Таймер 555: принципы работы, блок-схемы, режимы и примеры схем

Изучим таймер 555 — одну из самых популярных микросхем за все времена. Видео и текст ниже.

Обзор

555 Timer (Ханс Каменцинд, 1971) — в игрушках, бытовой технике, даже в космосе. Высокостабильный ИС для точных задержек и генерации. Три режима: бистабильный, моностабильный, астабильный.

Внутренняя схема и блок-диаграмма

Внутри: 25 транзисторов, 2 диода, 15 резисторов.

Блок-схема: 2 компаратора, RS-триггер, делитель напряжения, транзистор разряда, выходной каскад.

Делитель — три одинаковых 5 кОм резистора → опорные 1/3 и 2/3 Vcc (питание 5–15 В).

Компаратор сравнивает напряжения на входах (+ и -). Если + > - → выход 1, иначе 0.

Первый компаратор: (-) — 2/3 Vcc и пин Control, (+) — пин Threshold. Второй: (-) — пин Trigger, (+) — 1/3 Vcc.

Выходы компараторов на R и S триггера. Q = 1 при R=0, S=1; Q = 0 при R=1, S=0. Пин Reset (активный низкий) перекрывает входы — полный сброс.

Q̅ на выходной каскад (ток 200 мА источник/сток). Q̅ также управляет транзистором разряда (пин Discharge → земля).

Бистабильный режим

Пример: два внешних резистора и две кнопки.

Trigger и Reset подтянуты к VCC резисторами → всегда HIGH. Кнопки замыкают на землю → LOW при нажатии.

Изначально оба компаратора 0 → триггер 0 → выход 555 = 0.

Нажимаем Trigger → Trigger=LOW → компаратор 2 выдаёт 1 на S → Q̅=0 → выход HIGH.

После отпускания кнопки R=S=0 → триггер держит состояние. Чтобы сбросить — нажимаем Reset (перекрывает входы).

Связанный туториал: Что такое триггер Шмитта.

Моностабильный режим

Схема: один резистор, конденсатор, кнопка на Trigger.

Trigger подтянут к VCC → компаратор 2 = 0. Threshold LOW (Q̅=HIGH → транзистор разряда открыт → конденсатор корочен).

Нажатие Trigger → Trigger=LOW → компаратор 2 = 1 на S → Q̅=LOW → выход HIGH. Транзистор разряда закрыт → C1 заряжается через R1.

Когда напряжение на C1 достигает 2/3 Vcc → Threshold компаратор = 1 на R → триггер сбрасывается: Q̅=HIGH → транзистор разряда открыт, выход LOW.

Длительность импульса (время HIGH) = время заряда C1 до 2/3 Vcc. Формула: T = 1.1 × C1 × R1.

Астабильный режим (генератор)

Самовозбуждающийся мультивибратор. Нет устойчивого состояния, непрерывно переключается HIGH/LOW без внешнего триггера. Схема: два резистора, конденсатор.

Trigger и Threshold соединены — нет внешнего триггера. Изначально источник заряжает C1 через R1 и R2. Заряжается → Trigger компаратор = 1 (напряжение < 1/3 Vcc) → Q̅=0, транзистор закрыт, выход HIGH.

Напряжение достигает 1/3 Vcc → Trigger компаратор = 0 (R=S=0, без изменений). Продолжает заряжаться до 2/3 Vcc → Threshold компаратор = 1 на R → транзистор разряда открыт, разряд через R2, выход LOW.

Разряжается до 1/3 Vcc → Trigger компаратор = 1 → транзистор закрыт, заряд снова. Цикл заряда/разряда между 1/3 и 2/3 Vcc бесконечен → прямоугольники на выходе.

Формулы: t_HIGH = 0.693 × (R1+R2) × C1; t_LOW = 0.693 × R2 × C1; Период = t_HIGH + t_LOW; Частота = 1/Период.

Если R2 заменить на потенциометр — мгновенно меняют частоту и скважность. Об этом в следующем видео (PWM регулятор двигателя).

Вопросы — в комментариях!