kategorier: Utvalgte artikler » Praktisk elektronikk
Antall visninger: 113767
Kommentarer til artikkelen: 5
Integrert tidtaker NE555 - historie, design og drift
Historien om opprettelsen av en veldig populær brikke og en beskrivelse av dens interne struktur
En av legendene innen elektronikk er integrert kretsbrikke NE555. Den ble utviklet tilbake i 1972. Slik levetid er langt fra alle brikker, og ikke engang enhver transistor kan være stolt av. Så hva er så spesielt med denne mikrokretsen, som har tre femmere i sin markering?
Signetics lanserer serieproduksjon av NE555 Chip nøyaktig ett år etter den ble utviklet av Hans R. Kamensind. Det mest fantastiske i denne historien var at Kamensind den gang var praktisk talt arbeidsledig: han sluttet i PR Mallory, men klarte ikke å komme noen vei. Det var faktisk et "lekser".
Brikken så dagens lys og fikk så stor berømmelse og popularitet takket være innsatsen fra Signetics-sjef Art Fury, som selvfølgelig var en venn av Kamensind. Han jobbet for General Electric, så han visste elektronikkmarkedet hva som trengtes der, og hvordan han kunne tiltrekke seg oppmerksomheten til en potensiell kjøper.
I følge minnene til Kamensinda A. var Fury en ekte ildsjel og elsker av hans håndverk. Hjemme hadde han et helt laboratorium fylt med radiokomponenter, hvor han gjennomførte forskjellige studier og eksperimenter. Dette gjorde det mulig å samle lang erfaring og utdype teoretisk kunnskap.
På den tiden ble Signetics-produkter kalt “5 **”, og den erfarne A. Fury, som hadde en overnaturlig sans for elektronikkmarkedet, bestemte at merking av 555 (tre femmere) ville være hjertelig velkommen for den nye brikken. Og han tok ikke feil: mikrokretsen gikk rett og slett som varme kaker, den ble kanskje den mest massive i hele historien om opprettelsen av mikrokretser. Det mest interessante er at mikrokretsen ikke har mistet sin relevans til i dag.
Noe senere dukket det opp to bokstaver i markeringen av mikrokretsen, det ble kjent som NE555. Men siden det i disse dager var et fullstendig rot i patenteringssystemet, hastet den integrerte tidtakeren for å løslate alle som ikke er late, naturlig nok, og satte tre (les dine) bokstaver foran tre femmere. Senere, basert på 555 tidtakeren, ble selvfølgelig dual (IN556N) og firedoblet (IN558N) tidtakere utviklet i flere flerpinnede tilfeller. Men grunnlaget var fremdeles den samme NE555.
Fig. 1. Integrert tidtaker NE555
555 i USSR
Den første beskrivelsen av 555 i den innenlandske radiotekniske litteraturen dukket opp allerede i 1975 i tidsskriftet Electronics. Forfatterne av artikkelen bemerket det faktum at denne brikken vil glede seg over ikke mindre popularitet enn de allment kjente driftsforsterkerne på den tiden. Og de tok slett ikke feil. Mikrokretsen gjorde det mulig å lage veldig enkle design, og nesten alle begynte å arbeide umiddelbart, uten smertefull justering. Men det er kjent at repeterbarheten til designen hjemme øker i forhold til kvadratet til dens "enkelhet".
I Sovjet på slutten av 80-tallet ble en komplett analog på 555 utviklet, kalt KR1006VI1. Den første industrielle bruken av den innenlandske analogen var i VCR12 Electronics videospiller.
Chip-produsenter NE555:
Intern enhetsbrikke NE555
Før vi tar tak i loddebolt og starter monteringen av strukturen på den integrerte tidtakeren, la oss først finne ut hva som er inni og hvordan det hele fungerer. Etter det vil det være mye lettere å forstå hvordan en spesifikk praktisk ordning fungerer.
Den integrerte tidtakeren inneholder over tjue transistorerhvis tilkobling er vist på figuren - https://electro-no.tomathouse.com/555ic.jpg
Som du kan se, er kretsdiagrammet ganske komplisert, og er gitt her bare for generell informasjon.Tross alt kan du ikke komme inn på det med loddejern uansett, du vil ikke kunne reparere det. Faktisk er det akkurat slik alle andre mikrokretser, både digitale og analoge, ser ut fra innsiden (se - Legendariske analoge sjetonger). Slik er teknologien for produksjon av integrerte kretsløp. Det vil heller ikke være mulig å forstå logikken til enheten som en helhet ved et slikt skjema, derfor er funksjonsskjemaet vist nedenfor og beskrivelsen blir gitt.
Tekniske data
Men før du tar tak i logikken til brikken, bør du sannsynligvis ta med dens elektriske parametere. Området for tilførselsspenninger er stort nok 4,5 ... 18V, og utgangsstrømmen kan nå 200 mA, noe som gjør det mulig å bruke jevnlige laveffektreléer som belastning. Selve brikken bruker veldig lite: bare 3 ... 6 mA er lagt til laststrømmen. Samtidig er nøyaktigheten til selve timeren praktisk talt uavhengig av forsyningsspenningen, - bare 1 prosent av den beregnede verdien. Drivet er bare 0,1% / volt. Temperaturdriften er også liten - bare 0, 005% / ° C. Som du ser er alt ganske stabilt.
