Układ scalony NE555

Układ scalony 555 jest uniwersalnym układem czasowym umożliwiającym generowanie monostabilne impulsów o czasach od mikrosekund do minut oraz generowanie astabilne ciągu impulsów o częstotliwościach aż do 200 kHz. Dodatkowo układ ten ma możliwości zerowania oraz elektrycznego sterowania czasem trwania generowanych impulsów.

Parametry impulsu generowanego są ustalane przez dwa zewnętrzne elementy (RT i CT) lub przy generowaniu astabilnym przez trzy zewnętrzne elementy (RA, RB, CT), przy czym czas trwania impulsu praktycznie nie zależy od wartości napięcia zasilającego. Układ scalony 555 umożliwia obciążenie wyjścia prądem do 200mA, przy szerokim zakresie napięć zasilających od 4,5...16 V; pobór prądu jest niewielki i wynosi 3...6 mA.

Układ scalony 555 został opracowany przez firmę Signetics i jest produkowany obecnie również przez innych producentów jak: Motorola, Exar. National, RCA, Raytheon, Teledyne, Texas Istruments. Układ ten jest wykonywany w obudowach dwurzędowych ośmio- i czternasto- końcowych oraz w obudowie okrągłej ośmiokońcówkowej, przy czym produkuje się wersję dla powszechnego zastosowania (standard 0...70°C) oraz specjalną (-55°C...125°C).

Produkowane są również układy scalone 556 będące w zasadzie dwoma układami 555 w jednej obudowie oraz układy scalone zawierające cztery układy 555 w jednej obudowie. Schemat blokowy układu scalonego 555 połączonego w układ generatora monostabilnego przedstawiono na rysunku poniżej.

Układ zawiera dwa komparatory napięć (komparator wyzwalający K1 oraz komparator progowy K2), przerzutnik, stopień wyjściowy o dużym prądzie oraz tranzystor T1 rozładowujący kondensator CT (sterowany z wejścia zerującego poprzez tranzystor T2). Komparatory są wzmacniaczami operacyjnymi porównującymi napięcia wejściowe z napięciami uzyskanymi z wewnętrznego dzielnika złożonego z trzech jednakowych rezystorów R1, R2, R3 (3x5k om).

Jeżeli napięcie na jednym wejściu komparatora przewyższa zaledwie o kilkaset mikrowoltów napięcie na drugim jego wejściu, to na wyjściu tego komparatora następuje zmiana stanu. Dzielnik wewnętrzny ustala tak napięcia na wejściach komparatorów, że przełączają się one przy wartościach napięć nieco większych od 2/3 Ucc (K2) oraz przy 1/3 Ucc dla K1.

Wyjścia obydwu komparatorów sterują na przemian wejściami przerzutnika oraz poprzez wzmacniacz wyjściowy wyjściem układu 555.

Gdy układ znajduje się w stanie spoczynkowym, wewnętrzny tranzystor T1 przewodzi, zwierając kondensator CT. Na wyjściu układu 555 utrzymuje się wtedy stan "0". Gdy na wejściu 2 (wyzwalanie) pojawi się opadające zbocze impulsu (napięcie na wejściu komparatora spadnie poniżej 1/3 Ucc), wtedy komparator wyzwalający przełączy przerzutnik zatykając tranzystor T1. Nastąpi również zmiana stanu wyjścia układu z "0" na "1". Zatkanie tranzystora T1 powoduje rozpoczęcie ładowania kondensatora CT przez rezystor RT.

Napięcie na kondensatorze CT wzrasta wykładniczo aż do chwili osiągnięcia wartości 2/3 Ucc, kiedy to zadziała komparator K2 zerując przerzutnik. Wyjście powraca do stanu "0" (nieznacznie powyżej 0V), kondensator CT jest rozładowywany przez nasycony tranzystor T1 reprezentujący sobą rezystancję około 15 omów (dla prądów mniejszych od 20 mA). Jeżeli jednak czas trwania stanu "0" impulsu wyzwalającego będzie dłuższy niż czas trwania impulsu generowanego, to nastąpi podtrzymanie stanu "1" na wyjściu układu scalonego 555 do czasu zniknięcia stanu "0" z wejścia wyzwalającego.

Układ scalony 555 w odróżnieniu od innych uniwibratorów generuje impulsy, których czas trwania nie jest zależny od wartości napięcia zasilającego dzięki temu, że czas ładowania kondensatora CT i napięcia, przy których działają komparatory wewnętrzne, zależne są proporcjonalnie od napięcia zasilającego Ucc. Czas trwania impulsu na wyjściu układu 555 określony jest wzorem: t = 1,1 RT CT. Minimalne wartości czasów trwania impulsu generowanego wynoszą około 5 us, maksymalne mogą dochodzić do kilku minut.

W praktyce wartość rezystora RT nie powinna przekraczać 20 M om. Kondensator CT o dużych pojemnościach powinien mieć mały prąd upływu (kondensator tantalowy), poza tym dla uzyskania żądanego czasu trwania impulsu należy zastosować regulowany rezystor RT.

Maksymalna wartość pojemności zastosowanego kondensatora jest warunkowana parametrami wewnętrznego tranzystora rozładowującego, przy czym dla napięcia zasilającego 15V prąd rozładowania jest ograniczony do ok. 25 mA. Dla prądów o wartościach mniejszych niż 20 mA tranzystor rozładowujący przedstawia wartość rezystancji około 15 om. Ograniczenie prądu rozładowania przy dużych wartościach pojemności pociąga za sobą również wydłużanie się czasu rozładowania kondensatora CT i opóźnienie osiągnięcia gotowości do następnego wyzwolenia.

Jeżeli rozpoczęła się generacja impulsu na wyjściu, to następne ewentualnie pojawiające się na nim impulsy wyzwalające nie wpływają na trwający proces generacji.

Generacja impulsu na wyjściu może zostać przerwana przez dostarczenie impulsu "0" do wejścia zerującego 4, co z kolei spowoduje przez tranzystory T2 i T1 rozładowanie kondensatora CT. Napięcie "zerujące", układ wynosi około 0,7 V przy prądzie około 0,1 mA; jeżeli wejście zerujące nie jest używane, to końcówka 4 powinna być połączona z końcówką 8 (Ucc).

Wejście - sterowanie napięciowe (5) umożliwia filtrowanie zakłóceń oraz zmianę czasu trwania impulsu wyjściowego dokonywaną za pomocą zmiany napięcia na zacisku komparatora K2.

Przy wartości większej od 2/3 Ucc wartości napięcia zasilającego nastąpi późniejsze wyzwalanie komparatora K2 i wydłużenie czasu trwania impulsu wyjściowego. Przy mniejszej wartości napięcia nastąpi skrócenie czasu trwania impulsu wyjściowego.

Gdy układ scalony 555 pracuje jako generator astabilny (ciągu impulsów) wejście to umożliwia modulację częstotliwości lub szerokości impulsów.

Napięcie sterujące może się zmieniać od 0,45 do 0,9 Ucc dla monostabilnej generacji oraz od 1,7V do Ucc dla generacji astabilnej impulsów. Jeżeli wejście to nie jest używane, należy je połączyć z masą układu przez kondensator o wartości co najmniej 0,01 uF, aby zapobiec wpływowi przypadkowych zakłóceń na impulsy generowane. Amplituda i minimalna szerokość impulsu wyzwalającego generację monostabilną wprowadzanego na wejście "wyzwalanie" (2) są zależne od temperatury i napięcia zasilającego. Można przyjąć że prąd wymagany do wyzwolenia generacji wynosi około 0,5 uA przy minimalnym czasie trwania ok. 0,1 us. Wartość napięcia wyzwalającego zmienia się od 1,67V dla Ucc = 5V do 5V dla Ucc=15 V.

Wejście wyzwalania jest bardzo czułe, co daje możliwość wyzwalania generacji przez dotykanie tego wyprowadzenia palcem lub zbliżanie dłoni do połączonego z nim kawałka drutu.

Rozrzut czasów trwania generowanych impulsów dla różnych egzemplarzy układów scalonych 555 (od jednego producenta), a także dla tego samego egzemplarza w danej chwili i za 3 lata z tymi samymi elementami RC i napięciem zasilającym, określany jest przez tak zwaną dokładność inicjacyjną, która wynosi typowo 1%.

Układ scalony 555 zmienia pod wpływem zmian napięcia zasilającego czas trwania generowanego impulsu typowo o 0,1% na 1V zmiany tego napięcia.

Temperatura nie wpływa również zbytnio na pracę układu scalonego 555; typowa wartość zmian temperaturowych czasu trwania impulsu generowanego monostabilnie wynosi 50 ppm/°C, natomiast w układzie astabilnym 150 ppm/°C (ze względu na dodawanie się temperaturowych zmian progów obydwu komparatorów).

Układ scalony 555 ma komplementarne wyjście (rysunek powyżej), które sterowane jest przez tranzystory T3 i T4. Z wyjścia tego można sterować obciążeniem połączonym zarówno z Ucc jak i z masą prądami aż do 200 mA, przy czym dla wyjścia w stanie wzbudzonym ("1") prąd ten wypływa z wyjścia i płynie przez obciążenie do masy. Natomiast dla wyjścia znajdującego się w stanie niskim ("0") prąd z obciążenia połączonego z Ucc wpływa do wyjścia. Ujemne napięcie już o wartości 1V doprowadzone do wyjścia układu scalonego 555 powoduje wzbudzenie się układu (tzw. Efekt "latch up"). Taka sytuacja może wystąpić, gdy np. wyjście steruje obciążeniem o charakterze indukcyjnym połączonym z masą. Zapobiec temu można stosując dwie diody włączone w sposób przedstawiony na rysunku poniżej.

.
[ Strona główna | Uwagi ]