โหมดการทำงาน คำอธิบายคุณลักษณะและการกำหนดพินของชิป NE555

เมื่อพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ มักจะจำเป็นต้องสร้างพัลส์ที่มีความยาวที่กำหนดหรือสร้างสัญญาณสี่เหลี่ยมที่มีความถี่ที่กำหนดและอัตราส่วนของความยาวที่จะหยุดชั่วคราว นักออกแบบที่มีประสบการณ์จะไม่ยากสำหรับการออกแบบอุปกรณ์ดังกล่าวในองค์ประกอบดิจิทัลที่แยกจากกัน แต่สะดวกกว่าที่จะใช้ไมโครเซอร์กิตเฉพาะเพื่อการนี้

ชิป NE555 คืออะไรและใช้งานที่ไหนได้บ้าง

ชิป NE555 ได้รับการพัฒนาในยุค 70 ของศตวรรษที่ผ่านมา และยังคงได้รับความนิยมอย่างมากในหมู่มืออาชีพและมือสมัครเล่น มันคือตัวจับเวลาที่อยู่ในตัวเรือนที่มี 8 พินมีจำหน่ายในรุ่น DIP หรือ Surface Mount (SMD) หลายรุ่น

ไมโครเซอร์กิตประกอบด้วยตัวเปรียบเทียบสองตัว - บนและล่าง ที่อินพุตจะเกิดแรงดันอ้างอิงเท่ากับ 2/3 และ 1/3 ของแรงดันไฟฟ้า ตัวแบ่งถูกสร้างขึ้นโดยตัวต้านทาน ความต้านทาน 5 kOhm เครื่องเปรียบเทียบควบคุม RS flip-flop แอมพลิฟายเออร์บัฟเฟอร์และสวิตช์ทรานซิสเตอร์เชื่อมต่อกับเอาต์พุต ตัวเปรียบเทียบแต่ละตัวมีอินพุตฟรี 1 ตัว ซึ่งทำหน้าที่จ่ายสัญญาณควบคุมภายนอก ตัวเปรียบเทียบด้านบนจะทำงานเมื่อมีระดับสูงปรากฏขึ้นและสลับเอาท์พุตของไมโครเซอร์กิตไปที่ระดับต่ำ “การ์ด” ที่ต่ำกว่าจะลดแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่า 1/3 VCC และตั้งค่าเอาต์พุตตัวจับเวลาเป็นหน่วยลอจิคัล

ลักษณะสำคัญของชิป NE555

ลักษณะของตัวจับเวลาจากผู้ผลิตหลายรายอาจแตกต่างกันภายในขอบเขตเล็กน้อย แต่ไม่มีใครมีการเบี่ยงเบนพื้นฐาน (ยกเว้น microcircuits ที่ไม่ทราบแหล่งกำเนิด คุณสามารถคาดหวังอะไรจากพวกเขา):

• แรงดันไฟแสดงมาตรฐานตั้งแต่ +5 ถึง +15 V แม้ว่าแผ่นข้อมูลจะมีขีด จำกัด 4.5 ... 18 V.
• กระแสไฟขาออกคือ 200 mA
• แรงดันไฟขาออกสูงสุดคือ VCC ลบ 1.6 V แต่ไม่น้อยกว่า 2 V ที่มีแรงดันไฟจ่าย 5 V
• ปริมาณการใช้กระแสไฟที่ 5 V ไม่เกิน 5 mA ที่ 15 V - สูงสุด 13 mA
• ข้อผิดพลาดในการก่อตัวของระยะเวลาพัลส์ไม่เกิน 2.25%
• ความถี่ในการทำงานสูงสุดคือ 500 kHz

พารามิเตอร์ทั้งหมดถูกกำหนดไว้สำหรับอุณหภูมิแวดล้อม +25 °C

ตำแหน่งและวัตถุประสงค์ของหมุด

เอาต์พุตตัวจับเวลาถูกจัดเรียงเป็นมาตรฐาน โดยไม่คำนึงถึงการออกแบบเคส - เรียงลำดับจากน้อยไปมากจากคีย์ทวนเข็มนาฬิกา (เมื่อดูจากด้านบน) ตั้งแต่ 1 ถึง 8 เอาต์พุตแต่ละรายการมีจุดประสงค์ของตัวเอง:

1. GND – สายไฟทั่วไปของอุปกรณ์
2. หนุน - เมื่อใช้ระดับต่ำจะเริ่มตัวเปรียบเทียบตัวที่สอง (ต่ำกว่าตามแบบแผน) หน่วยลอจิคัลจะปรากฏขึ้นที่เอาต์พุตตั้งค่า RS flip-flop ภายในเป็น 0 วงจร RC เวลาภายนอกเชื่อมต่อกับมัน มีความสำคัญเหนือ THR
3. ออก - ทางออก ระดับสูงของสัญญาณต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อย ระดับต่ำคือ 0.25 V.
4. รีเซ็ต - รีเซ็ต ไม่ว่าสัญญาณจากอินพุตอื่นจะเป็นอย่างไร หากมีระดับต่ำ ระบบจะรีเซ็ตเอาต์พุตเป็น 0 และปิดตัวจับเวลา
5. CTRL - การจัดการ. มันมีระดับ 2/3 ของแรงดันรางไฟเสมอ คุณสามารถใช้สัญญาณภายนอกและมอดูเลตเอาต์พุตได้ที่นี่
6. THR - เมื่อระดับสูงปรากฏขึ้น (มากกว่า 2/3 ของแหล่งจ่ายไฟ) ทริกเกอร์แรก (บนสุดตามรูปแบบ) จะถูกตั้งค่าเป็น 1 และภายใน รองเท้าแตะ RS เข้าสู่สถานะของหน่วยตรรกะ
7. ดิส - การคายประจุของตัวเก็บประจุตั้งเวลา เมื่อทริกเกอร์ระดับสูงปรากฏขึ้นที่เอาต์พุต ทรานซิสเตอร์ภายในจะเปิดขึ้นและเกิดการคายประจุอย่างรวดเร็ว ตัวจับเวลาพร้อมสำหรับรอบการทำงานถัดไป
8. VCC - กำลังขับ สามารถจ่ายไฟได้ตั้งแต่ 5 ถึง 15 V.

คำอธิบายของโหมดการทำงานของชิป NE555

แม้ว่าสถาปัตยกรรมของตัวจับเวลาจะอนุญาตให้ใช้ในโหมดต่างๆ ได้ แต่ก็มีโหมดการทำงานทั่วไปสามโหมดสำหรับ NE555

เครื่องสั่นแบบเดี่ยว (เครื่องสั่นแบบสแตนด์บาย)

ตำแหน่งเริ่มต้น:

• อินพุต 2 ระดับตรรกะสูง
• ที่อินพุต R และ S ของทริกเกอร์ - ศูนย์
• ทริกเกอร์เอาต์พุต - 1;
• ทรานซิสเตอร์วงจรดิสชาร์จเปิดอยู่, ตัวเก็บประจุ C ถูกแบ่ง;
• เอาต์พุต 3 คือระดับ 0

เมื่อระดับศูนย์ปรากฏขึ้นที่อินพุต 2 ตัวเปรียบเทียบด้านล่างจะเปลี่ยนเป็น 1 โดยพลิกทริกเกอร์ไปที่ 0 ระดับสูงปรากฏขึ้นที่เอาต์พุตของไมโครเซอร์กิตในเวลาเดียวกัน ทรานซิสเตอร์จะปิด หยุดการแบ่งตัวเก็บประจุ มันเริ่มชาร์จผ่านตัวต้านทาน R ทันทีที่แรงดันตกคร่อมถึง 2/3 ของ VCC ตัวเปรียบเทียบด้านบนจะทำงาน ตั้งค่าทริกเกอร์กลับไปที่ 1 และเอาต์พุตตัวจับเวลาเป็น 0 ทรานซิสเตอร์จะเปิดและปล่อยประจุ . ดังนั้นพัลส์บวกจะเกิดขึ้นที่เอาต์พุตซึ่งจุดเริ่มต้นถูกกำหนดโดยสัญญาณภายนอกที่อินพุต 2 และความสมบูรณ์ขึ้นอยู่กับเวลาของประจุตัวเก็บประจุซึ่งคำนวณโดยสูตร t=1.1⋅R⋅ ค.

มัลติไวเบรเตอร์

เมื่อใช้พลังงาน ตัวเก็บประจุจะคายประจุ ที่อินพุต 2 (และ 6) ลอจิก 0 ที่เอาต์พุตของตัวจับเวลา 1 (กระบวนการนี้อธิบายไว้ในส่วนก่อนหน้า) หลังจากชาร์จความจุผ่าน R1 และ R2 ถึงระดับ 2/3 VCC แล้ว ระดับสูงที่อินพุต 6 จะพลิกเอาต์พุต 3 เป็นศูนย์ และทรานซิสเตอร์ดิสชาร์จจะเปิดขึ้น แต่ตัวเก็บประจุจะไม่ถูกคายประจุโดยตรง แต่ผ่าน R2 เป็นผลให้วงจรมาถึงตำแหน่งเดิมและวงจรจะเกิดซ้ำแล้วซ้ำอีก จากคำอธิบายของกระบวนการ จะเห็นได้ว่าเวลาในการชาร์จถูกกำหนดโดยผลรวมของความต้านทาน R1, R2 และความจุของตัวเก็บประจุ และเวลาในการคายประจุถูกกำหนดโดย R1 และ C แทนที่จะเป็น R1 และ R2 คุณสามารถใส่ตัวต้านทานปรับค่าได้และควบคุมความถี่และรอบการทำงานของพัลส์ได้อย่างรวดเร็ว สูตรสำหรับการคำนวณ:

• ระยะเวลาชีพจร t1=0.693⋅(R1+R2)⋅C;
• ระยะเวลาหยุดชั่วคราว t2=0.693⋅R2⋅C;
• อัตราการเกิดซ้ำของชีพจร f=1/(0.693(R1+2⋅R2)⋅C.

เวลาหยุดชั่วคราวต้องไม่เกินเวลาพัลส์ เพื่อหลีกเลี่ยงข้อจำกัดนี้ วงจรการคายประจุและการชาร์จจะถูกแยกโดยการรวมไดโอดในวงจร (แคโทดถึงพิน 6, แอโนดถึงพิน 7)

Schmitt trigger

บนชิป 555 คุณสามารถสร้าง Schmitt triggerอุปกรณ์นี้แปลงสัญญาณที่เปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ (ไซนูซอยด์ ฟันเลื่อย ฯลฯ) เป็นคลื่นสี่เหลี่ยม ที่นี่ไม่ได้ใช้วงจรจับเวลาสัญญาณจะถูกส่งไปยังอินพุต 2 และ 6 ซึ่งเชื่อมต่อถึงกัน เมื่อถึงเกณฑ์ 2/3 VCC แรงดันไฟขาออกจะเปลี่ยนเป็น 1 ทันทีเมื่อลดลงถึงระดับ 1/3 แรงดันไฟขาออกก็จะลดลงเป็นศูนย์เช่นกัน เขตความคลุมเครือคือ 1/3 ของแรงดันไฟฟ้า

ข้อดีและข้อเสีย

ข้อได้เปรียบหลักของชิป NE555 คือความสะดวกในการใช้งาน - ในการสร้างวงจร การผูกมัดเล็กๆ ก็เพียงพอแล้ว ซึ่งช่วยให้คำนวณได้ดี ในขณะเดียวกันต้นทุนของอุปกรณ์ก็ต่ำ

ข้อเสียเปรียบหลักของตัวจับเวลาคือการพึ่งพาอาศัยกันของระยะเวลาพัลส์กับแรงดันไฟฟ้า นี่เป็นเพราะตัวเก็บประจุในวงจรเครื่องสั่นเดี่ยวหรือวงจรมัลติไวเบรเตอร์ถูกชาร์จผ่านตัวต้านทาน (หรือผ่านสองตัว) และขั้วด้านบนของตัวต้านทานเชื่อมต่อกับบัสจ่าย กระแสที่ไหลผ่านความต้านทานนั้นเกิดจากแรงดันไฟฟ้า VCC - ยิ่งสูง ยิ่งกระแสมากขึ้น ตัวเก็บประจุก็จะยิ่งชาร์จเร็วขึ้น ยิ่งตัวเปรียบเทียบทำงานเร็วขึ้น ช่วงเวลาที่สร้างขึ้นก็จะยิ่งสั้นลง ด้วยเหตุผลที่ไม่ทราบสาเหตุ ขณะนี้ไม่ได้อยู่ในเอกสารทางเทคนิค แต่เป็นที่รู้จักกันดีสำหรับนักพัฒนา

ข้อเสียเปรียบอีกประการของตัวจับเวลาคือแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ของตัวเปรียบเทียบนั้นเกิดจากตัวแบ่งภายในและไม่สามารถปรับได้ สิ่งนี้จำกัดความเป็นไปได้ในการใช้งานของ NE555

และอีกหนึ่งคุณลักษณะที่ไม่พึงประสงค์ ในการเชื่อมต่อกับรูปแบบการผลัก - ดึงสำหรับการสร้างสเตจเอาต์พุตในขณะที่เปลี่ยน (เมื่อทรานซิสเตอร์ตัวบนเปิดอยู่แล้ว และตัวล่างยังไม่ปิด หรือในทางกลับกัน) มีพัลส์กระแสผ่าน ระยะเวลาสั้น แต่นำไปสู่ความร้อนเพิ่มเติมของไมโครเซอร์กิตและสร้างการรบกวนในวงจรไฟฟ้า

อะไรคือสิ่งที่คล้ายคลึงกัน

ในช่วงเวลาที่มีอยู่ของตัวจับเวลา โคลนจำนวนมากได้รับการพัฒนาและเผยแพร่ พวกเขาผลิตโดย บริษัท ต่าง ๆ แต่ทั้งหมดมีหมายเลข 555 ในชื่อ ในบรรดาโรงงานผลิตแอนะล็อกมีทั้งผู้ผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ยอดนิยมและผู้ผลิตที่ไม่รู้จักจากเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ หากพารามิเตอร์เดิมระบุพารามิเตอร์ที่ประกาศไว้ ก็ไม่ควรคาดหวังการรับประกันใด ๆ จากอันหลัง ความเบี่ยงเบนจากลักษณะที่ประกาศอาจมีขนาดใหญ่

ในสหภาพโซเวียตได้มีการพัฒนาตัวจับเวลา KR1006VI1 ที่คล้ายกัน ฟังก์ชันการทำงานเหมือนกับเวอร์ชันดั้งเดิมทุกประการ โดยมีข้อยกเว้นประการหนึ่ง: เอาต์พุต 2 มีความสำคัญเหนือกว่าเอาต์พุต 6 (และไม่ใช่ในทางกลับกันเช่น NE555). สิ่งนี้จะต้องนำมาพิจารณาเมื่อออกแบบโครงร่าง และอีกสิ่งหนึ่ง: ดัชนี KR หมายความว่าไมโครเซอร์กิตผลิตในแพ็คเกจ DIP8 เท่านั้น

ตัวอย่างการใช้งานจริง

ขอบเขตของการประยุกต์ใช้ตัวจับเวลาในทางปฏิบัตินั้นกว้าง ภายในกรอบของการตรวจสอบนี้ จะไม่สามารถครอบคลุมหัวข้อได้ทั้งหมด แต่ตัวอย่างที่พบบ่อยที่สุดควรค่าแก่การพิจารณา

ในโหมดการสั่นแบบเดี่ยวบนไมโครเซอร์กิตหลายๆ ตัว สามารถสร้างรหัสล็อคโดยมีเวลาจำกัดในการหมุนรหัส อีกวิธีหนึ่งคือใช้เป็นอุปกรณ์ส่งสัญญาณให้ถึงระดับธรณีประตู (ความสว่าง ระดับการบรรจุถัง ฯลฯ) ร่วมกับเซ็นเซอร์ต่างๆ

ในโหมด multivibrator (โหมด astable) ตัวจับเวลาจะค้นหาแอปพลิเคชันที่กว้างที่สุด คุณสามารถสร้างสวิตช์พวงมาลัยด้วยตัวจับเวลาหลายตัวที่มีการควบคุมความถี่การกะพริบแยกจากกัน เวลาตรงเวลา และเวลาหยุดชั่วคราวเป็นไปได้ที่จะใช้ NE555 เป็นพื้นฐานสำหรับการถ่ายทอดเวลาและสร้างเวลาเปิดเครื่องสำหรับผู้บริโภคตั้งแต่ 1 ถึง 25 วินาที คุณสามารถสร้างเครื่องเมตรอนอมสำหรับนักดนตรีได้ นี่เป็นโหมดชิปที่ใช้มากที่สุด และไม่สามารถอธิบายการใช้งานทั้งหมดได้

ในฐานะที่เป็นทริกเกอร์ Schmitt ตัวจับเวลาจะใช้ไม่บ่อยนัก แต่ในโหมด bistable ที่ไม่มีองค์ประกอบการตั้งค่าความถี่ NE555 จะถูกใช้เป็น debouncer หรือสวิตช์สองปุ่มในโหมด start-stop อันที่จริงแล้วจะใช้เฉพาะฟลิปฟลอป RS ในตัวเท่านั้น เป็นที่รู้จักกันในการสร้างตัวควบคุม PWM ตามตัวจับเวลา

มีชุดของวงจรที่อธิบายการใช้งานต่างๆ ของตัวจับเวลา NE555 พวกเขาอธิบายวิธีการใช้งานชิปหลายพันรายการ แต่สิ่งนี้อาจไม่เพียงพอสำหรับจิตใจที่อยากรู้อยากเห็นของนักออกแบบ และเขาจะพบว่ามีการใช้ตัวจับเวลาเพิ่มเติมที่ยังไม่ได้อธิบายไว้ที่ใด ความเป็นไปได้ที่นักพัฒนาของไมโครเซอร์กิตกำหนดไว้ทำให้สิ่งนี้เป็นไปได้

บทความที่คล้ายกัน: