NE555.pdf

Najsłynniejsze aplikacje

NE555

W żadnej chyba dziedzinie

techniki postęp nie jest tak szybki,

jak w elektronice. Ktoś kiedyś po−

wiedział, że gdyby przemysł samo−

chodowy rozwijał się w takim tem−

pie jak elektroniczny, to dzisiaj jeździ−

libyśmy samochodem kupionym za

dolara i przejeżdżającym tysiąc kilo−

metrów na litrze benzyny. To praw−

da, porównanie konserwatywnego

w założeniu przemysłu samochodo−

wego z elektronicznym wypada ża−

łośnie dla tego pierwszego! Szcze−

gólnie w ostatnich latach postęp

w elektronice pędzi w szalonym

tempie. Wyjątkowo spektakularnym

tego przykładem jest informatyka.

AJSŁ YNNIEJSZE

YNNIEJSZE

APLIKACJE

Czy zatem jest w takiej sytuacji możli−

we, aby układ scalony wyprodukowany

prawie ćwierć wieku temu miał nadal za−

stosowanie użytkowe? Ćwierć wieku to

w elektronice całe epoki, wystarczy

uprzytomnić sobie, że pół wieku temu

elektronika w naszym dzisiejszym rozu−

mieniu właściwie nie istniała! A jednak

jest to możliwe, takie układy istnieją i nic

nie wskazuje, aby miano zaprzestać ich

produkcji. Dwoma z nich są legendarne

już „ajsielki” – ICL7106 i ICL7107. Przez

ponad dwadzieścia lat nie potrafiono wy−

myśleć niczego lepszego, co mogłoby

służyć do pomiaru napięcia i obrazowania

wyników pomiaru na wyświetlaczu 3,5

cyfry i nie zanosi się na to, aby w najbliż−

szym czasie wymyślono. Ciekawe, ile

„ajsielek” wyprodukowano na świecie,

setki tysięcy czy może miliony?

W pewnym sensie „wiecznymi” ukła−

dami jest także rodzina TTL. Przeszły one

jednak liczne przeobrażenia i dzisiaj już

nikt nie produkuje tych układów w wersji

standard. Jednak w dalszym ciągu, pomi−

mo wytwarzanie układów o coraz więk−

szej skali integracji, niekiedy nie można

się obyć np. bez popularnej „zerówki”

(74xx00).

Jeszcze jednym przykładem nieśmier−

telnego układu jest z pewnością 723. Ten

scalony stabilizator napięcia zrobił kiedyś

prawdziwą furorę. W epoce, kiedy niepo−

dzielnie panowały kapryśne i trudne

w uruchamianiu stabilizatory tranzystoro−

we 723 był prawdziwą rewelacją i nie bez

powodu wytwarzany był przez większość

producentów półprzewodników. Dzisiaj,

kiedy niepodzielnie panują monolityczne

scalone stabilizatory mocy, gwiazda tego

układu nieco przygasła. Niemniej nadal

jest produkowany i nieraz okazuje się nie−

zastąpiony dla projektanta (o czym niedł−

ugo się przekonamy).

Dziś zajmiemy się jednym z najsław−

niejszych układów scalonych jakie kiedy−

kolwiek wyprodukowano. Układ ten, rów−

nie sędziwy jak 723, jest nadal produko−

wany i z pewnością przez najbliższe lata

jego produkcja nie będzie się zmniejszać.

W karierze dopomagała mu znakomita re−

klama. Ukazało się na jego temat dziesiąt−

ki, a może setki artykułów w prasie dla

elektroników. Napisano też o nim wiele

książek zawierających jego szczegółowy

opis i setki przykładów aplikacji. Jest to

układ wyjątkowo atrakcyjny dla amato−

rów: bardzo tani i „potrafi wszystko”.

Kim jest więc ten z takim zachwytem opi−

sywany „gwiazdor filmowy”? Znacie go

bardzo dobrze, grywał zarówno główne

jak i drugoplanowe role w projektach pub−

likowanych w EdW. Ze szczególnym upo−

dobaniem stosował go w swoich kon−

strukcjach niżej podpisany, narażając się

na przypuszczenia, że przez całe życie

nauczył się zasad działania tylko tej jednej

kostki. Mowa tu oczywiście o

NE555

Nie obawiajcie się, Drodzy Czytelnicy,

autor nie ma zamiaru pisać powieści w od−

cinkach na temat NE555. Omówimy tylko

pokrótce najważniejsze parametry układu,

zapoznamy się z jego „pinologią” czy też

inaczej „nóżkologią” i co może najważniej−

sze: podamy kilka przykładów zastosowa−

nia tej kostki. Będą to proste schemaciki,

zaczerpnięte bądź z „dorobku” autora,

bądź z innych pism i książek. I na zakoń−

czenie tego przydługiego wstępu jeszcze

jedna sprawa, a właściwie prośba do Czy−

Tabela 1

Parametry dopuszczalne układu NE555

Maksymalne napięcie zasilania:

+18 VDC

Maksymalna moc rozpraszana:

600mW

Maksymalny prąd na wyjściu:

100mA

Dopuszczalny zakres temperatury otoczenia:

0...70°C*

Maksymalna temperatura lutowania (10 sek.):

300°C

*) Istnieją wersje 555 przystosowane do pracy w zakresie –55 ... +125°C

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/97

N AJS

Najsłynniejsze aplikacje

Rys. 1a. Uproszczony schemat wewnętrzny

układu 555

Rys. 1b. Szczegółowy schemat wewnętrzny układu 555 w wersji bipolarnej

telników: wymyślcie Coś Zupełnie Nowe−

go z wykorzystaniem NE555! Na tej kos−

tce podobno zbudowano nawet odbiornik

radiowy . Ruszcie więc głowami i zadziw−

cie świat Czymś Zupełnie Nowym Na

555. Dla autora najlepszego opracowania

czeka miła niespodzianka. A teraz wracaj−

my do naszego Gwiazdora, bohatera tego

numeru EdW.

NE555 jest monolitycznym układem

scalonym przeznaczonym do generowa−

nia bądź pojedynczych impulsów, bądź do

wytwarzania ciągów przebiegów prosto−

kątnych. Tak więc układ może pracować

jako generator monostabilny i potrzebuje

wtedy jedynie dwóch elementów zewnęt−

rznych: kondensatora i rezystora. Przy pra−

cy jako generator astabilny potrzebne są

już trzy elementy; jeden kondensator

i dwa rezystory. Już w tym momencie mo−

żemy uznać jedną z zalet tej kostki, jaką

jest mała ilość elementów dyskretnych

w podstawowych aplikacjach.

W pierwszej kolejności zapoznamy się

z podstawo wymi parametrami układu

oraz, co bardzo ważne z parametrami gra−

nicznymi, których przekroczenie grozi

uszkodzeniem struktury kostki (tabela 1).

Z konieczności dane te będą miały cha−

rakter skrótowy, a bardziej dociekliwych

Czytelników zapraszamy do lektury biule−

tynu USKA UA6/94.

Tak więc, zanim dowiemy się co z tą

kostką można zrobić,zobaczmy czego ro−

bić nie należy, aby nie zrobić jej krzywdy.

Parametry charakterystyczne NE555

znajdziesz w tabeli 2.

Na rysunku 1a przedstawiono wnętrzno−

ści NE555, oczywiście w dużym uprosz−

czeniu, jako bloki funkcjonalne i układ lo−

giczny. Pełny schemat wewnętrzny przed−

stawiony jest na rysunku 1b. Układ 555

składa się z czterech podstawowych blo−

ków funkcjonalnych:

1.Komparatora K1, którego zadaniem

jest włączanie przerzutnika.

2.Komparatora K2 wyłączającego prze−

rzutnik

3.Przerzutnika P, przedstawionego na ry−

sunku jako kombinacja logiczna

4.Tranzystora rozładowującego T1

Wartości wszystkich trzech rezysto−

rów dzielnika napięcia są sobie równe (5k

każdy), co wyznacza napięcia progowe

dla komparatorów: 1/3 napięcia zasilania

dla K2 i 2/3 napięcia zasilania dla K1. Je−

żeli napięcie na wejściu TRIGGER (pin 2)

spadnie poniżej 1/3 napięcia zasilania to

przerzutnik zostanie włączony. Z kolei

wzrost napięcia na wejściu TRESHOLD

(pin 6) powyżej 2/3 napięcia zasilania po−

woduje natychmiastowe wyłączenie

przerzutnika i przejście wyjścia układu

w stan niski. W tym stanie włącza się

tranzystor T1 powodując rozładowanie

kondensatora, zwykle dołączonego do

wyjścia DISCHARGE.

Przejdźmy teraz do szczegółów, czyli

do opisu wszystkich wyprowadzeń

NE555. Na rysunku 2 pokazana jest obu−

dowa NE555 oraz obudowa „braci syjam−

skich” dwóch 555 umieszczonych w jed−

nej strukturze układu NE556. Istniała

jeszcze wersja NE555 umieszczona

w obudowie DIP14. Był to jednak marny

pomysł i obecnie ten dziwoląg nie jest już

produkowany.

Pin 1. Jest to wejście zasilania, połączo−

ne z masą układu GND.

Pin 2. Wejście wyzwalające TRIGGER.

Podanie na to wejście napięcia mniej−

szego od 1/3 napięcia zasilania powodu−

je wyzwolenie układu i przejście wyjścia

OUT w stan wysoki. Stan ten będzie

trwał do momentu, kiedy napięcie na

wejściu TRESHOLD przekroczy 2/3 na−

pięcia zasilania. Przy pracy NE555 w try−

bie monostabilnym wejście TRIGGER

„podwieszone” jest do plusa zasilania

Tabela 2

Parametry charakterystyczne NE555

Napięcie zasilania

4,5 ... 16V (*

Prąd zasilania (stan niski na wyjściu) przy 5V

3mA

Prąd zasilania (stan niski na wyjściu) przy 15V

10 mA

Napięcie wyjścia w stanie niskim przy prądzie

wpływającym 10 mA (15V)

0,1V

Napięcie wyjścia w stanie niskim przy prądzie

wpływającym 100 mA (15V)

Napięcie wyjścia w stanie niskim przy prądzie

wpływającym 200 mA (15V)

2,5V

Napięcie wyjścia w stanie wys. przy prądzie

wypływającym 100 mA (15V)

13,5V

Napięcie wyjścia w stanie wys. przy prądzie

wypływającym 200 mA (15V)

12,5V

Rys. 2. Wyprowadzenia układów 555

i 556

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/97

Najsłynniejsze aplikacje

za pomocą rezystora lub połączone jest

z wyjściem innego układu, na którym

zwykle panuje stan wysoki. Podczas

projektowania układów należy zwrócić

uwagę, aby ujemny impuls wyzwalający

był zawsze krótszy od impulsu wyjścio−

wego. Nie spełnienie tego warunku spo−

woduje błędną pracę układu (przedłuża−

nie impulsów wyjściowych). Gdyby po−

wyższy warunek nie mógł być spełnio−

ny, to należy zastosować na wejściu

TRIGGER prosty układ różniczkujący,

złożony z kondensatora małej pojemnoś−

ci i rezystora.

Podczas pracy w trybie astabilnym,

kiedy to kondensator nie rozładowuje się

natychmiastowo, wejście TRIGGER jest

zwykle z nim połączone.

Rys. 3. Podstawowe układy pracu układu 555

pięcia. Wejście to daje, między innymi,

możliwość zastosowania NE555 jako

prostego VCO (Voltage Controlled Oscila−

tor – oscylator przestrajany napięciem).

Jest to interesujące dla konstruktorów

budujących np. proste nadajniki do prze−

kazywania sygnałów audio w podczerwie−

ni. Wejście to może być także użyteczne

przy budowie syren i sygnalizatorów

akustycznych. Jeżeli nie korzystamy z te−

go wejścia, to dobrą praktyką jest połą−

czenie go z masą za pośrednictwem kon−

densatora o pojemności rzędu 10 ... 22nF.

go od 2/3 napięcia zasilania spowoduje

natychmiastowe ustawienie stanu niskie−

go na wyjściu OUT.

7. DISCHARGE – jest to wyprowadzenie

kolektora tranzystora wewnętrznego, słu−

żące w typowych aplikacjach do rozłado−

wywania kondensatora zewnętrznego.

W monostabilnym trybie pracy konden−

sator zwierany jest bezpośrednio przez

tranzystor. Należy więc unikać stosowa−

nia zbyt dużych jego pojemności (chociaż

producenci jej nie ograniczają), aby nie

doprowadzić do przegrzania struktury

tranzystora.

8. Jest to wejście dodatniego bieguna za−

silania Vcc.

Tyle o wyprowadzeniach układu

NE555 i pełnionych przez nie funkcjach.

Przeanalizujmy jeszcze działanie 555

w dwóch typowych trybach pracy: mo−

nostabilnym i astabilnym. Na rysun−

ku 3 zamieszczono schematy najprojst−

szych aplikacji dla wymienionych trybów

pracy.

3. Wyjście układu OUT

4. Wejście RESET. Podanie na to wejście

stanu niskiego spowoduje natychmiasto−

we zakończenie wszystkich funkcji wyko−

nywanych przez układ. Wyjście zostanie

ustawione w stan niski, przerzutnik wy−

zerowany i kondensator zewnętrzny roz−

ładowany. W wielu zastosowaniach we−

jście to służy do kluczowania pracy gene−

ratora astabilnego przez zewnętrzne ukła−

dy cyfrowe.

5. Wejście CONTROL. Jest to dodatkowe

wyprowadzenie mogące służyć zmianie

proporcji wartości rezystorów wchodzą−

cych w skład wewnętrznego dzielnika na−

6. TRESHOLD – wejście komparatora

wyłączającego przerzutnik wewnętrzny.

Podanie na to wejście napięcia większe−

1. Tryb monostabilny

Działanie układu rozpoczyna się w mo−

mencie powstania na wejściu wyzwalają−

cym TRIGGER napięcia niższego od 1/3

napięcia zasilania. Do tego momentu wy−

jście układu było w stanie niskim i tran−

zystor wewnętrzny zwierał kondensator

C do masy. Podanie ujemnego impulsu

na wejście wyzwalające powoduje na−

tychmiastowe włączenie wewnętrznego

przerzutnika i powstanie na wyjściu ukła−

du stanu wysokiego. Kondensator

C przestaje być zwierany do masy i roz−

poczyna się proces jego ładowania. Czas

ładowania określony jest pojemnością

C i rezystancją R. Możemy go łatwo obli−

czyć z wzoru:

T [s] = 1,1 x R[

] x C[F].

Proces ładowania trwa aż do momen−

tu naładowania kondensatora do pozio−

mu 2/3 napięcia zasilania. Kiedy ten po−

ziom napięcia zostaje osiągnięty, kompa−

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/97

Najsłynniejsze aplikacje

2. Tryb astabilny

Analizę pracy NE555 w try−

bie astabilnym rozpoczniemy

od momentu włączenia zasi−

lania lub podania stanu wyso−

kiego na wejście RESET. Do

tego momentu kondensator

była rozładowany, na wejściu

TRIGGER połączonym tym

razem z wejściem TRES−

HOLD napięcie wynosiło 0.

Tak więc, natychmiast po uru−

chomieniu układu przerzutnik

wewnętrzny włącza się i na

wyjściu ustawiony zostaje

stan wysoki. Kondensa−

tor C ładuje się poprzez rezystory R1 i R2

i po osiągnięciu napięcia równego 2/3 na−

pięcia zasilania przerzutnik wyłącza się. Na

wyjściu ustawiony zostanie stan niski

i kondensator zaczyna się rozładowywać,

ale tym razem poprzez rezystor R2. Po cza−

sie określonym przez pojemność C i rezys−

tancję R2 napięcie na kondensatorze spa−

da do 1/3 napięcia zasilania, przerzutnik

włącza się i cały cykl rozpoczyna się od po−

czątku. Układ generuje ciąg impulsów

prostokątnych aż do momentu jego zablo−

kowania stanem niskim na wejściu RESET

lub do wyłączenia zasilania.

Uważny obserwator z pewnością za−

uważył już pewną wadę układu NE555

pracującego w trybie astabilnym. Przy

wyłączonym zasilaniu, tak jak podczas

trwania stanu niskiego na wejściu RESET

kondensator jest całkowicie rozładowany

i pierwsze jego ładowania odbywa się od

0 do 2/3Ucc. Następne ładowania wyma−

gają zmiany poziomu napięcia tylko od

1/3 do 2/3Ucc. A zatem pierwszy impuls

dodatni wygenerowany przez układ bę−

dzie nieco dłuższy od następnych. Musi−

my o tym pamiętać podczas projektowa−

nia układów, ale jak zaradzić temu niepo−

żądanemu zjawisku? Może Czytelnicy od−

powiedzą na to pytanie?

Częstotliwość pracy generatora asta−

bilnego z NE555 możemy łatwo obliczyć

z wzoru:

f[Hz] = 1,49 / (R1 +R2 [

rator wyłącza przerzutnik wewnętrzny,

wyjście układu ustawiane jest w stan nis−

ki i kondensator zostaje rozładowany.

Układ pozostaje w stanie oczekiwania na

kolejny impuls wyzwalający.

Tryb monostabilny

Tryb astabilny R=R A +R B

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 7/97

]) x C[F].

Korzystanie z wzorów nie zawsze jest

wygodne. Nie zawsze potrzebujemy du−

żej dokładności obliczeń i dlatego w co−

dziennej praktyce wygodnie posługiwać

się nomogramami. Poniżej załączamy

podstawowe nomogramy dla NE555.

Zbigniew Raabe

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: