Схемы на ис типа 555. Как избавиться от недостатков? Преимущества и недостатки микросхемы

Предлагаемая книга успешно восполняет существующий пробел, так как вместе с подробными сведениями о самой ИС и схемах ее включения содержит описания многочисленных радиолюбительских устройств с детальными рекомендациями по их сборке и наладке. Но сначала автор в простой и доходчивой форме знакомит читателя с основами полупроводниковой микроэлектроники и дает ряд полезных советов по выполнению монтажных работ при сборке радиолюбительских устройств и по оснащению рабочего места радиолюбителя. Применительно к американской элементной базе автор описывает основные виды компонентов микроэлектронных схем и простейшие методы измерения их параметров. Отдельная глава посвящена главному «действующему лицу» книги - ИС таймера серии 555, ее основным параметрам, схемам включения и режимам работы. Для начинающих радиолюбителей будут весьма полезны советы и рекомендации автора (опытного радиолюбителя с большим стажем) по организации хранения электронных компонентов и радиодеталей.

МИКРОЭЛЕКТРОНИКА.
Микроэлектроника - это область электронной техники, охватывающая вопросы создания и эксплуатации электронных схем в микроминиатюрном исполнении. Этот же термин употребляется для описания изготовления микроминиатюрных электронных схем, содержащих диоды, транзисторы, интегральные микросхемы и другие компоненты. Данная книга стала возможна благодаря большим достижениям микроэлектроники, хотя она посвящена одной микросхеме, которая служит нам уже долгие годы.

Интегральная микросхема 555 называется таймером, но может быть применена во многих электронных устройствах. Она используется в электронной промышленности с самого момента своего появления. Хотя у нее уже довольно солидный возраст, она по-прежнему входит в некоторые наиболее сложные электронные устройства, которые выпускаются в настоящее время.

Оглавление
От редактора перевода
Введение
Глава 1. Микроэлектроника
Пленочные микросхемы
Гибридные микросхемы
Корпуса интегральных микросхем
Модифицированный корпус ТО-5
Проверка электронных компонентов
Омметры
Другое испытательное оборудование
Определение выводов немаркированных транзисторов
Проверка биполярных транзисторов
Проверка полевых транзисторов
Проверка диодов
Проверка тиристоров и симисторов
Проверка интегральных схем
Экспериментирование
Глава 2. Техника монтажа электронных схем
Инструмент
Техника пайки
Рабочее место радиолюбителя
Правила монтажа
Глава 3. Компоненты электронных схем и измерения
Напряжение
Электрический ток
Проводники
Сопротивление
Мощность
Емкость
Индуктивность
Полупроводники
Диоды
Транзисторы
Кремниевые управляемые выпрямители и симисторы
Интегральные схемы
Измерении в электронике
Предосторожности при работе с мультиметром
Измерение сопротивлений
Измерение напряжений
Измерении в децибелах
Измерения тока
Глава 4. Как работает интегральная микросхема 555
Работа в ждущем режиме
Работа в автоколебательном режиме
Детектор пропущенных импульсов
Делитель частоты
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)
Фазоимпульсная модуляция (ФИМ)
Генератор тестовых последовательностей
Режимы работы ИС
Глава 5. Приобретение и хранение компонентов
Справочники по взаимозаменяемости компонентов
Радиолюбительский «ящик с хламом»
Организация хранения электронных компонентов
Интегральная схема 555
Глава 6. Тридцать три радиолюбительские схемы иа ИС 555
Схема 1. Миниатюрный передатчик
Схема 2. Дверное устройство тревожной сигнализации
Схема 3. Еще одно устройство тревожной сигнализации
Схема 4. Звуковой генератор на частоту 3500 Гц
Схема 5. Метроном
Схема 6. Генератор тонального сигнала для частной радиолинии
Схема 7. Электронный таймер
Схема 8. Звуковой генератор для обучения азбуке Морзе
Схема 9. НЧ-модулитор для портативной дуплексной радиостанции
Схема 10. 9-В источник питания
Схема 11. Стабилизированный источник питания с регулируемым выходным напряжением
Схема 12. Электронный испытательный пробник
Схема 13. 100-кГц частотный калибратор
Схема 14. Устройство для прослушивания передаваемых телеграфных сигналов
Схема 15. Другое устройство прослушивания передаваемых телеграфных сигналов
Схема 16. Внешний усилитель низкой частоты
Схема 17. Генератор звуковых эффектов
Схема 18. 10-с таймер
Схема 19. Генератор тактовых импульсов с частотой следования 100 Гц
Схема 20. Генератор тактовых импульсов с частотой следования 1 Гц
Схема 21. Пробник электрических цепей
Схема 22. Простое устройство охранной сигнализации
Схема 23. Более сложное устройство охранной сигнализации
Схема 24. Таймер с двумя выходами
Схема 25. Сирена на ИС 556
Схема 26. Электронный орган
Схема 27. Мигалка
Схема 28. Устройство охранной сигнализации со световым датчиком
Схема 29. Специализируемая схема задержки
Схема 30. Переключаемая схема задержки
Схема 31. Простейший мультивибратор
Схема 32. Мультивибратор с переключением частоты
Схема 33. Транзисторный усилитель-ограничитель
Заключение
Глава 7. Поиск и устранение неисправностей
Логический подход
Шесть этапов процедуры поиска и устранения неисправностей
Отыскание неисправностей в устройствах на ИС
Приложении
Назначение выводов ИС 555 и ИС 556
Обозначении интегральных схем 555 и 556
Рекомендации по выбору аналогов
Предметный указатель.

Микросхемы 555 применяются довольно часто в радиолюбительской практике - они практичны, многофункциональны и очень просты в использовании. На таких микросхемах можно реализовать любую конструкцию - как простейшие триггеры Шмитта с парочкой дополнительных элементов, так и многоступенчатые кодовые замки.

NE555 была разработана уже довольно давно, даже в советских журналах «Радио», «Моделист-конструктор», на аналогах этой микросхемы можно было встретить немало самоделок. На сегодняшний день эта микросхема активно применяется в конструкциях со светодиодами.

Описание микросхемы

Это разработка компании из США Signetics. Именно ее специалисты смогли реализовать на практике работы Камензинда Ганса. Это, можно сказать, отец интегральной микросхемы - в тяжелых условиях высокой конкуренции инженерам удалось сделать продукт, который вышел на мировой рынок и завоевал широкую популярность.

В те годы у микросхемы 555 серии не было в мире аналогов - очень высокая плотность монтажа элементов в устройстве и крайне низкая себестоимость. Именно благодаря этим параметрам она заслужила высокую популярность среди конструкторов.

Отечественные аналоги

После началось массовое копирование этого радиоэлемента - советский аналог микросхемы носил название КР1006ВИ1. Между прочим, она во всех отношениях является уникальной разработкой, даже несмотря на то, что у нее много аналогов. Только у отечественных микросхем вход остановки приоритетнее, чем вход запуска. Ни в одной из зарубежных конструкций нет такой особенности. Но эту особенность обязательно нужно учитывать при проектировании схем, в которых оба входа активно используются.

Где применяется?

Но нужно заметить, что приоритеты входов не очень сильно влияют на работоспособность микросхемы. Это только мелкий нюанс, который нужно учитывать в редких случаях. Для снижения потребляемой мощности в середине 70-х был налажен выпуск КМОП-элементов. В СССР микросхемы на полевиках носили название КР1441ВИ1.

Генераторы на микросхеме 555 очень часто используются в конструкциях радиолюбителей. Несложно реализовать на этой микросхеме и реле времени, причем задержку можно установить от нескольких миллисекунд до часов. Существуют и более сложные элементы, в основе которых находится 555 схема - они содержат в себе устройства по предотвращению дребезжания контактов, ШИМ-контроллеры, восстановления сигнала цифрового типа.

Преимущества и недостатки микросхемы

Внутри таймера имеется встроенный делитель напряжения - именно он позволяет задать строго фиксированный нижний и верхний порог, при котором происходит срабатывание компараторов. Именно отсюда можно сделать вывод о главном недостатке - пороговыми значениями невозможно управлять, а из конструкции исключить делитель тоже нельзя, существенно сужается область практического применения микросхемы 555. Схемы мультивибраторов и одновибраторов построить можно, но более сложные конструкции не получится.

Как избавиться от недостатков?

Но избавиться от такой проблемы можно, достаточно установить полярный конденсатор не более 0,1 мкФ между управляющим выводом и минусом питания.

А чтобы существенно повысить помехоустойчивость, в цепи питания устанавливается неполярный конденсатор емкостью 1 мкФ. При практическом применении микросхем 555 важно учитывать, влияют ли на их работу пассивные элементы - резисторы и конденсаторы. Но нужно заметить одну особенность - при использовании таймеров на КМОП-элементах эти все недостатки просто уходят, нет необходимости применять дополнительные конденсаторы.

Основные параметры микросхем

Если вы решите изготовить таймер на микросхеме 555, то нужно знать ее основные особенности. Всего в приборе имеется пять узлов, их можно разглядеть на диаграмме. По входу находится делитель напряжение резистивного типа. С его помощью происходит формирование двух опорных напряжений, необходимых для работы компараторов. Выходы компараторов соединяются с RS-триггером и внешним контактом для сброса. И только после этого на усилительное устройство, где увеличивается значение сигнала.

Питание микросхем

В окончании находится транзистор, у которого коллектор открыт - он выполняет ряд функций, зависит все от того, какая конкретно задача перед ним стоит. Рекомендуется на интегральные микросхемы NE, SA, NA подавать напряжение питания в диапазоне 4,5-16 В. Только для в случае применения микросхем 555 с аббревиатурой SE допускается увеличение до 18 В.

Максимальный ток потребления при напряжении 4,5 В может достигать 10-15 мА, минимальное значение - 2-5 мА. Существуют микросхемы КМОП, у которых ток потребления не превышает 1 мА. У отечественных ИМС типа КР1006ВИ1 ток потребления не превышает 100 мА. Подробное описание микросхемы 555 и ее отечественных аналогов можно найти в даташитах.

Эксплуатация микросхемы

Условия эксплуатации зависят напрямую от того, какая фирма производит микросхему. В качестве примера можно привести два аналога - NE555 и SE555. У первой диапазон температур, в котором она нормально будет работать, находится в интервале 0-70 градусов. У второй же он намного шире - от -55 до +125 градусов. Поэтому такие параметры всегда нужно учитывать при проектировании устройств. Желательно ознакомиться со всеми типовыми значениями напряжений и токов на выводах Reset, TRIG, THRES, CONT. Для этого можно воспользоваться даташитом к конкретной модели - в ней вы найдете исчерпывающую информацию.

От этого зависит и практическое применение схемы. Радиолюбителями микросхема 555 используется довольно часто - в системах управления даже существуют задающие генераторы для радиопередатчиков на этом элементе. Преимущество его перед любым транзисторным или ламповым вариантом - невероятно высокая стабильность частоты. И нет надобности подбирать элементы с высокой стабильностью, устанавливать дополнительные устройства для выравнивания напряжения. Достаточно установить простую микросхему и усилить сигнал, который будет вырабатываться на выходе.

Назначение выводов ИМС

На микросхемах 555 серии присутствует всего восемь выводов, тип корпуса PDIP8, SOIC, TSSOP. Но во всех случаях назначение выводов одинаковое. УГО элемента - это прямоугольник, подписанный «G1» в случае генератора одиночных импульсов и «GN» для мультивибратора. Назначение выводов:

GND - общий, по порядку он первый (если считать от ключа-метки). На этот вывод подается минус от источника питания.
TRIG - вход запуска. Именно на этот вывод подается низкоуровневый импульс и он поступает на второй компаратор. В результате происходит запуск ИМС и появляется на выходе сигнал с высоким уровнем. Причем длительность сигнала зависит от значений С и R.
OUT - выход, на котором появляется сигнал высокого и низкого уровней. Переключение между ними занимает не более 0,1 мкс.
RESET - сброс. Этот вход обладает наивысшим приоритетом, он управляет таймером, причем не зависит это от того, есть ли напряжение на остальных ножках микросхемы. Чтобы разрешить запуск, нужно наличие напряжения свыше 0,7В. В том случае, если импульс меньше 0,7В, то работа микросхемы 555 запрещается.
CTRL - контрольный вход, который соединяется с делителем напряжения. И если нет никаких внешних факторов, которые могут повлиять на работу, выдается на этом выходе напряжение 2/3 от питающего. При подаче управляющего сигнала на этот вход на выходе образуется модулированный импульс. В случае с простыми схемами этот выход соединяется к конденсатору.
THR - остановка. Это вход 1-го компаратора, в случае появления на нем напряжения 2/3 от питающего происходит остановка работы триггера и таймер переводится в пониженный уровень. Но обязательное условие - на ножке TRIG не должно быть сигнала запуска (так как у него приоритет).
DIS - разряд. Он соединяется непосредственно с транзистором, расположенным внутри микросхемы 555. У него коллектор общий. В цепи эмиттер-коллектор устанавливается конденсатор, который необходим для того чтобы задать время.
VCC - подключение к плюсу источника питания.

Режим одновибратора

Всего существует три работы режима микросхемы NE555, один из них - одновибратор. Чтобы осуществить формирование импульсов, приходится применять конденсатор полярного типа и резистор.

Работа схемы происходит таким образом:

Ко входу таймера прикладывается напряжение - низкоуровневый импульс.
Происходит переключение режима работы микросхемы.
На выводе «3» появляется сигнал с высоким уровнем.

По прошествии этого времени на выходе произойдет формирование низкоуровневого сигнала. В режиме мультивибратора выводы «4» и «8» соединяются. При разработке схем на основе одновибратора нужно учитывать такие нюансы:

Напряжение питания не может влиять на время импульса. При увеличении напряжения скорость зарядки конденсатора, который задает время, больше. Следовательно, увеличивается амплитуда сигнала на выходе.
Если произвести подачу дополнительного импульса на вход (уже после основного), то он не повлияет на работоспособность таймера до окончания времени t.

Чтобы повлиять на функционирование генератора, можно воспользоваться одним из способов:

На вывод RESET подать низкоуровневый сигнал. При этом таймер вернется в состояние по умолчанию.
Если на вход «2» идет низкоуровневый сигнал, то на выходе всегда будет высокий импульс.

При помощи одиночных импульсов, подаваемых на вход, и изменения параметров времязадающих компонентов, можно на выходе получить прямоугольный сигнал нужной длительности.

Схема мультивибратора

Изготовить металлоискатель на микросхеме 555 сможет любой начинающий радиолюбитель, но для этого нужно изучить особенности работы этого прибора. Мультивибратор - это специальный генератор, который вырабатывает с определенной периодичностью прямоугольные импульсы. Причем строго задается амплитуда, длительность и частота - зависят значения от того, какая задача стоит перед устройством.

Для формирования повторяющихся сигналов применяются резисторы и конденсаторы. Длительность сигнала t1, паузы t2, частоту f, и период T можно найти по следующим формулам:

t1=ln2*(R1+R2)*C=0,693*(R1+R2)*C;
t2=0,693*C*(R1+2*R2);
T=0,693*C*(R1+2*R2);
f=1/(0,693*C*(R1+2*R2)).

Исходя из этих выражений, можно увидеть, что пауза по длительности не должна быть больше времени сигнала. Другими словами, скважность не будет никогда больше 2. От этого напрямую зависит практическое применение микросхемы 555. Схемы различных устройств и конструкций строятся по даташитам - инструкциям. В них даны все возможные рекомендации для сборки приборов. Скважность можно найти по формуле S=T/t1. Чтобы увеличить этот показатель, необходимо добавить в схему полупроводниковый диод. Его катод соединяется с шестой ножкой, а анод с седьмой.

Если посмотреть в даташит, то в нем указывается обратная величина скважности - ее можно посчитать по формуле D=1/S. Измеряется она в процентах. Работу схемы мультивибратора можно описать следующим образом:

При подаче питания конденсатор полностью разряжен.
Таймер переводится в высокоуровневое состояние.
Конденсатор накапливает заряд и на нем напряжение достигает максимума - 2/3 от питающего.
Происходит переключение микросхемы и на выходе появляется низкоуровневый сигнал.
Конденсатор разряжается в течение t1 до уровня 1/3 от питающего напряжения.
Микросхема 555 переключается снова и на выходе образуется опять высокоуровневый сигнал.

Такой режим работы называется автоколебательным. На выходе постоянно изменяется величина сигнала, микросхема-таймер 555 равные промежутки времени находится в различных режимах.

Прецизионный триггер Шмитта

В таймерах типа NE555 и аналогичных имеется встроенный компаратор с двумя порогами - нижним и верхним. Кроме того, в нем присутствует специальный RS-триггер. Именно это позволяет реализовать конструкцию прецизионного триггера Шмитта. Напряжение, поступающее на вход, делится при помощи компаратора на три равные части. И как только достигает уровень значения порога, происходит переключение режима работы микросхемы. Гистерезис при этом увеличивается, его величина достигает значения 1/3 от напряжения питания. Используется прецизионный триггер в конструкциях систем с автоматическим регулированием.

Как самому собрать и отладить звуковой генератор и электронный орган, метроном и электронный таймер, устройство тревожной сигнализации и схему задержки? В книге приведены 33 схемы разнообразных электронных устройств, в которых используется широко распространенная интегральная микросхема 555 (отечественный аналог — КР1006ВИП). Каждая схема снабжена подробными рекомендациями по сборке, наладке и эксплуатации.

Каково число различных схем, устройств и приборов, в которых нашла применение ? Точный ответ на этот вопрос дать невозможно, но можно смело утверждать, что на сегодняшний день оно составляет сотни тысяч. Число таких изделий растет с каждым днем, поскольку ИС 555 и 556 (два таймера 555 в одном корпусе) по-прежнему широко применяются в современной продукции, выпускаемой радиоэлектронной промышленностью.

Тот факт, что ИС 555 на протяжении ряда лет не подвергалась различного рода усовершенствованиям и не была вытеснена более совершенными микросхемами,— обстоятельство довольно необычное для нашего времени, характеризующегося быстрым прогрессом в области электроники.

ИС 555 применяется в самых разнообразных устройствах — от таймеров, используемых вместо старинных песочных часов при варке яиц, до сложнейших частотомеров и компьютеров. Реализованные в ИС 555 способы генерации импульсов и формирования временных задержек полностью удовлетворяют требованиям, предъявляемым к подобным устройствам, и заслужили одобрение изготовителей электронной аппаратуры.

По сравнению с современными микросхемами таймер 555 представляет собой довольно простую схему. Большинство компаний выпускают эту ИС в 8-выводном корпусе, а в нем, как в тайнике из пластмассы, металла и керамики, находятся более 25 транзисторов, столько же резисторов и большое число межсоединений.

Поскольку таймер 555 представляет собой сложную схему, выполненную на одном кристалле ИС, то для него имеется огромное число возможных применений. В любительских приемопередатчиках ИС 555 часто применяются в качестве низкочастотного звукового генератора сигнала, используемого для включения СВЧ-ретрансляторов.

В импульсных устройствах она используется для формирования временных задержек с точностью до долей микросекунды. В компьютерах ИС 555 находит применение в качестве генератора тактовых импульсов. Эту схему можно использовать даже для задания времени при варке яиц.

В настоящую книгу включены 33 схемы, выполненные на основе таймера типа 555. Они применимы в самых разнообразных областях и могут быть использованы для развлечения, экспериментирования, а также в качестве функциональных блоков сложной электронной аппаратуры. ИС 555 представляет собой идеальное пособие для ознакомления с принципами разработки устройств на интегральных схемах.

Несмотря на свою многофункциональность и эффективность, она, по всей видимости, является самой дешевой из всех имеющихся сегодня в продаже интегральных схем. Кроме того, ИС 555 весьма «терпима» к неправильным включениям, ошибочной установке в схему компонентов с неверными номиналами, а также к ошибкам монтажа, что может немедленно вывести из строя другие, более,чувствительные к подобному обращению ИС.

Информация о книге

Название: Радиолюбительские схемы на ИС типа 555

Год выпуска : 1988 год

Формат файла : DJVU