Интегральный таймер 555. Путешествие по Data sheet
Когда-то, всего каких-нибудь лет двадцать назад, почти вся электронная техника, как бытовая, так и промышленная была отечественного производства. Соответственно вся элементная база, – транзисторы, микросхемы, диоды, резисторы, применялась отечественная.
Чтобы разобраться в этом, пусть не очень большом по современным меркам разнообразии, выпускались справочники. Эта литература была таким дефицитом, что по теперешним терминам, ее следовало бы назвать бестселлером: в книжных магазинах вся литература по электронике раскупалась мгновенно. Покупателями этих книг в основном были радиолюбители и инженеры – ремонтники.
Как в Яндексе. Найдётся всё
В настоящее время вся электроника разрабатывается и производится за рубежом, поэтому вся элементная база тоже «оттуда». Это заметно уже на стадии приобретения радиодеталей на радиорынках и в интернет – магазинах. Если вы ищете, например, КР1006ВИ1, то услужливые продавцы обязательно предложат вам NE555. Подобных примеров можно найти очень много. Такое положение дел просто радует, ведь, что греха таить, в советские времена радиодетали просто «тащились» с предприятий, но найти при этом удавалось далеко не все, что хотелось.
Естественно, бумажных справочников на импортные детали не найти, поскольку они просто не выпускаются. Но фирмы – производители на каждый транзистор, диод или микросхему в электронном формате, чаще всего в виде файлов *.pdf, выпускают техническую документацию – Data sheet, которую всегда можно найти в Интернете.
Теперь не надо уже листать справочник объемом в тысячу страниц, чтобы найти технические характеристики одного транзистора или диода. Такой объем информации умещается всего на одной – двух страницах. Правда, следует заметить, что если это Data sheet для чего-нибудь посложнее, например, для микроконтроллера, то описание может занять не один десяток, а то и сотен страниц.
Data sheet интегрального таймера 555
В электронном формате представляет собой файл NE555.pdf, объемом около 600 килобайт. При этом следует обратить внимание вот на какую деталь. Документация Data sheet, как и сами таймеры 555 выпускается многими фирмами. Таймеры так и остаются таймерами, внутри них и снаружи ничего не меняется. А вот объем файлов Data sheet может варьироваться от ста с небольшим килобайт почти до семисот. Это около 25 страниц.
Такая разница вызвана тем, что в некоторых описаниях можно найти лишь электрические параметры, цоколевку, название сигналов и внутреннюю схему. А в других, более объемных, еще и различные схемы включения, расчетные формулы и многое другое. Поэтому, при прочих равных условиях, следует смотреть более объемные файлы *.pdf. Далее будут рассмотрены несколько схем из Data sheet NE555.pdf.
Мультивибратор из Data sheet
В предыдущей статье «Конструкции на интегральном таймере 555» на рисунке 9 была показана схема автоколебательного мультивибратора. В этой схеме не используется вывод 7, специально предназначенный для разряда времязадающего конденсатора, а заряд и разряд конденсатора осуществляется через резистор R1. Поэтому выходными импульсами этого генератора могут быть только импульсы формы меандр. Скважность таких импульсов равна 2.
Для того, чтобы получить импульсы любой требуемой скважности, производителями рекомендуется несколько иная схема, показанная на рисунке 1.
В примечании к рисунку сказано, что вывод 5 CONT следует подключить к общему проводу через конденсатор небольшой емкости, чтобы исключить влияние помех. Про этот вывод будет рассказано чуть ниже.
Рисунок 1.
А на рисунке 2 показаны временные диаграммы.
Рисунок 2.
При включении питания конденсатор C разряжен, поэтому на выводе 2 TRIG низкий уровень, который приводит к установке на выходе OUT (вывод 3) высокого уровня. Конденсатор C начинает заряжаться через резисторы (Ra + Rb) до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет верхнего порога срабатывания таймера (0,67 * Vcc). При этом время заряда составит tH = 0.693 * (RA + RB) * C.
Таким способом формируется длительность импульса.
По истечении этого времени выход таймера переключается в низкий уровень, а конденсатор C разряжается через резистор RB и специальный вывод 7 DISCH (разряд). Разряд продолжается до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не упадет до (0,33 * V), – порог срабатывания компаратора TRIG. На выходе таймера устанавливается высокий уровень, и цикл начинается сначала. Время разряда составляет tL = 0.693 * (RB) * C. Это будет время паузы.
Период следования импульсов равен сумме импульса и паузы period = tH + tL + 0.693 * (RA + 2RB) * C, а частота следования импульсов составит frequency ≈ 1,44 / ((RA + 2RB) * C).
На рисунке 3 приведена номограмма, взятая из даташита. Она позволяет хотя бы приблизительно определить частоту импульсов при каком-либо сочетании времязадающего конденсатора и резисторов. Точнее частота подбирается при расчетах, а в дальнейшем при настройке. Ведь ни для кого не является секретом, что многие формулы в электронике дают результаты достаточно приблизительные.
При пользовании номограммой вполне возможно и обратное, а именно, по заданной частоте подобрать параметры RC цепочки.
Рисунок 3.
Следует обратить внимание еще на такую деталь: ни в одной из формул, приведенных выше, нет напряжения питания. Следовательно, частота колебаний, и их скважность ни в коей степени от питания не зависят. Эти величины устанавливаются только параметрами RC цепочки. От стабильности этих параметров зависит и стабильность частоты импульсов на выходе таймера.
Таинственный вывод 5 CONT
CONT – это сокращение от CONTROL – управление. Именно сюда подается управляющее напряжение, иногда его называют модулирующим. С его помощью можно менять фиксированные значения порогов срабатывания компараторов, что дает возможность изменять время заряда – разряда времязадающего конденсатора. Такое управление позволяет создавать генераторы с ШИМ и времяимпульсной модуляцией сигнала. Схема ШИМ – модулятора показана на рисунке 4, а его временная диаграмма на рисунке 5.
Рисунок 4.
Если внимательно присмотреться к схеме, то можно сказать, что это уже знакомый нам одновибратор. Его описание было приведено в статье «Конструкции на интегральном таймере 555». Только в схеме одновибратора не используется вывод 5 CONT, его просто рекомендуют «заземлить» через конденсатор, показанный пунктирной линией. Временные диаграммы, показанные на рисунке 5, позволяют сделать следующие выводы:
Рисунок 5.
Сам по себе модулятор импульсов не вырабатывает, т.е. генератором не является.
На его вход подаются внешние импульсы, в данном случае с неизменной частотой и скважностью.
На управляющий вход CONT подается переменное модулирующее напряжение, под действием которого изменяются пороги срабатывания входных компараторов. Модулирующее напряжение может подаваться как непосредственно, так и через разделительный конденсатор, о чем сказано в примечании к схеме в даташит.
Пороги срабатывания компараторов определяют напряжение заряда – разряда времязадающего конденсатора C. Что из этого получается наглядно показано на нижней диаграмме на рисунке 5.
Генератор с времяимпульсной модуляцией
Его схема показана на рисунке 6.
Рисунок 6.
Схема в точности повторяет схему мультивибратора, показанную на рисунке 1, только в ней используется вывод 5 CONT, на который подается управляющее напряжение треугольной формы. Временная диаграмма этого генератора показана на рисунке 7.
Следует обратить внимание на то, что на всех временных диаграммах показаны значения времени горизонтальной развертки и чувствительность канала вертикального отклонения. То есть перед нами не просто рисунок «от руки», а настоящие осциллограммы. Поэтому по ним можно определить амплитуду модулирующих напряжений, а также период и частоту входных и выходных импульсов.
Рисунок 7.
Напряжение на конденсаторе, точнее его огибающая, в точности повторяет форму модулирующего сигнала, а частота выходных импульсов изменяется в зависимости от модулирующего напряжения. При минимальном модулирующем напряжении выходная частота генератора максимальна. По мере увеличения этого напряжения частота на выходе падает и достигает минимума, когда модулирующее напряжение доходит до максимума.
Когда модулирующее напряжение, пройдя максимум, начинает падать, выходная частота генератора начинает возрастать, – цикл повторяется снова. Амплитуда заряда – разряда времязадающего кондесатора также меняется под воздействием модулирующего напряжения.
Кроме рассмотренных схем в Data sheet рассматриваются еще схемы упомянутого уже одновибратора, детектора пропадания импульсов, делителя частоты, а также схема последовательного таймера, показанная на рисунке 8.
Рисунок 8.
Логика работы таймера проста: при нажатии на кнопку S запускается таймер A и на выходе Output A появляется напряжение высокого уровня, которое по истечении выдержки, заданной времязадающей цепью RA*CA, переходит в низкий уровень. Отрицательный перепад этого импульса через дифференцирующую цепочку 0,001uF * 33KΩ поступает на вход TRIG следующего одновибратора и запускает его.
На выходе второго одновибратора устанавливается высокий уровень. По завершении выдержки времени второй одновибратор запускает третий. В принципе можно эту последовательную цепь из одновибраторов наращивать до бесконечности. Временная диаграмма для трех ячеек показана на рисунке 9.
Рисунок 9.
Посмотрите в даташите!
Вот такие полезные сведения о работе, в данном случае, интегрального таймера 555 можно почерпнуть, изучив даташит. А то частенько на многих электронных форумах приходится видеть вот такие диалоги: помогите, плиз, собрал схему, а включаешь – не работает. И порой в ответ звучит, мол, смотрите даташит!
Продолжение статьи: Таймер 555. Преобразователи напряжения
