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無線電子工学および電気工学の百科事典 555 タイマーの理論と実践 パート XNUMX。 理論的。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
[この指令を処理中にエラーが発生しました] おそらく、この素晴らしい超小型回路を練習に使用しないアマチュア無線家 (ニャーとその猫! - 以下、猫のメモ) はいないでしょう。 まあ、誰もが彼女のことを聞いたことがあるでしょう。 その歴史は1971年にシグネティクス社が「インテグラルタイマー」と呼ばれるSE555/NE555チップを発売したことから始まりました。ICタイムマシン). 当時、これは大衆消費者が入手できる唯一の「タイマー」チップでした。 発売直後、このマイクロサーキットはアマチュアとプロの両方の間で大人気を博しました。 このデバイスを使用した記事、説明、図がたくさんありました。 過去 35 年間にわたり、ほぼすべての自尊心のある半導体メーカーは、より現代的な技術プロセスの使用を含め、このマイクロ回路の独自バージョンをリリースすることが自分たちの義務であると考えてきました。 たとえば、Motorola は MC1455 の CMOS バージョンをリリースしています。 ただし、これらすべてのバージョンの機能と結論の場所に違いはありません。 それらはすべて互いに完全に類似しています。 私たちの国内メーカーも、KR1006VI1と呼ばれるこのチップを脇に置いて生産しませんでした。 555 タイマーを製造する海外メーカーとその商用名称のリストは次のとおりです。
場合によってはXNUMXつの名前が付けられることもあります。 これは、民間用、商業用、軍事用の XNUMX つのバージョンの超小型回路が製造されることを意味します。 軍用バージョンはより正確で、動作温度範囲が広く、金属またはセラミックのケースで入手できます。 まあ、もちろんもっと高価です。 ボディとピンから始めましょう。
この超小型回路は、プラスチック DIP と丸い金属の 556 種類のパッケージで入手できます。 確かに、それはまだ金属ケースで生産されていましたが、現在はDIPケースのみが残っています。 でも、突然そんな幸せが訪れるかもしれないと思って、両方のケースの絵を差し上げます。 どちらの場合もピンの割り当ては同じです。 標準的なものに加えて、さらに 558 つのタイプのマイクロ回路、556 と 558 が製造されています。XNUMX はタイマーのデュアル バージョンで、XNUMX はクワッド バージョンです。
タイマーの機能図はこの文のすぐ上の図に示されています。 この超小型回路には、約 20 個のトランジスタ、15 個の抵抗、2 個のダイオードが含まれています。 成分の組成や量はメーカーによって若干異なる場合があります。 出力電流は200mAに達し、消費電流は3～6mA増加します。 供給電圧は 4,5 ～ 18 ボルトの範囲で変化します。 同時に、タイマーの精度は電源電圧の変化に実質的に依存せず、計算値の 1% です。 ドリフトは 0,1%/ボルト、温度ドリフトは 0,005%/℃ です。 次に、タイマーの回路図を見て、その骨、またはむしろ足を洗います。それが何を意味するのか、どのような結論が必要なのか。
というわけで、結論（ニャー！脚の話です…）： 1.地球。 ここでは特にコメントすることはありません。出力は電源のマイナスと回路の共通線に接続されています。 2。 起動します。 コンパレータ入力#2。 ローレベルのパルス（1/3 Vpit 以下）がこの入力に印加されると、タイマーが開始され、外部抵抗 R (Ra + Rb によって決定される時間) の間、出力にハイレベルの電圧が設定されます。 、機能図を参照) とコンデンサ C - これはいわゆる単安定マルチバイブレータ モードです。 入力パルスは、方形波または正弦波のいずれかになります。 重要なことは、その持続時間がコンデンサCの充電時間よりも短くなければならないということです。入力パルスが依然としてこの持続時間を超える場合、マイクロ回路の出力は、再びハイレベルに設定されるまでハイレベル状態のままになります。入力で。 入力で消費される電流は 500nA を超えません。 3.終了します。 出力電圧は電源電圧に応じて変化し、Vpit-1,7V (出力のハイレベル) に等しくなります。 ローレベルでは、出力電圧は約 0,25V (電源電圧 + 5V の場合) です。 Low-High 状態間の切り替えは約 100 ns で発生します。 4.リセットします。 低レベル電圧 (0,7V 以下) がこの出力に印加されると、タイマーが現在どのモードにあり、何を実行しているかに関係なく、出力は低レベル状態にリセットされます。 リセット、ご存知のとおり、アフリカでもリセットされます。 入力電圧は電源電圧から独立しており、TTL 互換入力です。 偶発的なリセットを防ぐために、必要になるまでこのピンを電源プラスに接続することを強くお勧めします。 5 コントロール このピンを使用すると、コンパレータ #1 の基準電圧 (2/3Vp.m) にアクセスできます。 通常、この出力は使用されません。 ただし、これを使用すると、タイマー制御の可能性が大幅に広がります。 重要なのは、このピンに電圧を印加することによって、タイマーの出力パルスの持続時間を制御し、RC にタイミング チェーンを駆動できることです。 単安定マルチバイブレータ モードでこの入力に印加される電圧は、電源電圧の 45% ～ 90% になります。 マルチバイブレータモードでは1,7Vから電源電圧まで。 この場合、出力には FM (FM) 変調信号が得られます。 この出力をまだ使用しない場合は、干渉レベルやその他のあらゆる種類のトラブルを軽減するために、0,01 μF (10nF) のコンデンサを介してコモン線に接続することをお勧めします。 6. 停止します。 このピンはコンパレータ #1 の入力の 2 つです。 これは、ピン 2 の一種の対掌体として使用されます。つまり、タイマーを停止し、出力を (ニャー! 静かなパニック?!) 低レベル状態にするために使用されます。 ハイレベルパルスが印加されると（電源電圧の少なくとも3/2）、タイマーが停止し、出力はローレベル状態にリセットされます。 ピン XNUMX と同様に、方形パルスと正弦波パルスの両方をこのピンに適用できます。 7.放電。 このピンはトランジスタ T6 のコレクタに接続され、そのエミッタはグランドに接続されます。 したがって、トランジスタが開いているとき、コンデンサ C はコレクタ - エミッタ接合を通じて放電し、トランジスタが閉じるまで放電状態を維持します。 トランジスタは、マイクロ回路の出力がローの場合に開き、出力がアクティブ、つまりハイの場合に閉じます。 このピンは補助出力としても使用できます。 負荷容量は従来のタイマ出力とほぼ同等です。 8.プラス栄養。 結論１と同様、特に言うことはありません。 タイマーの電源電圧は 1 ～ 4,5 ボルトの範囲になります。 マイクロ回路の軍用バージョンの場合、上限範囲は 16 ボルトのレベルです。 吸収された？ さらに進んでみましょう。 ほとんどのタイマーには、通常は抵抗とコンデンサで構成されるタイミング回路が必要です。 タイマー 555 も例外ではありません。 マイクロ回路の図を見てみましょう。
そこで、チップに電力を供給したと仮定しましょう。 入力はハイレベル状態、出力はローレベルであり、コンデンサ C は放電されます。 みんな落ち着いていて、みんな寝ています。 そして、BOOM - 一連の矩形パルスをタイマーの入力に加えます。 何が起こっていますか？ 最初のローレベルパルスにより、タイマー出力がハイレベル状態に切り替わります。 トランジスタ T6 が閉じ、コンデンサは抵抗 R を介して充電を開始します。コンデンサが充電されている間、タイマー出力はオンのままであり、高電圧レベルを維持します。 コンデンサが電源電圧の2/3に充電されるとすぐに、超小型回路の出力がオフになり、低レベルが出力されます。 トランジスタ T6 が開き、コンデンサ C が放電します。 ただし、グラフには点線で示されている XNUMX つのニュアンスがあります。 XNUMXつ目は、コンデンサの充電終了後、入力に低電圧レベルが残っている場合、この場合、出力はアクティブのままで、入力に高レベルが現れるまで高レベルを維持します。 XNUMX つ目は、リセット低電圧入力をアクティブにした場合です。 この場合、コンデンサがまだ充電中であっても、出力はすぐにオフになります。 これで、歌詞の部分は終わりました。次は、厳しい数字と計算に移りましょう。 タイマーがオンになる時間と、この時間に設定する必要がある RC チェーン値をどのように決定できますか? コンデンサが電源電圧の 63,2% (2/3) まで充電される時間を時定数と呼び、文字 t で表します。 この時間は、驚くほど複雑な計算式によって計算されます。 彼女が来た： t = R * Cここで、R はメガオーム秒単位の抵抗器の抵抗値、C はマイクロファラッド単位のコンデンサーの静電容量です。 時間は秒単位で取得されます。 タイマーの動作モードを詳しく検討するときに、式に戻ります。 ここでは、このマイクロ回路の簡単なテスターを見てみましょう。これにより、タイマーのコピーが機能しているかどうかが簡単にわかります。
電源を入れた後に両方の LED が点滅する場合は、すべてが正常であり、マイクロ回路は完全に動作しています。 少なくとも9つのダイオードがオンになっていない場合、またはその逆で常にオンになっている場合は、そのような超小型回路は良心をもってトイレに流すか、購入したばかりの場合は販売者に返品することができます。 供給電圧 - XNUMX ボルト。 たとえば、クローナバッテリーから。 次に、このマイクロ回路の動作モードを考えてみましょう。 実はこれにはXNUMXつのモードがあります。 XNUMX つ目は単安定マルチバイブレータです。 単安定 - このようなマルチバイブレータには XNUMX つの安定状態 (オフ) があるためです。 そして、タイマー入力に何らかの信号を加えることにより、一時的にオン状態に切り替えます。 上で述べたように、マルチバイブレータがアクティブ状態になる時間は RC チェーンによって決まります。 これらのプロパティはさまざまなスキームで使用できます。 特定の時間何かを開始すること、またはその逆 - 特定の時間の一時停止を形成すること。 XNUMX 番目のモードはパルス発生器です。 マイクロ回路は一連の矩形パルスを生成でき、そのパラメータは同じ RC チェーンによって決定されます。 （ニャー！チェーンが欲しい。尻尾に。まあ、ブレスレットか。静電気防止。） それでも、うちの猫は退屈です。 最初から、つまり最初のモードから始めましょう。
マイクロ回路をオンにするための回路を図に示します。 RC回路は電源のプラスとマイナスの間に接続されています。 ピン 6 - ストップは抵抗とコンデンサの接続に接続されています。 これはコンパレータ #1 の入力です。 ピン 7 - 放電もここに接続されます。 入力パルスはピン 2 - スタートに適用されます。 これはコンパレータ #2 の入力です。 完全に単純な回路 - 5 つの抵抗と 10 つのコンデンサ - の方がはるかに簡単ですか? ノイズ耐性を向上させるために、XNUMXnF コンデンサを介してピン XNUMX を共通ワイヤに接続できます。 したがって、初期状態では、タイマーの出力は低く、約6ボルトであり、T2トランジスタが開いているため、コンデンサは放電されており、充電される必要はありません。 この状態は安定しており、無期限に継続できます。 入力に Low レベルのパルスが入力されると、コンパレータ No.6 が動作し、タイマの内部トリガを切り替えます。 その結果、出力には高電圧レベルが設定されます。 トランジスタ T2 が閉じ、コンデンサ C が抵抗 R を介して充電を開始します。充電中ずっと、タイマーの出力は High のままです。 外部刺激がピン XNUMX に到着した場合、タイマーは外部刺激に応答しません。つまり、タイマーが最初のパルスでトリガーされた後、さらなるパルスが発生します。 効果はありません タイマーの状態について - これは非常に重要です。 それで、私たちに何が起こっているのでしょうか？ はい、コンデンサーは充電中です。 2 / 3V 電源の電圧に充電されると、コンパレータ No.1 が動作し、内部トリガが切り替わります。 その結果、出力は低電圧レベルに設定され、回路は元の安定した状態に戻ります。 トランジスタ T6 が開き、コンデンサ C が放電されます。 タイマーがいわば「気を失う」時間は、XNUMX ミリ秒から数百秒まであります。 これは次のように考えられます： T=1.1*R*C 理論的には、パルスの持続時間には、最小持続時間と最大持続時間の両方に関して制限はありません。 ただし、回避できる実際的な制限がいくつかありますが、まずこれを行う必要があるかどうか、別の回路ソリューションを選択した方が簡単ではないかを検討する必要があります。 したがって、実際的な方法で設定される最小値は、R が 10kΩ、C が 95pF です。 もっと少なくすることは可能ですか？ そうですね。 しかし同時に、抵抗器の抵抗値をさらに下げると、回路に過剰な電流が流れ始めます。 静電容量 C を小さくすると、あらゆる種類の寄生容量や干渉が回路の動作に大きな影響を与える可能性があります。 一方、抵抗の最大値は約15MΩです。 ここで、制限は、Stop 入力によって引き出される電流 (約 120nA) とコンデンサ C の漏れ電流によって課されます。したがって、抵抗値が大きすぎると、コンデンサの漏れ電流の合計が 120 nA に達すると、タイマーは決してオフになりません。入力電流が XNUMXnA を超えます。 さて、コンデンサの最大静電容量ですが、重要なのは静電容量そのものではなく、漏れ電流です。 静電容量が大きいほど漏れ電流が大きくなり、タイマーの精度が悪化することは明らかです。 したがって、タイマーを長い時間間隔で使用する場合は、漏れ電流の少ないコンデンサ (タンタルなど) を使用することをお勧めします。 XNUMX番目のモードに移りましょう。
この回路には別の抵抗が追加されています。 両方のコンパレータの入力は接続され、抵抗器 R2 とコンデンサの接続部に接続されます。 ピン 7 は抵抗器の間に接続されています。 コンデンサは抵抗 R1 および R2 を介して充電されます。 次に、回路に電力を供給すると何が起こるかを見てみましょう。 初期状態では、コンデンサは放電され、両方のコンパレータの入力はゼロに近い低電圧レベルになります。 コンパレータ #2 は内部トリガを切り替え、タイマー出力を High に設定します。 トランジスタ T6 が閉じ、コンデンサは抵抗 R1 および R2 を介して充電を開始します。
コンデンサの電圧が電源電圧の 2/3 に達すると、コンパレータ #1 がトリガーを切り替え、タイマー出力をオフにします。出力電圧はゼロに近づきます。 トランジスタ T6 が開き、コンデンサは抵抗 R2 を通じて放電を開始します。 コンデンサの電圧が電源電圧の 1/3 に低下するとすぐに、コンパレータ 2 が再びトリガを切り替え、マイクロ回路の出力に再びハイレベルが表示されます。 トランジスタ T6 が閉じ、コンデンサが再び充電を開始します...ふぅ、もう頭がクラクラしてきます。 つまり、このすべてのシャーマニズムの結果として、出力では一連の矩形パルスが得られます。 おそらくすでに推測されているように、パルス周波数は C、R1、および R2 の値に依存します。 それは次の式で決定されます。
R1とR2の値はオーム、C-ファラッドで置き換えられ、周波数はヘルツで取得されます。 次の各パルスの開始間の時間は周期と呼ばれ、文字 t で示されます。 これは、パルス自体の継続時間 - t1 とパルス間の間隔 - t2 で構成されます。 t = t1+t2. 周波数と周期は逆の概念であり、両者の関係は次のとおりです。 f = 1/t. もちろん、t1 と t2 も計算できますし、計算する必要があります。 このような： t1 = 0.693(R1+R2)C; t2 = 0.693R2C さて、理論的な部分は終わったようです。 次のパートでは、さまざまなスキームおよびさまざまな用途で 555 タイマーをオンにする具体的な例を検討します。 出版物: radiokot.ru
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