Thể loại: Bài viết nổi bật » Điện tử thực hành
Số lượt xem: 113767
Bình luận về bài viết: 5
Hẹn giờ tích hợp NE555 - lịch sử, thiết kế và vận hành
Lịch sử tạo ra một con chip rất phổ biến và mô tả cấu trúc bên trong của nó
Một trong những huyền thoại của điện tử là chip mạch tích hợp NE555. Nó được phát triển trở lại vào năm 1972. Tuổi thọ như vậy là xa so với mọi chip và thậm chí không phải mọi bóng bán dẫn có thể tự hào. Vì vậy, có gì đặc biệt về microcircuit này, trong đó có ba fives trong đánh dấu của nó?
Signics ra mắt sản xuất hàng loạt chip NE555 chính xác một năm sau nó được phát triển bởi Hans R. Kamensind. Điều tuyệt vời nhất trong câu chuyện này là vào thời điểm đó Kamensind thực sự thất nghiệp: anh ấy đã rời khỏi PR Mallory, nhưng không thể đi đến đâu được. Trên thực tế, đó là một bài tập về nhà của J.
Con chip đã nhìn thấy ánh sáng trong ngày và đạt được danh tiếng và sự nổi tiếng lớn như vậy nhờ vào nỗ lực của người quản lý Signics Art Fury, người, tất nhiên, là một người bạn của Kamensind. Anh ấy từng làm việc cho General Electric, vì vậy anh ấy biết thị trường điện tử những gì cần thiết ở đó và làm thế nào để thu hút sự chú ý của một người mua tiềm năng.
Theo hồi ký của Kamensinda A. Fury là một người đam mê thực sự và là người yêu nghề của ông. Ở nhà, anh có cả một phòng thí nghiệm chứa đầy các thành phần vô tuyến, nơi anh thực hiện nhiều nghiên cứu và thí nghiệm khác nhau. Điều này làm cho nó có thể tích lũy kinh nghiệm thực tế rộng lớn và đào sâu kiến thức lý thuyết.
Vào thời điểm đó, các sản phẩm của Signics được gọi là 51, và A. Fury, người có kinh nghiệm về thị trường điện tử, đã quyết định rằng việc đánh dấu 555 (ba lần) sẽ được chào đón nhất đối với chip mới. Và anh ta đã không nhầm: microcircuit đơn giản giống như những chiếc bánh nóng hổi, nó có lẽ đã trở nên lớn nhất trong toàn bộ lịch sử của việc tạo ra các vi mạch. Điều thú vị nhất là microcircuit đã không mất đi sự liên quan của nó cho đến ngày nay.
Một ngày sau đó, hai chữ cái xuất hiện trong phần đánh dấu của microcircuit, nó được gọi là NE555. Nhưng vì trong những ngày đó, có một mớ hỗn độn trong hệ thống bằng sáng chế, đồng hồ bấm giờ tích hợp đã vội vã giải phóng tất cả những người không lười biếng, tự nhiên, đặt ba (đọc) thư của bạn trước ba người. Sau đó, dựa trên bộ định thời 555, bộ định thời kép (IN556N) và bộ tứ (IN558N) đã được phát triển, tất nhiên, trong các trường hợp nhiều pin hơn. Nhưng cơ sở vẫn là NE555.
Hình. 1. Hẹn giờ tích hợp NE555
555 ở Liên Xô
Mô tả đầu tiên về 555 trong tài liệu kỹ thuật vô tuyến trong nước đã xuất hiện vào năm 1975 trên tạp chí Điện tử. Các tác giả của bài báo lưu ý thực tế rằng con chip này sẽ được hưởng không kém phổ biến so với các bộ khuếch đại hoạt động được biết đến rộng rãi tại thời điểm đó. Và họ hoàn toàn không nhầm. Microcircuit cho phép tạo ra các thiết kế rất đơn giản và gần như tất cả chúng bắt đầu hoạt động ngay lập tức mà không cần điều chỉnh đau đớn. Nhưng người ta biết rằng độ lặp lại của thiết kế tại nhà tăng tỷ lệ thuận với bình phương đơn giản của nó.
Ở Liên Xô vào cuối những năm 80, một loại tương tự hoàn toàn của 555 đã được phát triển, được gọi là KR1006VI1. Ứng dụng công nghiệp đầu tiên của chất tương tự trong nước là trong máy quay video Điện tử VCR12.
Nhà sản xuất chip NE555:
Chip thiết bị nội bộ NE555
Trước khi lấy bàn ủi hàn và bắt đầu lắp ráp cấu trúc trên bộ hẹn giờ tích phân, trước tiên chúng ta hãy tìm hiểu những gì bên trong và cách thức hoạt động của tất cả. Sau đó, sẽ dễ dàng hơn nhiều để hiểu làm thế nào một chương trình thực tế cụ thể hoạt động.
Bộ đếm thời gian tích hợp chứa hơn hai mươi bóng bán dẫnkết nối được hiển thị trong hình - https://electro-vi.tomathouse.com/555ic.jpg
Như bạn có thể thấy, sơ đồ mạch khá phức tạp và chỉ được đưa ra ở đây để biết thông tin chung.Rốt cuộc, dù sao đi nữa, bạn cũng có thể vào được nó bằng một que hàn, bạn đã có thể sửa chữa nó. Thực tế, đây chính xác là những gì tất cả các vi mạch khác, cả kỹ thuật số và analog, nhìn từ bên trong (xem - Chip tương tự huyền thoại). Đó là công nghệ sản xuất mạch tích hợp. Cũng không thể hiểu toàn bộ logic của thiết bị bằng sơ đồ như vậy, do đó sơ đồ chức năng được hiển thị bên dưới và mô tả của nó được đưa ra.
Dữ liệu kỹ thuật
Nhưng, trước khi bạn xử lý logic của chip, có lẽ bạn nên mang theo các thông số điện của nó. Phạm vi của điện áp cung cấp đủ rộng 4,5 ... 18V và dòng điện đầu ra có thể đạt tới 200mA, cho phép sử dụng các rơle công suất thấp thậm chí làm tải. Bản thân chip tiêu thụ rất ít: chỉ thêm 3 ... 6 mA vào dòng tải. Đồng thời, độ chính xác của bộ định thời thực tế không phụ thuộc vào điện áp cung cấp - chỉ bằng 1 phần trăm của giá trị tính toán. Độ trôi chỉ 0,1% / volt. Độ trôi nhiệt độ cũng nhỏ - chỉ 0, 005% / ° C. Như bạn thấy, mọi thứ đều khá ổn định.
Sơ đồ chức năng của NE555 (KR1006VI1)
Như đã đề cập ở trên, tại Liên Xô, họ đã tạo ra một sự tương tự của NE555 tư sản và gọi nó là KR1006VI1. Sự tương tự hóa ra rất thành công, không thua kém gì bản gốc, vì vậy bạn có thể sử dụng nó mà không có bất kỳ sự sợ hãi hay nghi ngờ nào. Hình 3 cho thấy sơ đồ chức năng của bộ định thời tích hợp KR1006VI1. Nó hoàn toàn phù hợp với chip NE555.
Hình 3. Sơ đồ chức năng của bộ định thời tích hợp KR1006VI1
Bản thân con chip này không quá lớn - nó có sẵn trong gói DIP8 tám chân, cũng như trong SOIC8 cỡ nhỏ. Điều thứ hai cho thấy rằng 555 có thể được sử dụng để chỉnh sửa SMD, nói cách khác, các nhà phát triển vẫn có hứng thú với nó.
Ngoài ra còn có một vài yếu tố bên trong microcircuit. Cái chính là RS phổ biến nhất là một kích hoạt DD1. Khi một đơn vị logic được đưa vào đầu vào R, kích hoạt được đặt lại về 0 và khi một đơn vị logic được đưa vào đầu vào S, nó sẽ tự nhiên được đặt thành một. Để tạo tín hiệu điều khiển trên RS - đầu vào mạch đặc biệt trên bộ so sánh, sẽ được thảo luận một chút sau.
Tất nhiên, các mức vật lý của một đơn vị logic phụ thuộc vào điện áp cung cấp được sử dụng và thực tế nằm trong khoảng từ Upit / 2 đến Upit gần như đầy đủ. Khoảng tỷ lệ tương tự được quan sát cho các vi mạch logic của cấu trúc CMOS. Số 0 hợp lý là, như thường lệ, trong vòng 0 ... 0,4V. Nhưng những cấp độ này nằm trong microcircuit, bạn chỉ có thể đoán về chúng, nhưng bạn có thể cảm nhận chúng bằng tay của mình, bạn có thể nhìn thấy bằng mắt.
Giai đoạn đầu ra
Để tăng khả năng tải của chip, một giai đoạn đầu ra mạnh mẽ trên các bóng bán dẫn VT1, VT2 được kết nối với đầu ra của bộ kích hoạt.
Nếu kích hoạt RS - được đặt lại, thì đầu ra (chân 3) chứa điện áp bằng 0 logic, tức là bóng bán dẫn mở VT2. Trong trường hợp khi kích hoạt được cài đặt ở đầu ra, mức của đơn vị logic cũng là.
Giai đoạn đầu ra được thực hiện bởi một mạch kéo đẩy, cho phép bạn kết nối tải giữa đầu ra và dây chung (đầu cuối 3.1) hoặc bus công suất (đầu cuối 3.8).
Một nhận xét nhỏ về giai đoạn đầu ra. Khi sửa chữa và điều chỉnh các thiết bị trên các vi mạch kỹ thuật số, một trong những phương pháp để kiểm tra mạch là cung cấp tín hiệu mức thấp cho các đầu vào và đầu ra của vi mạch. Theo quy định, điều này được thực hiện bằng cách rút ngắn dây chung của các đầu vào và đầu ra này với sự trợ giúp của kim may, trong khi không gây ra bất kỳ tác hại nào cho vi mạch.
Trong một số mạch, nguồn điện NE555 là 5V, vì vậy có vẻ như đây cũng là logic kỹ thuật số và bạn cũng có thể làm điều đó khá tự do. Nhưng trong thực tế điều này không phải như vậy. Trong trường hợp chip 555, hay đúng hơn, với đầu ra kéo đẩy của nó, "thí nghiệm" đó không thể được thực hiện: nếu bóng bán dẫn đầu ra VT1 tại thời điểm này mở, thì một mạch ngắn sẽ tắt và bóng bán dẫn sẽ bị cháy. Và nếu điện áp cung cấp gần với mức tối đa, thì một kết thúc đáng trách chỉ đơn giản là không thể tránh khỏi.
Transitor bổ sung (pin 7)
Ngoài các bóng bán dẫn được đề cập, còn có một bóng bán dẫn VT3. Bộ thu của bóng bán dẫn này được kết nối với đầu ra của chip 7 "Xả". Mục đích của nó là xả tụ điện cài đặt thời gian khi sử dụng vi mạch làm máy phát xung. Sự phóng điện của tụ điện xảy ra khi kích hoạt DD1 được thiết lập lại. Nếu chúng ta nhớ lại mô tả của bộ kích hoạt, thì ở đầu ra nghịch đảo (được biểu thị bằng một vòng tròn trong sơ đồ) tại thời điểm này có một đơn vị logic, dẫn đến việc mở bóng bán dẫn VT3.
Giới thiệu về tín hiệu đặt lại (chân 4)
Bạn có thể thiết lập lại trình kích hoạt bất cứ lúc nào - tín hiệu Cài đặt lại thành công có mức độ ưu tiên cao. Để làm điều này, có một đầu vào đặc biệt R (chân 4), được chỉ định trong hình là Usbr. Như có thể hiểu từ hình vẽ, thiết lập lại sẽ xảy ra nếu xung mức thấp không quá 0,7V được áp dụng cho đầu ra thứ 4. Đồng thời, một điện áp mức thấp sẽ xuất hiện ở đầu ra của vi mạch (chân 3).
Trong trường hợp đầu vào này không được sử dụng, một mức đơn vị logic được áp dụng cho nó để loại bỏ nhiễu xung. Cách dễ nhất để làm điều này là bằng cách kết nối trực tiếp pin 4 với bus điện. Trong mọi trường hợp, bạn không nên để nó, như họ nói, trong "không khí". Sau đó, bạn sẽ phải tự hỏi và suy nghĩ trong một thời gian dài, và tại sao mạch hoạt động không ổn định?
Ghi chú kích hoạt chung
Để không bị nhầm lẫn hoàn toàn về trạng thái của trình kích hoạt, cần nhớ lại rằng trong các cuộc thảo luận về trình kích hoạt, trạng thái thoát trực tiếp của nó luôn được tính đến. Chà, nếu người ta nói rằng trình kích hoạt là đã cài đặt, thì trên đầu ra trực tiếp trạng thái của đơn vị logic. Nếu họ nói rằng kích hoạt là "thiết lập lại", thì đầu ra trực tiếp chắc chắn sẽ có trạng thái không logic.
Trên đầu ra nghịch đảo (được đánh dấu bằng một vòng tròn nhỏ), mọi thứ sẽ hoàn toàn ngược lại, do đó, thường thì đầu ra kích hoạt được gọi là paraphase. Để không nhầm lẫn mọi thứ một lần nữa, chúng tôi sẽ không nói về điều này nữa.
Bất cứ ai đã đọc kỹ đến nơi này đều có thể hỏi: Xin lỗi, đó chỉ là một trình kích hoạt với một tầng bóng bán dẫn mạnh mẽ ở đầu ra. Và bộ đếm thời gian ở đâu? Và anh ấy sẽ đúng, vì vấn đề vẫn chưa đến giờ. Để có được một bộ đếm thời gian, cha anh, người tạo ra Hans R. Kamensind, đã phát minh ra một cách ban đầu để kiểm soát kích hoạt này. Thủ thuật của phương pháp này là hình thành các tín hiệu điều khiển.
Tạo tín hiệu trên RS - đầu vào của bộ kích hoạt
Vậy chúng ta đã nhận được gì? Trình kích hoạt DD1 kiểm soát mọi thứ bên trong bộ hẹn giờ: nếu được đặt thành một, điện áp đầu ra cao và nếu được đặt lại, thì đầu ra 3 thấp và bóng bán dẫn VT3 cũng mở. Mục đích của bóng bán dẫn này là để xả một tụ điện thời gian trong mạch, ví dụ, một máy phát xung.
Trình kích hoạt DD1 được điều khiển bằng bộ so sánh DA1 và DA2. Để kiểm soát hoạt động của bộ kích hoạt ở đầu ra của bộ so sánh, cần phải thu được tín hiệu mức cao R và S. Một điện áp tham chiếu được đặt vào một trong các đầu vào của mỗi bộ so sánh, được tạo ra bởi một bộ chia chính xác trên các điện trở R1 ... R3. Điện trở của các điện trở là như nhau, vì vậy điện áp đặt vào chúng được chia thành 3 phần bằng nhau.
Tạo tín hiệu điều khiển kích hoạt
Hẹn giờ bắt đầu
Điện áp trực tiếp 1 / 3U được đặt vào đầu vào trực tiếp của bộ so sánh DA2 và điện áp bên ngoài để khởi động bộ định thời Uzap qua chân 2 được đặt vào đầu vào nghịch đảo của bộ so sánh. Để tác động lên đầu vào S của bộ kích hoạt DD1 ở đầu ra của bộ so sánh này, cần phải đạt được mức cao. Điều này là có thể nếu Ustap điện áp sẽ nằm trong phạm vi 0 ... 1 / 3U.
Ngay cả một xung ngắn hạn của điện áp như vậy sẽ kích hoạt DD1 và sự xuất hiện của bộ định thời điện áp cao. Nếu Ucap đầu vào tiếp xúc với điện áp trên 1 / 3U và lên đến điện áp cung cấp, thì sẽ không có thay đổi nào xảy ra ở đầu ra của vi mạch.
Hẹn giờ dừng
Để dừng bộ hẹn giờ, bạn chỉ cần đặt lại kích hoạt bên trong DD1 và đối với điều này, ở đầu ra của bộ so sánh DA1, tạo tín hiệu mức cao R. Bộ so sánh DA1 được bật khác một chút so với DA2.Điện áp tham chiếu của 2 / 3U được áp dụng cho đầu vào đảo ngược và Ufor tín hiệu điều khiển "Ngưỡng đáp ứng" được áp dụng cho đầu vào trực tiếp.
Với sự bao gồm này, mức cao ở đầu ra của bộ so sánh DA1 sẽ chỉ xảy ra khi điện áp Upoor ở đầu vào trực tiếp vượt quá điện áp tham chiếu 2 / 3U trên điện áp đảo. Trong trường hợp này, trình kích hoạt DD1 sẽ được đặt lại và tín hiệu mức thấp sẽ được thiết lập ở đầu ra của vi mạch (chân 3). Ngoài ra, các bóng bán dẫn của dòng điện VTD của VT sẽ mở ra, nó sẽ xả tụ điện cài đặt thời gian.
Nếu điện áp đầu vào trong khoảng 1 / 3U ... 2 / 3U, không một bộ so sánh nào hoạt động, sự thay đổi trạng thái ở đầu ra của bộ hẹn giờ sẽ không xảy ra. Trong công nghệ kỹ thuật số, điện áp này được gọi là mức xám xám. Nếu bạn chỉ đơn giản kết nối chân 2 và 6, bạn sẽ nhận được một bộ so sánh với các mức phản hồi là 1 / 3U và 2 / 3U. Và thậm chí không có một chi tiết bổ sung!
Thay đổi điện áp tham chiếu
Kết luận 5, được chỉ định là Uobr trong hình, được thiết kế để kiểm soát điện áp tham chiếu hoặc các thay đổi của nó bằng cách sử dụng các điện trở bổ sung. Cũng có thể cung cấp điện áp điều khiển cho đầu vào này, để có thể thu được tín hiệu điều chế tần số hoặc pha. Nhưng thường thì kết luận này không được sử dụng và để giảm ảnh hưởng của nhiễu, nó được kết nối với một dây chung thông qua một tụ điện có công suất nhỏ.
Microcircuit được cung cấp năng lượng thông qua các chân 1 - GND, 2 + U.
Dưới đây là mô tả thực tế của bộ đếm thời gian tích hợp NE555. Bộ đếm thời gian đã thu thập rất nhiều loại mạch, sẽ được thảo luận trong các bài viết sau.
Boris Aladyshkin
Tiếp tục bài viết: Thiết kế hẹn giờ tích hợp 555
Xem thêm tại electro-vi.tomathouse.com
: