ИС таймера 555 — принцип работы, блок-схема, принципиальная схема

<основной класс="главный сайт" id="главный">

В этом уроке мы узнаем, как работает таймер 555, одна из самых популярных и широко используемых микросхем всех времен. Вы можете посмотреть следующее видео или прочитать письменное руководство ниже.

Обзор

Таймер 555, разработанный Гансом Камензиндом в 1971 году, можно найти во многих электронных устройствах, от игрушек и кухонной техники до даже космического корабля. Это очень стабильная интегральная схема, которая может создавать точные временные задержки и колебания. Таймер 555 имеет три режима работы:бистабильный, моностабильный и нестабильный.

Как это работает, внутренняя схема и блок-схема

Давайте подробнее рассмотрим, что находится внутри таймера 555, и объясним, как он работает в каждом из трех режимов. Вот внутренняя схема таймера 555, который состоит из 25 транзисторов, 2 диодов и 15 резисторов.

Представленный блок-схемой, он состоит из 2 компараторов, триггера, делителя напряжения, разрядного транзистора и выходного каскада.

Делитель напряжения состоит из трех одинаковых резисторов номиналом 5 кОм, которые создают два опорных напряжения на уровне 1/3 и 2/3 от подаваемого напряжения, которое может находиться в диапазоне от 5 до 15 В.

Далее идут два компаратора. Компаратор — это элемент схемы, который сравнивает два аналоговых входных напряжения на своем положительном (неинвертирующем) и отрицательном (инвертирующем) входе. Если входное напряжение на положительной клемме выше, чем входное напряжение на отрицательной клемме, компаратор выдаст 1. И наоборот, если напряжение на отрицательной входной клемме выше, чем напряжение на положительной клемме, компаратор выдаст 0 .

Отрицательная входная клемма первого компаратора подключена к опорному напряжению 2/3 делителя напряжения и внешнему «управляющему» выводу, а положительная входная клемма — к внешнему «пороговому» выводу.

С другой стороны, отрицательная входная клемма второго компаратора подключена к выводу «Триггер», а положительная входная клемма — к опорному напряжению 1/3 делителя напряжения.

Таким образом, используя три вывода, Trigger, Threshold и Control, мы можем управлять выходом двух компараторов, которые затем подаются на входы R и S триггера. Триггер будет выводить 1, когда R равен 0, а S равен 1, и наоборот, он будет выводить 0, когда R равен 1, а S равен 0. Кроме того, триггер можно сбросить с помощью внешнего вывода, называемого «Сброс», который может переопределить два входа, таким образом сбросить весь таймер в любое время.

Выход Q-bar триггера поступает на выходной каскад или выходные драйверы, которые могут либо подавать, либо отводить ток 200 мА на нагрузку. Выход триггера также подключен к транзистору, который соединяет вывод «Разряд» с землей.

Таймер 555 — бистабильный режим

Теперь давайте рассмотрим пример работы таймера 555 в бистабильном режиме. Для этого нам понадобятся два внешних резистора и две кнопки.

Выводы Trigger и Reset микросхемы подключены к VCC через два резистора, и таким образом они всегда находятся на высоком уровне. Две кнопки подключены между этими контактами и землей, поэтому, если мы будем удерживать их нажатыми, состояние входа будет низким.

Первоначально два выхода компаратора равны 0, поэтому выход триггера, а также выход таймера 555 равны 0.

Если мы нажмем кнопку триггера, состояние на входе триггера станет низким, поэтому компаратор выдаст высокий уровень, и это приведет к тому, что выходной сигнал перевернутой Q-полосы станет низким. Выходной каскад инвертирует это, и окончательный выход таймера 555 будет высоким.

Выход останется высоким, даже если кнопка триггера не нажата, потому что в этом случае входы триггера R и S будут равны 0, что означает, что триггер не изменит предыдущее состояние. Чтобы сделать выход низким, нам нужно нажать кнопку Reset, которая сбрасывает триггер и всю микросхему.

Связанный учебник:Что такое триггер Шмитта | Как это работает

Таймер 555 — моностабильный режим

Далее посмотрим, как работает таймер 555 в моностабильном режиме. Вот пример схемы.

Вход триггера поддерживается высоким, если подключить его к VCC через резистор. Это означает, что триггерный компаратор выдаст 0 на вход S триггера. С другой стороны, вывод Threshold имеет низкий уровень, что также делает компаратор Threshold равным 0. На контакте Threshold на самом деле низкий уровень, потому что выход Q-bar триггера имеет высокий уровень, который поддерживает разрядный транзистор активным, поэтому напряжение, поступающее от источника, проходит через этот транзистор.

Чтобы изменить состояние выхода таймера 555 на High, нам нужно нажать кнопку на триггерном контакте. Это заземлит триггерный контакт, или состояние входа будет 0, поэтому компаратор выдаст 1 на вход S триггера. Это приведет к тому, что выход Q-bar станет низким, а выход таймера 555 — высоким. При этом мы можем заметить, что разрядный транзистор выключен, поэтому теперь через резистор R1 начнет заряжаться конденсатор С1.

Таймер 555 будет оставаться в этом состоянии до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не достигнет 2/3 подаваемого напряжения. В этом случае пороговое входное напряжение будет выше, и компаратор выдаст 1 на вход R триггера. Это приведет схему в исходное состояние. Выход Q-bar станет высоким, что активирует разрядный транзистор, а также снова сделает низкий уровень на выходе IC.

Таким образом, мы можем заметить, что количество времени, в течение которого выход таймера 555 находится в состоянии High, зависит от того, сколько времени требуется конденсатору для зарядки до 2/3 подаваемого напряжения, а это зависит от значений как конденсатора C1, так и резистор R1. Фактически мы можем рассчитать это время по следующей формуле:T=1,1*C1*R1.

Таймер 555 — нестабильный режим

Далее посмотрим, как работает таймер 555 в нестабильном режиме. В этом режиме микросхема становится генератором или также называется автономным мультивибратором. Он не имеет стабильного состояния и постоянно переключается между высоким и низким уровнем без применения какого-либо внешнего триггера. Вот пример схемы таймера 555, работающего в нестабильном режиме.

Нам нужны только два резистора и конденсатор. Выводы Trigger и Threshold соединены друг с другом, поэтому нет необходимости во внешнем триггерном импульсе. Первоначально источник напряжения начнет заряжать конденсатор через резисторы R1 и R2. Во время зарядки триггерный компаратор будет выводить 1, потому что входное напряжение на триггерном выводе все еще ниже 1/3 от подаваемого напряжения. Это означает, что выход Q-bar равен 0, а разрядный транзистор закрыт. В это время на выходе таймера 555 высокий уровень.

Как только напряжение на конденсаторе достигнет 1/3 от подаваемого напряжения, триггерный компаратор выдаст 0, но в этот момент это не произведет никаких изменений, так как оба входа R и S триггера равны 0. Таким образом, напряжение на конденсатор будет продолжать увеличиваться, и как только он достигнет 2/3 подаваемого напряжения, пороговый компаратор выдаст 1 на вход R триггера. Это активирует разряжающийся транзистор, и теперь конденсатор начнет разряжаться через резистор R2 и разряжающийся транзистор. В этот момент на выходе таймера 555 низкий уровень.

Во время разрядки напряжение на конденсаторе начинает падать, и компаратор Threshold сразу же начинает выдавать 0, что на самом деле ничего не меняет, так как теперь оба входа R и S триггера равны 0. Но как только напряжение на конденсаторе падает до 1/3 подаваемого напряжения, триггерный компаратор выдаст 1. Это отключит разрядный транзистор, и конденсатор снова начнет заряжаться. Таким образом, эти процессы зарядки и разрядки между 2/3 и 1/3 подаваемого напряжения будут продолжаться сами по себе, создавая прямоугольную волну на выходе таймера 555.

Мы можем рассчитать время, когда выходной сигнал будет высоким и низким, используя показанные формулы. Время High зависит от сопротивления резисторов R1 и R2, а также от емкости конденсатора. С другой стороны, время Low зависит только от сопротивления R2 и емкости конденсатора. Если мы суммируем время High и Low, мы получим период одного цикла. С другой стороны, частота — это количество раз, которое это происходит за одну секунду, поэтому один раз за период дает использование частоты выходного сигнала прямоугольной формы.

Если мы внесем некоторые изменения в эту схему, например, заменим резистор R2 переменным резистором или потенциометром, мы сможем мгновенно контролировать частоту и скважность прямоугольной волны. Однако подробнее об этом в моем следующем видео, где мы будем делать ШИМ-регулятор скорости двигателя постоянного тока с помощью таймера 555.

Надеюсь, вам понравился этот урок и вы узнали что-то новое. Не стесняйтесь задавать любые вопросы в разделе комментариев ниже.