Funksjonsskjema for NE555 (KR1006VI1)
Som nevnt ovenfor, i USSR laget de en analog av den borgerlige NE555 og kalte den KR1006VI1. Den analoge viste seg å være veldig vellykket, ikke verre enn originalen, slik at du kan bruke den uten frykt eller tvil. Figur 3 viser funksjonsskjemaet for den integrerte tidtakeren KR1006VI1. Det er helt i samsvar med NE555-brikken.
Figur 3. Funksjonsdiagram over den integrerte tidtakeren KR1006VI1
Selve brikken er ikke så stor - den er tilgjengelig i en åtte-pinners DIP8-pakke, så vel som i en liten størrelse SOIC8. Det siste antyder at 555 kan brukes til SMD-redigering, med andre ord, utviklere har fortsatt interesse for det.
Det er også få elementer inne i mikrokretsen. Den viktigste er den vanligste RS er en trigger DD1. Når en logisk enhet mates til inngang R, tilbakestilles triggeren til null, og når en logisk enhet mates til inngang S, settes den naturlig til en. For å generere styresignaler på RS - inngangene spesialkrets på komparatorer, som vil bli diskutert litt senere.
De fysiske nivåene til en logisk enhet avhenger selvfølgelig av den brukte forsyningsspenningen og varierer praktisk talt fra Upit / 2 til nesten full Upit. Omtrent samme forhold er observert for logiske mikrokretser i CMOS-strukturen. Logisk null er som vanlig innen 0 ... 0,4V. Men disse nivåene er inne i mikrokretsen, du kan bare gjette på dem, men du kan ikke føle dem med hendene, du kan ikke se med øynene.
Utgangstrinn
For å øke lastekapasiteten til brikken, er et kraftig utgangstrinn på transistorer VT1, VT2 koblet til utgangen fra utløseren.
Hvis RS - utløseren tilbakestilles, inneholder utgangen (pinne 3) en logisk nullspenning, dvs. åpen transistor VT2. I tilfelle når utløseren er installert på utgangen, er nivået på den logiske enheten også.
Utgangstrinnet lages av en push-pull-krets, som lar deg koble belastningen mellom utgangen og fellestråden (terminaler 3.1) eller kraftbussen (terminal 3.8).
En liten merknad på utgangsscenen. Når du reparerer og justerer enheter på digitale mikrokretser, er en av metodene for å sjekke kretsen å gi et lavt nivå signal til inngangene og utgangene til mikrokretsene. Som regel gjøres dette ved å kortslute til felles ledningen til disse inngangene og utgangene ved hjelp av en synål, samtidig som det ikke skader mikrokretsløpet.
I noen kretsløp er NE555 strømforsyning 5V, så det ser ut til at dette også er digital logikk, og du kan gjøre det ganske fritt også. Men i virkeligheten er dette ikke slik. Når det gjelder 555-brikken, eller rettere sagt, med sin push-pull-utgang, kan ikke slike "eksperimenter" gjøres: hvis utgangstransistoren VT1 er i dette øyeblikket åpen, vil det føre til en kortslutning og transistoren vil ganske enkelt brenne ut. Og hvis forsyningsspenningen er nær det maksimale, er en beklagelig slutt rett og slett uunngåelig.
Ekstra transistor (pinne 7)
I tillegg til de nevnte transistorer, er det også en transistor VT3. Samleren til denne transistoren er koblet til utgangen fra brikken 7 "Utladning". Hensikten er å tømme den tidsinnstillende kondensatoren når du bruker mikrokretsen som en pulsgenerator. Utladningen av kondensatoren skjer når utløseren DD1 tilbakestilles. Hvis vi husker beskrivelsen av avtrekkeren, så er det ved det inverse utganget (indikert av en sirkel i diagrammet) i dette øyeblikket en logisk enhet som fører til åpningen av transistoren VT3.
Om tilbakestillingssignalet (pinne 4)
Du kan når som helst tilbakestille en trigger - “reset” -signalet har høy prioritet. For å gjøre dette er det en spesiell inngang R (pinne 4), angitt på figuren som Usbr. Som det fremgår av figuren, vil en tilbakestilling oppstå hvis en lavnivåpuls på ikke mer enn 0,7V blir påført den fjerde utgangen. Samtidig vil en lavspenning vises ved utgangen fra mikrokretsen (pinne 3).
I tilfeller der denne inngangen ikke brukes, blir det brukt et logisk enhetsnivå for å bli kvitt impulsstøy. Den enkleste måten å gjøre dette på er ved å koble pinne 4 direkte til strømbussen. I ingen tilfeller skal du la det ligge, som de sier, i "luften". Da må du lure og tenke lenge, og hvorfor fungerer kretsløpet så ustabilt?
Generelle utløsernotater
For ikke å bli fullstendig forvirret om utløserens tilstand, må det huskes at i diskusjoner om avtrekkeren alltid tas hensyn til tilstanden for den direkte avkjørselen. Vel, hvis det sies at utløseren er “installert”, så på statusen til den logiske enheten på direkte utgang. Hvis de sier at utløseren er "tilbakestilt", vil den direkte utgangen ha en tilstand av logisk null.
På den inverse utgangen (merket med en liten sirkel) vil alt være nøyaktig motsatt, derfor kalles ofte triggerutgangen parafase. For ikke å forvirre alt igjen, vil vi ikke snakke om dette lenger.
Alle som har lest nøye opp til dette stedet, kan spørre: “Unnskyld, det er bare en trigger med en kraftig transistorkaskade ved utgangen. Og hvor er selve tidtakeren? ” Og han vil ha rett, for saken har ennå ikke nådd tidtakeren. For å få en tidtaker oppfant faren hans, skaperen av Hans R. Kamensind, en original måte å kontrollere denne triggeren. Trikset med denne metoden er dannelse av styresignaler.
Signalgenerering på RS - inngangene til avtrekkeren
Så hva fikk vi? DD1-utløseren styrer alt inne i timeren: hvis den er satt til en, er utgangsspenningen høy, og hvis den tilbakestilles, er utgang 3 lav, og i tillegg er VT3-transistoren åpen. Hensikten med denne transistoren er å tømme en tidkondensator i en krets, for eksempel en pulsgenerator.
DD1-utløseren styres ved bruk av komparatorene DA1 og DA2. For å kontrollere driften av avtrekkeren ved utgangene til komparatorene, er det nødvendig å oppnå høynivåsignaler R og S. En referansespenning tilføres en av inngangene til hver komparator, som genereres av en presisjonsdelere på motstandene R1 ... R3. Motstandenes motstand er den samme, så spenningen som påføres dem er delt i 3 like store deler.
Generering av utløserkontrollsignaler
Timer start
Direkte spenning på 1 / 3U blir påført direkte inngang til komparatoren DA2, og den eksterne spenningen for å starte tidtakeren Uzap gjennom pinne 2 blir påført den inverse inngangen til komparatoren. For å virke på inngangen S til avtrekkeren DD1 ved utgangen fra denne komparatoren, er det nødvendig å oppnå et høyt nivå. Dette er mulig hvis spenningen Ustap vil være i området 0 ... 1 / 3U.
Selv en kortvarig puls av en slik spenning vil utløse DD1-utløseren og utseendet til en høyspennings-timer. Hvis inngangen Ucap blir utsatt for spenninger over 1 / 3U og opp til forsyningsspenningen, vil ingen forandringer skje ved utgangen fra mikrokretsen.
Timer stopp
For å stoppe tidtakeren, trenger du bare å tilbakestille den interne avtrekkeren DD1, og for dette, ved utgangen fra komparatoren DA1, generere et høyt nivå signal R. Komparatoren DA1 er slått på litt annerledes enn DA2.Referansespenningen på 2 / 3U blir brukt på inverteringsinngangen, og styresignalet "Respons terskel" Ufor blir påført direkteinngangen.
Med denne inkluderingen vil et høyt nivå ved utgangen til komparatoren DA1 kun oppstå når spenningen oppover ved direkte inngang overstiger referansespenningen 2 / 3U på den inverterende. I dette tilfellet vil DD1-utløseren tilbakestilles, og et lavnivåsignal etableres ved utgangen fra mikrokretsen (pinne 3). Dessuten vil "utladningen" VT3-transistoren åpne, som vil utløse tidsinnstillende kondensator.
Hvis inngangsspenningen er innenfor 1 / 3U ... 2 / 3U, vil ingen av komparatorene fungere, en endring i tilstand ved utgangen av timeren vil ikke forekomme. I digital teknologi kalles denne spenningen “grått nivå”. Hvis du bare kobler pinnene 2 og 6, vil du få en komparator med responsnivåene 1 / 3U og 2 / 3U. Og selv uten en eneste detalj!
Referansespenningsendring
Pinne 5, utpekt som Uobr på figuren, er designet for å kontrollere spenningsreferansen eller endre den ved bruk av ekstra motstander. Det er også mulig å tilføre en styrespenning til denne inngangen, slik at det er mulig å få et frekvens- eller fasemodulert signal. Men oftere brukes ikke denne konklusjonen, og for å redusere påvirkningen av interferens er den koblet til en felles ledning gjennom en kondensator med liten kapasitet.
Mikrokretsen drives gjennom pinner 1 - GND, 2 + U.
Her er den faktiske beskrivelsen av NE555 integrert tidsur. Timeren har samlet mye av alle slags kretsløp, som vil bli diskutert i de følgende artiklene.
Boris Aladyshkin
Fortsettelse av artikkelen: 555 Integrerte tidtakerdesign
Se også på elektrohomepro.com
: