UKADY UZALENIE CZASOWYCH Opracowa Krzysztof Grski www ne

UKŁADY UZALEŻNIEŃ CZASOWYCH Opracował: Krzysztof Górski www. ne 555. com

Wiadomości ogólne Układu uzależnień czasowych stanowią bardzo ważną grupę układów występujących praktycznie w każdym urządzeniu cyfrowym, zwłaszcza w jego części sterującej. Są to wszelkiego typu generatory monostabilne i astabilne, układy formujące impulsy. Obecnie najczęściej wykorzystywane są układy czasowe wykonane w technologii scalonej. Najbardziej popularne układy czasowe to ‘ 121, ‘ 123, NE 555. Wszystkie one mogą pracować jako generatory astabilne i monostabilne.

Generatory impulsu, zwane inaczej uniwibratorami, przerzutnikami monostabilnymi (Monostable Multiwibrator, One-Shot) są układami służącymi do generowania impulsu o określonym czasie trwania pod wpływem impulsu wyzwalającego. Generatory impulsów, zwane inaczej przerzutnikami astabilnymi, multiwibratorami są układami służącymi do generowania ciągu impulsów (fali prostokątnej) o określonej częstotliwości.

Timer NE 555 Układ 555 jest uniwersalnym układem czasowym przeznaczonym do stosowania jako uniwibrator generujący impulsy o czasie trwania od 1 us do 100 s oraz jako multiwibrator generujący przebiegi o częstotliwości od 0, 01 Hz do 3 Mhz. Oprócz tego jest on bardzo szeroko wykorzystywany w technice cyfrowej. Może być stosowany do dzielenia częstotliwości, dyskryminacji szerokości impulsu, przetwarzania napięcia na częstotliwość lub odwrotnie. Bardzo często znajduje zastosowanie w układach alarmowych, sygnalizacyjnych, mierników częstotliwości, pojemności i obrotomierzy. Układ w Polsce był produkowany pod nazwą ULY 7855 N, na świecie układ ten występuje pod wieloma oznaczeniami najpopularniejszymi są NE 555, LM 555. Wartość maksymalna generowanych częstotliwości zależy od producenta oraz technologii w jakiej został wykonany układ i waha się w granicach od 400 k. Hz do 3 MHz. Układ czasowy 555 został opracowany przez firmę SIGNETICS w 1972 roku i jest obecnie produkowany przez wielu innych producentów takich jak: STMicroelectronics, Motorola, Texas Instrumens, RCA, National, Filchard, Philips, Sanyo, KEC, JRC, Maxim, Intersil, Hitachi. Był również produkowany u nas w kraju przez CEMI pod oznaczeniem ULY 7855. Układy 555 wykonywane są w technologii bipolarnej jak i CMOS. Podstawowa zaletą timera 555 jest to, że do prawidłowego funkcjonowania wymagana jest minimalna ilość elementów dyskretnych. Tak więc, układ timera 555 może pracować jako generator monostabilny, potrzebujący do funkcjonowania tylko dwóch elementów zewnętrznych: rezystora i kondensatora. Przy pracy jako generator astabilny potrzebne są trzy elementy: jeden kondensator i dwa rezystory. Dodatkowymi zaletami timera 555 jest duża pewność działania oraz stabilność czasu trwania impulsu wyjściowego. Uniwersalność układu 555 i jego prostota oraz możliwości różnorodnego wyzwalania impulsów sprawiają, że po układ mogą sięgać zarówno amatorzy jak i profesjonaliści.

Schemat blokowy NE 555 Wewnętrzna struktura timer-a 555 składa się on z następujących funkcjonalnych bloków : - dzielnika napięcia ustalającego progi zadziałania komparatorów - komparatora 1 wyłączającego przerzutnik RS - komparatora 2 włączającego przerzutnik RS - tranzystora rozładowywującego. Schemat blokowy wewnętrznej struktury 555 jest identyczny dla wersji wykonanej w technologii bipolarnej jak i CMOS.

Napięcia odniesienia ustalane są w dzielniku napięciowym zawartym w strukturze wewnętrznej układu. Dzielnik składa się z trzech rezystorów R 1, R 2, R 3 o takiej samej wartości (5 k). Dla Komparatora 1 napięcie odniesienia zostało ustalone na poziomie 2/3 Uzasilania , natomiast dla komparatora 2 ustalono wartość 1/3 U zasilania. Jeżeli napięcie na wejściu wyzwalającym (pin 2 TRIGGER) spadnie poniżej 1/3 napięcia zasilającego to na wyjściu Komparatora 2 pojawi się stan wysoki powodujący włączenie przerzutnika RS. Wzrost napięcia na wejściu PRÓG (pin 6 TRESHOLD) powyżej wartości 2/3 napięcia zasilania powoduje pojawienie się stanu wysokiego na wyjściu komparatora 1 i natychmiastowe wyłączenie przerzutnika i przejście wyjścia układu w stan niski. W tym stanie zostaje włączony tranzystor rozładowywujący kondensator, dołączony do wyjścia pin 7(Discharge). Przy pracy jako Uniwibrator kondensator rozładowywuje się bardzo szybko i na tym kończy się działanie, aż do chwili przyjścia kolejnego impulsu wyzwalającego. Jeżeli układ pracuje jako multiwibrator, kondensator jest dołączony do obu komparatorów i gdy napięcie na kondensatorze zmniejszy się do poziomu wyzwalania komparatora 2 równego 1/3 Uzasilania to na wyjściu komparatora pojawia się wysoki poziom napięciowy. Wywołuje to niski stan na wyjściu przerzutnika i odcięcie tranzystora rozładowywującego, kończąc okres rozładowania. Kondensator zaczyna się ładować i cały cykl powtarza się.

Schemat wewnętrzny timera w technologii bipolarnej

Producenci 555 Timer 555 jest lub był produkowany przez takich wytwórców jak: CEMI – produkcji polskiej ULY 7855 wykonany w technologii bipolarnej, obecnie produkowany MAXIM - ICM 7555 i ICM 7556 wykonany w technologii CMOS INTERSIL - ICM 7555 i ICM 7556 wykonany w technologii CMOS HITACHI - HA 17555 wykonany w technologii bipolarnej STMicroelectronics - NE 555 i SA 555 w technologii bipolarnej, TS 3 V 555 wykonany na napięcie robocze 3 V, TS 555 C, I, M w technologii CMOS Fairchild Semiconductor - KA 555 i KA 556 wykonany w technologii bipolarnej JRC - NJM 555, NJN 556 wykonany w technologii bipolarnej SANYO - LB 8555 D, LB 8555 S, LB 8555 M wykonane w technologii bipolarnej. KEC - KIA 555 P/F wykonany w technologii bipolarnej MIRCEL - MIC 1555, MIC 1557 Dokładne dane układów zawarte są w danych katalogowych dostępnych w postaci plików pdf na stronach internetowych poszczególnych producentów.

Opis wyprowadzeń Przez około trzydzieści lat produkcji 555 była i jest umieszczana w różnego typu obudowach: - dwurzędowych DIP 8 i DIP 14 - okrągłej TO-99 - obudowach do montażu powierzchniowego SSOP 8, DMP 14, SO 8, MFP 8, TSSOP 8, DMP 8, SOP-8, FLP 8, MSOP 8, micro SMD Package, PSOP 8, CQCC 28, - w obudowach jednorzędowych SIP 8 Jak widać różnorodność obudów stosowanych przez producentów jest bardzo wielka, daje to konstruktorom możliwość wyboru odpowiedniej obudowy do konkretnego zastosowania. Najbardziej popularnymi obudowami w których umieszcza się timery 555 są to DIP 8 oraz DIP 14. W obudowie DIP 8 mieści się pojedynczy timer 555 a w DIP 14 umieszcza się dwie struktury 555, występujące pod oznaczeniem 556.

DIP-8 (ang. Dual In-line Package),

Przez kilka lat produkowana była wersja timera 555 w obudowie DIP 14, gdzie umieszczona była tylko jedna struktura. To nieekonomiczne rozwiązanie obecnie wyszło z produkcji. DIP-14

Rysunek przedstawia okrągłą metalową obudowę TO 99, w której umieszczono pojedynczą strukturę timera 555. TO-99

Poniższe rysunki przedstawiają dosyć egzotyczne i bardzo rzadko używane obudowy w których umieszczono timery 555, pierwsza z nich to jednorzędowa SIP 8 a druga czterorzędowa LCCC.

Opis poszczególnych wyprowadzeń timera 555 GND (PIN 1) jest to wejście zasilania, połączone z masą układu. TRIGGER (PIN 2) wejście wyzwalające, które jest wejściem komparatora 2. Spadek napięcia na tym wejściu poniżej 1/3 Uzasilania powoduje wyzwolenie układu i przejście wyjścia OUT w stan wysoki. Stan ten utrzymuje się tak długo, aż napięcie na wejściu TRESHOLD przekroczy 2/3 Uzasilania. OUT (PIN 3) jest to wyjście układu. RESET (PIN 4) jest wejściem którego zwarcie do masy zawiesza wszystkie funkcje układu. Wyjście OUT ustawiane jest w stan niski, przerzutnik jest zerowany a kondensator jest rozładowywany przez tranzystor. Podczas pracy jako oscylator wejście może być używane do bramkowania pracy oscylatora. Natomiast w trybie pracy multiwibratora monostabilnego Reset przerywa dodatni impuls wyjściowy, wprowadzając niski stan na wyjściu. CONTROL (PIN 5) jest to drugie wejście komparatora 1. W większości zastosowań wyprowadzenie to jest podłączone do masy poprzez kondensator filtrujący o pojemności około 10 n. F. Może również służyć do zamiany proporcji wartości rezystorów wchodzących w skład wewnętrznego dzielnika napięcia. Wejście to możemy również wykorzystać do stworzenia przy pomocy 555 prostego oscylatora przestrajanego napięciowo. THRESHOLD (PIN 6) to wejście komparatora, wyłączającego przerzutnik wewnętrzny. Podanie na wejście napięcia większego od 2/3 Uzasilania spowoduje natychmiastowe ustawienie stanu niskiego na wyjściu OUT. DISCHARGE (PIN 7) jest wyprowadzeniem kolektora tranzystora wewnętrznego. W większości zastosowań podłącza się do kondensatora zewnętrznego, który jest rozładowywany wówczas, gdy na wyjściu OUT jest stan niski. VCC (PIN 8) jest to wejście dodatniego bieguna zasilania (Uzasilania).

UKŁADY PRACY NE 555 Wykorzystanie podstawowych trybów pracy oraz ich nieco zmodyfikowanych wariantów pozwala na zastosowanie układu w setkach niesamowitych aplikacji. Wykorzystanie tego prostego timera jest praktycznie ograniczone tylko wyobraźnią konstruktora. Timery rodziny 555 i 556 mogą pracować w następujących układach pracy: -generator monostabilny (uniwibrator) -generator astabilny (multiwibrator) -generator opóźnień czasowych -modulator szerokości impulsów -generator przebiegu liniowego -detektor impulsów -dzielnik częstotliwości

GENERATOR MONOSTABILNY

GENERATOR ASTABILNY

UKŁAD OPÓŹNIAJĄCY

MODULATOR SZEROKOŚCI IMPULSÓW

DZIELNIK CZĘSTOTLIWOŚCI

Uwagi do zastosowań układu

Nomogramy, tablice i programy do obliczeń

Projekty z zastosowaniem NE 555

LATARECZKA Krzysztof Górski WWW. NE 555. COM Prezentowany układ w swojej konstrukcji wykorzystuje znany wszystkim czytelnikom timer 555. Prosta konstrukcja umożliwia wykonanie układu praktycznie przez każdego początkującego elektronika amatora. Układ możemy z powodzeniem zastosować jako światło zastępcze w różnego typu awaryjnych sytuacjach. Schemat ideowy przedstawiono na rys 1. Z konstrukcji układu możemy wyodrębnić dwie zasadnicze części: generator impulsów z zasilaniem bateryjnym część wykonawcza.

W generatorze zastosowano timer 555 pracujący jako generator impulsów o zmiennym wypełnieniu. Jest to standardowa aplikacja 555 szeroko stosowana w różnego typu regulatorach. Cześć wykonawcza to sześć diod świecących umieszczonych na tarczy i sterowanych tranzystorem BD 135. Działanie układu jest bardzo proste i nieskomplikowane. Po naciśnięciu przycisku P 1 do układu zostaje przyłączona bateria zasilająca. W wyniku czego generator zaczyna generować impulsy o zmiennym współczynniku wypełnienia, regulacji dokonujemy potencjometrem POT 1. Impulsy sterują pracą tranzystora T 1 oraz sześciu diod świecących. Diody są najbardziej energochłonnymi elementami w układzie, impulsowe zasilanie pozwala na uzyskanie bardziej sprawnego strumienia świetlnego oraz ograniczenie mocy pobieranej z baterii a co za tym idzie oszczędzenie baterii. Na rysunku 2 przedstawiono mozaikę płytek drukowanych. Od razu rzuca się w oczy nietypowy ich kształt. Układ zbudowany jest z dwóch płytek, jedną dwustronna w kształcie koła i drugą wąską z rozszerzeniem na baterię zasilającą. Płytki zostały tak zaprojektowane aby po zmontowaniu układu otrzymać gotową do użytku latarkę.

REGULATOR WENTYLATORA W obecnej chwili w handlu jest dostępnych wiele miniaturowych wentylatorów używanych w sprzęcie elektronicznym. Większość tych wentylatorów przeznaczona jest do pracy przy napięciu roboczym 12 V. Zadaniem ich jest wymuszanie przepływu powietrza w celu chłodzenia podzespołów elektronicznych. Sam wentylator nie posiada żadnych elementów regulacyjnych umożliwiających sterowanie ilością przepływu powietrza. Aby móc w sposób sprawny dokonywać regulacji należy zmieniać prędkość obrotową wirnika wentylatora. O skonstruowanie regulatora poproszony zostałem przez kolegów elektroników hobbystów. Poproszono mnie również o to aby układ był możliwe jak najprostszy i jak najtańszy bez zastosowania tak modnych w dzisiejszych czasach mikrokontrolerów. Aby obniżyć koszty układu przy jednoczesnym zachowaniu w miarę nowoczesnego charakteru regulatora postanowiłem wykorzystać stary lecz niezawodny układ scalony typu NE 555. Zastosowanie tej kostki uprościło konstrukcję do tego stopnia że każdy początkujący elektronik amator wykona ją bez problemu w kilka minut.

Całą konstrukcje możemy podzielić na dwa bloczki Rys. 1: sterowanie, układ wykonawczy.

Blok sterowania jest to generator impulsów o zmiennym współczynniku wypełnienia. Zakres regulacji od 1% do 99%. Częstotliwość generowanych impulsów jest stała i w urządzeniu modelowym wynosi 4 k. Hz. Oczywiście wartość ta może być modyfikowana poprzez odpowiedni dobór wartości kondensatora C 2 i potencjometru regulacyjnego POT 1. Układ wykonawczy to nic innego jak najzwyklejszy w świecie tranzystor NPN typu BD 135 wraz z miniaturowym wentylatorem, sterowany z wyprowadzenia Q (pin 3) NE 555. Schemat całego urządzenia przedstawiony jest na poniżej.

Montaż i uruchamianie: Z montażem i uruchomieniem układu nie powinnyśmy mieć żadnych problemów. Poniższy rysunek przedstawia mozaikę ścieżek płytki drukowanej wykonanej na jednostronnym laminacie na którym umieszczono wszystkie elementy regulatora, kształt płytki również przewiduje zamocowanie wentylatora. Układ zmontowany ze sprawnych elementów nie wymaga uruchomiania i od razu pracuje poprawnie. Z zastosowaniem regulatora nie powinniśmy mieć żadnych problemów, bajecznie prosta i tania konstrukcja są dodatkowymi zaletami układu przemawiającymi za stosowaniem.