihnen sind logisch, Operationsverstärker, spezialisiert.

Die meisten Chips sind in einem rechteckigen Kunststoffgehäuse mit flexiblen Plattenanschlüssen (siehe Abb. 1) an beiden Seiten des Gehäuses untergebracht. Oben auf dem Gehäuse befindet sich ein herkömmlicher Schlüssel – eine runde oder anders geformte Markierung, anhand derer die Stifte nummeriert werden. Wenn Sie die Mikroschaltung von oben betrachten, müssen Sie die Pins gegen den Uhrzeigersinn zählen, und wenn von unten, dann im Uhrzeigersinn. Mikroschaltungen können eine beliebige Anzahl von Pins haben.

In der heimischen Elektronik (aber auch im Ausland) erfreuen sich Mikroschaltungen besonderer Beliebtheit logisch, auf Basis von Bipolartransistoren und Widerständen aufgebaut. Sie werden auch genannt TTL-Chips (TTL – Transistor-Transistor-Logik). Der Name Transistor-Transistor leitet sich von der Tatsache ab, dass Transistoren sowohl zur Ausführung logischer Funktionen als auch zur Verstärkung des Ausgangssignals verwendet werden. Ihr gesamtes Funktionsprinzip basiert auf zwei bedingten Ebenen: niedrig oder hoch oder entsprechend dem Zustand einer logischen 0 oder einer logischen 1. Daher werden für Mikroschaltungen der K155-Serie Spannungen von 0 bis 0,4 als niedriges Niveau angenommen, das der logischen 0 entspricht . V, also nicht mehr als 0,4 V, und für eine hohe Spannung, die einer logischen 1 entspricht, nicht weniger als 2,4 V und nicht mehr als die Versorgungsspannung - 5 V, und für Mikroschaltungen der Serie K176, die für die Stromversorgung ausgelegt sind einer Quelle eine Spannung von 9 B bzw. 0,02. ..0,05 und 8,6. ..8,8 V.

Die Kennzeichnung ausländischer TTL-Mikroschaltungen beginnt mit den Zahlen 74, zum Beispiel 7400. Grafische Symbole der Hauptelemente von Logikchips sind in Abb. dargestellt. 2. Dort sind auch Wahrheitstabellen aufgeführt, die einen Eindruck von der Wirkungslogik dieser Elemente vermitteln.

Das Symbol für das UND-Gatter ist „&“(die Konjunktion „and“ auf Englisch), die innerhalb eines Rechtecks ​​steht (siehe Abb. 2). Auf der linken Seite befinden sich zwei (oder mehr) Eingangspins, auf der rechten Seite ein Ausgangspin. Die Funktionslogik dieses Elements ist wie folgt: Eine Spannung mit hohem Pegel am Ausgang erscheint nur dann, wenn an allen Eingängen Signale mit demselben Pegel anliegen. Die gleiche Schlussfolgerung lässt sich ziehen, wenn man sich die Wahrheitstabelle ansieht, die den elektrischen Zustand des UND-Elements und die logische Verbindung zwischen seinen Ausgangs- und Eingangssignalen charakterisiert. Damit beispielsweise der Ausgang (Out.) des Elements eine hohe Spannung hat, die einem einzelnen (1) Zustand des Elements entspricht, müssen beide Eingänge (In. 1 und In. 2) vorhanden sein Spannungen gleicher Höhe. In allen anderen Fällen befindet sich das Element im Nullzustand (0), d. h. an seinem Ausgang liegt eine Spannung mit niedrigem Pegel an.
Bedingtes Symbol eines logischen Elements ODER- Nummer 1 in einem Rechteck. Es kann, wie das AND-Element, zwei oder mehr Eingänge haben. Ein Ausgangssignal, das einem High-Pegel (logisch 1) entspricht, erscheint, wenn ein Signal mit demselben Pegel an Eingang 1 oder Eingang 2 oder gleichzeitig an allen Eingängen anliegt. Vergleichen Sie diese logischen Beziehungen zwischen den Ausgangs- und Eingangssignalen dieses Elements anhand seiner Wahrheitstabelle.
Elementsymbol NICHT- auch eine Zahl 1 innerhalb eines Rechtecks. Aber es hat einen Eingang und einen Ausgang. Der kleine Kreis, der die Kommunikationslinie des Ausgangssignals beginnt, symbolisiert die logische Negation von „NOT“ am Ausgang des Elements. In der Sprache der Digitaltechnik bedeutet „NICHT“, dass das Element KEIN Wechselrichter ist, also ein elektronischer „Baustein“, dessen Ausgangssignal im Pegel entgegengesetzt zum Eingangssignal ist. Mit anderen Worten: Solange an seinem Eingang ein Low-Pegel-Signal anliegt, liegt am Ausgang ein High-Pegel-Signal an und umgekehrt. Dies wird auch durch die logischen Ebenen in der Wahrheitstabelle der Wirkungsweise dieses Elements belegt.
Logikelement UND-NICHT ist eine Kombination von Elementen UND Und NICHT Daher befindet sich auf seiner herkömmlichen grafischen Bezeichnung ein Zeichen „ & ” und ein kleiner Kreis auf der Ausgangssignalleitung, der die logische Negation symbolisiert. Es gibt einen Ausgang, aber zwei oder mehr Eingänge. Die Funktionslogik des Elements ist wie folgt: Ein Signal mit hohem Pegel am Ausgang erscheint nur, wenn an allen Eingängen Signale mit niedrigem Pegel vorhanden sind. Wenn mindestens einer der Eingänge ein Low-Pegel-Signal hat, hat der Ausgang des AND-NOT-Elements ein High-Pegel-Signal, d. h. er befindet sich im Single-Zustand, und wenn ein High-Pegel-Signal vorliegt Bei allen Eingängen befindet es sich im Nullzustand. Das AND-NOT-Element kann die Funktion eines NOT-Elements übernehmen, also zum Inverter werden. Dazu müssen Sie lediglich alle Eingänge miteinander verbinden. Wenn dann ein Signal mit niedrigem Pegel an einen solchen kombinierten Eingang angelegt wird, ist der Ausgang des Elements ein Signal mit hohem Pegel und umgekehrt. Diese Eigenschaft des NAND-Elements wird in der Digitaltechnik sehr häufig genutzt.

Die Bezeichnung logischer Elementsymbole (Zeichen „&“ oder „1“) wird nur in Haushaltsschaltungen verwendet.

TTL-Mikroschaltungen ermöglichen den Bau einer Vielzahl digitaler Geräte mit Frequenzen bis zu 80 MHz, ihr wesentlicher Nachteil ist jedoch ihr hoher Stromverbrauch.
In einigen Fällen, wenn keine hohe Leistung erforderlich ist, aber Da ein minimaler Stromverbrauch erforderlich ist, werden CMOS-Chips verwendet, die Feldeffekttransistoren anstelle von Bipolartransistoren verwenden. Reduktion CMOS (CMOS-komplementärer Metalloxid-Halbleiter) steht für Complementary Metal Oxide Semiconductor. Das Hauptmerkmal von CMOS-Mikroschaltungen ist ihr vernachlässigbarer Stromverbrauch im statischen Modus – 0,1...100 µA. Beim Betrieb mit maximaler Betriebsfrequenz steigt der Stromverbrauch und nähert sich dem Stromverbrauch der leistungsschwächsten TTL-Chips. Zu den CMOS-Mikroschaltungen gehören so bekannte Serien wie K176, K561, KR1561 und 564.

Im Unterricht analoge Mikroschaltungen Mikroschaltungen mit zuordnen lineare Eigenschaften - lineare Mikroschaltungen, zu denen gehören Operationsverstärker – Operationsverstärker. Name " Operationsverstärker” ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass solche Verstärker in erster Linie dazu verwendet werden, Signale zu summieren, zu differenzieren, zu integrieren, zu invertieren usw. Analoge Mikroschaltungen werden in der Regel funktionsunfertig hergestellt, was der Amateurfunk-Kreativität große Spielräume eröffnet.

Operationsverstärker haben zwei Eingänge – invertierend und nichtinvertierend. Im Diagramm sind sie durch Minus bzw. Plus gekennzeichnet (siehe Abb. 3). Durch Anlegen eines Signals an den Plus-Eingang erzeugt der Ausgang ein unverändertes, aber verstärktes Signal. Durch Anlegen an den Minus-Eingang erhält man am Ausgang ein invertiertes, aber auch verstärktes Signal.

Bei der Herstellung radioelektronischer Produkte Der Einsatz multifunktionaler Spezialchips, die eine minimale Anzahl externer Komponenten erfordern, kann die Entwicklungszeit des endgültigen Geräts und die Produktionskosten erheblich reduzieren. Zu dieser Kategorie von Chips gehören Chips, die für eine bestimmte Aufgabe konzipiert sind. Es gibt beispielsweise Mikroschaltungen für Leistungsverstärker, Stereoempfänger und verschiedene Decoder. Sie können alle völlig unterschiedlich aussehen. Wenn einer dieser Chips ein Metallteil mit einem Loch hat, bedeutet das, dass er angeschraubt werden muss
Kühler

Der Umgang mit speziellen Mikroschaltungen ist viel angenehmer als mit einer Masse von Transistoren und Widerständen. Wurden früher für den Zusammenbau eines Funkempfängers viele Teile benötigt, kommt man nun mit einer Mikroschaltung aus.