Cuando se desarrollan dispositivos electrónicos, a menudo se hace necesario generar pulsos de una longitud dada o generar una señal rectangular con una frecuencia dada y una cierta relación de longitud a pausa. No será difícil para un diseñador experimentado diseñar un dispositivo de este tipo en elementos digitales separados, pero es más conveniente usar un microcircuito especializado para este propósito.
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¿Qué es el chip NE555 y dónde se puede utilizar?
El chip NE555 se desarrolló en los años 70 del siglo pasado y sigue siendo muy popular entre profesionales y aficionados. Es un temporizador encerrado en una carcasa con 8 pines.Disponible en DIP o varias versiones de montaje en superficie (SMD).
El microcircuito contiene dos comparadores: superior e inferior. En sus entradas se forma una tensión de referencia, igual a 2/3 y 1/3 de la tensión de alimentación. El divisor está formado por resistencias. resistencia 5 kOhm. Los comparadores controlan el flip-flop RS. Un amplificador de búfer y un interruptor de transistor están conectados a su salida. Cada comparador tiene una entrada libre, sirve para suministrar señales de control externas. El comparador superior se activa cuando aparece un nivel alto y cambia la salida del microcircuito a un nivel bajo. La "protección" inferior reduce el voltaje por debajo de 1/3 VCC y establece la salida del temporizador en una unidad lógica.
Las principales características del chip NE555
Las características del temporizador de diferentes fabricantes pueden diferir dentro de pequeños límites, pero nadie tiene desviaciones fundamentales (a excepción de los microcircuitos de origen desconocido, puede esperar algo de ellos):
- La tensión de alimentación se indica de forma estándar de +5 a +15 V, aunque las hojas de datos contienen límites de 4,5 ... 18 V.
- La corriente de salida es de 200 mA.
- El voltaje de salida es un máximo de VCC menos 1,6 V, pero no menos de 2 V con un voltaje de suministro de 5 V.
- El consumo de corriente a 5 V no es más de 5 mA, a 15 V, hasta 13 mA.
- El error en la formación de la duración del pulso no supera el 2,25%.
- La frecuencia máxima de funcionamiento es de 500 kHz.
Todos los parámetros están especificados para una temperatura ambiente de +25 °C.
Ubicación y propósito de los pines
Las salidas del temporizador están dispuestas de forma estándar, independientemente del diseño de la caja, en orden ascendente desde la tecla en el sentido contrario a las agujas del reloj (visto desde arriba), del 1 al 8. Cada salida tiene su propio propósito:
- TIERRA – cable de alimentación común del dispositivo.
- TRIGONOMETRÍA - cuando se aplica un nivel bajo, inicia el segundo comparador (más bajo según el esquema), aparece una unidad lógica en su salida, configurando el flip-flop RS interno a 0. Se le conecta un circuito RC de temporización externo. Tiene prioridad sobre THR.
- AFUERA - salida. El nivel alto de la señal es ligeramente inferior a la tensión de alimentación, el nivel bajo es de 0,25 V.
- REINICIAR - Reiniciar. Independientemente de las señales en otras entradas, si hay un nivel bajo, restablece la salida a 0 y deshabilita el temporizador.
- CONTROL - administración. Siempre tiene un nivel 2/3 del voltaje del riel de alimentación. Aquí puede aplicar una señal externa y modular la salida con ella.
- THR - cuando aparece un nivel alto (más de 2/3 de la fuente de alimentación), el primer disparador (superior según el esquema) se establece en 1 y el interno Chanclas RS pasa al estado de una unidad lógica.
- DIS - la descarga del condensador de puesta en hora. Cuando aparece un disparador de alto nivel en la salida, el transistor interno se abre y se produce una descarga rápida. El temporizador está listo para el siguiente ciclo de funcionamiento.
- CCV - Salida de potencia. Puede ser alimentado con tensión de 5 a 15 V.
Descripción de los modos de funcionamiento del chip NE555
Aunque la arquitectura del temporizador permite su uso en una variedad de modos, hay tres modos típicos de operación para el NE555.
Vibrador único (multivibrador en espera)
Posición inicial:
- entrada 2 nivel lógico alto;
- en las entradas R y S del gatillo - ceros;
- salida de disparo - 1;
- el transistor del circuito de descarga está abierto, el condensador C está en derivación;
- la salida 3 es el nivel 0.
Cuando aparece un nivel cero en la entrada 2, el comparador inferior cambia a 1, cambiando el gatillo a 0. Aparece un nivel alto en la salida del microcircuito.Al mismo tiempo, el transistor se cierra y deja de derivar el condensador. Comienza a cargarse a través de la resistencia R. Tan pronto como el voltaje alcance los 2/3 de VCC, el comparador superior funcionará, establecerá el gatillo nuevamente en 1 y la salida del temporizador en 0. El transistor se encenderá y descargará la capacitancia. . Por lo tanto, se formará un pulso positivo en la salida, cuyo comienzo está determinado por una señal externa en la entrada 2, y la finalización depende del tiempo de carga del capacitor, que se calcula mediante la fórmula t=1.1⋅R⋅ C.
multivibrador
Cuando se aplica energía, el capacitor se descarga, en la entrada 2 (y 6) 0 lógico, en la salida del temporizador 1 (este proceso se describe en la sección anterior). Después de cargar la capacitancia a través de R1 y R2 al nivel de 2/3 VCC, un nivel alto en la entrada 6 cambiará la salida 3 a cero y el transistor de descarga se encenderá. Pero el condensador no se descargará directamente, sino a través de R2. Como resultado, el circuito volverá a su posición original y el ciclo se repetirá una y otra vez. A partir de la descripción del proceso, se puede ver que el tiempo de carga está determinado por la suma de las resistencias R1, R2 y la capacitancia del capacitor, y el tiempo de descarga está establecido por R1 y C. En lugar de R1 y R2, puede poner resistencias variables y controlar rápidamente la frecuencia y el ciclo de trabajo de los pulsos. Fórmulas para el cálculo:
- duración del pulso t1=0.693⋅(R1+R2)⋅C;
- duración de la pausa t2=0.693⋅R2⋅C;
- tasa de repetición de pulsos f=1/(0.693(R1+2⋅R2)⋅C.
El tiempo de pausa no puede exceder el tiempo de pulso. Para sortear esta limitación, los circuitos de carga y descarga se separan al incluir un diodo en el circuito (cátodo al pin 6, ánodo al pin 7).
Schmitt Trigger
En el chip 555, puede construir un disparador Schmitt.Este dispositivo convierte una señal que cambia lentamente (sinusoide, diente de sierra, etc.) en una onda cuadrada. Aquí, los circuitos de temporización no se utilizan, la señal se alimenta a las entradas 2 y 6, interconectadas. Cuando se alcanza el umbral de 2/3 VCC, el voltaje de salida cambia abruptamente a 1, cuando cae al nivel de 1/3, también disminuye abruptamente a cero. La zona de ambigüedad es 1/3 de la tensión de alimentación.
Ventajas y desventajas
La principal ventaja del chip NE555 es su facilidad de uso: para construir un circuito, es suficiente un pequeño enlace, que se presta bien para el cálculo. Al mismo tiempo, el costo del dispositivo es bajo.
La principal desventaja del temporizador es la pronunciada dependencia de la duración del pulso en el voltaje de suministro. Esto se debe al hecho de que el capacitor en el circuito de vibrador único o multivibrador se carga a través de una resistencia (oa través de dos), y la terminal superior de la resistencia está conectada al bus de suministro. La corriente a través de la resistencia está formada por el voltaje VCC: cuanto mayor sea, mayor será la corriente, más rápido se cargará el capacitor, antes funcionará el comparador, más corto será el intervalo de tiempo generado. Por alguna razón desconocida, este momento no está en la documentación técnica, pero los desarrolladores lo conocen bien.
Otro inconveniente del temporizador es que los voltajes de umbral de los comparadores están formados por divisores internos y no se pueden ajustar. Esto limita las posibilidades de aplicación de NE555.
Y una característica más desagradable. En relación con el esquema push-pull para construir la etapa de salida, en el momento de la conmutación (cuando el transistor superior ya está abierto y el inferior aún no está cerrado, o viceversa) hay un pulso de corriente pasante. Su duración es corta, pero provoca un calentamiento adicional del microcircuito y genera interferencias en los circuitos de potencia.
¿Cuáles son los análogos?
Durante la existencia del temporizador, se han desarrollado y lanzado una gran cantidad de clones. Son producidos por varias compañías, pero todos contienen el número 555 en el nombre.Entre las fábricas que producen análogos, hay fabricantes populares de componentes electrónicos y fabricantes desconocidos del sudeste asiático. Si los primeros proporcionan los parámetros declarados, entonces no se deben esperar garantías de los segundos. Las desviaciones de las características declaradas pueden ser grandes.
En la URSS, se desarrolló un temporizador KR1006VI1 similar. Su funcionalidad es exactamente la misma que la original, con una excepción: su salida 2 tiene prioridad sobre la salida 6 (y no al revés, como NE555). Esto debe tenerse en cuenta al diseñar esquemas. Y una cosa más: el índice КР significa que el microcircuito se produce solo en el paquete DIP8.
Ejemplos de uso práctico
El alcance de la aplicación práctica del temporizador es amplio, en el marco de esta revisión, no será posible cubrir completamente el tema. Pero vale la pena considerar los ejemplos más comunes.
En el modo de vibrador único en varios microcircuitos, es posible construir un bloqueo de código con un límite de tiempo para marcar el código. Otra forma es usarlo como un dispositivo de señalización para alcanzar un nivel de umbral (luminancia, nivel de llenado del tanque, etc.) junto con varios sensores.
En el modo multivibrador (modo astable), el temporizador encuentra la aplicación más amplia. En varios temporizadores, puede construir un interruptor de guirnalda con regulación separada de la frecuencia de parpadeo, el tiempo de encendido y el tiempo de pausa.Es posible usar NE555 como base para un relé de tiempo y formar un tiempo de encendido del consumidor de 1 a 25 segundos. Puedes construir un metrónomo para un músico. Este es el modo de chip más utilizado y es imposible describir todas las aplicaciones.
Como disparador Schmitt, el temporizador se usa con poca frecuencia. Pero en el modo biestable sin elementos de ajuste de frecuencia, el NE555 se usa como un antirrebote o un interruptor de dos botones en el modo de arranque y parada. De hecho, solo se utiliza el flip-flop RS integrado. También se sabe construir un controlador PWM basado en el temporizador.
Hay colecciones de circuitos que describen varias aplicaciones del temporizador NE555. Describen miles de formas de usar el chip. Pero incluso esto puede no ser suficiente para la mente inquisitiva del diseñador, y encontrará un uso adicional del temporizador que aún no se ha descrito en ninguna parte. Las posibilidades establecidas por los desarrolladores del microcircuito lo permiten.
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