Эта статья посвящена микросхеме, сохраняющей популярность уже более 30 лет и имеющей множество клонов. Встречайте — таймер NE555 (он же — LM555, LC555, SE555, HA555, а также
множество других, есть даже советский аналог — КР1006ВИ1). Такую популярность этой микросхеме обеспечили простота, дешивизна, широкий диапазон напряжений питания (4,5-18В), высокая точность и стабильность (температурный дрейф 0,005% / o С, дрейф от напряжения питания — менее 0,1% / Вольт), ну и конечно же, самое главное, — широчайшие возможности применения.

Но, обо всём по порядку. Начнём мы с того, как эта микросхема устроена.

Итак, функциональная схема таймера показана на рисунке 1.

Ноги :

1. GND — земля/общий провод.

2. Trigger — инвертирующий вход компаратора, ответственного за установку триггера. Когда напряжение на этой ноге становится меньше 1/3 Vcc (то есть меньше, чем напряжение на неинвертирующем входе компаратора) — на вход SET триггера поступает логическая 1. Если при этом отсутствуют сигналы сброса на входах Reset, то триггер установится (на его выходе появится логический 0, так как выход инвертированный).

3. Output — выход таймера. На этом выводе присутствует инвертированный сигнал с выхода триггера, то есть когда триггер взведён (на его выходе ноль) — на выводе Output высокий уровень, когда триггер сброшен — на этом выводе низкий уровень.

4. Reset — сброс. Если этот вход подтянуть к низкому уровню, триггер сбрасывается (на его выходе устанавливается 1, а на выходе таймера низкий уровень).

5. Control — контроль/управление. Этот вывод позволяет изменять порог срабатывания компаратора, управляющего сбросом триггера. Если вывод 5 не задействован, то этот порог определяется внутренним делителем напряжения на резисторах и равен 2/3 Vcc. Вывод Control можно использовать, например, для организации обратной связи по току или напряжению (об этом я позднее расскажу).

6. Threshold — порог. Когда напряжение на этом выводе становится выше порогового (которое при незадействованном выводе 5, как вы помните, равно 2/3 Vcc) — происходит сброс триггера и на выходе таймера устанавливается низкий уровень.

7. Discharge — разряд. На этом выходе 555-й таймер имеет транзистор с открытым коллектором. Когда триггер сброшен — этот транзистор открыт и на выходе 7 присутствует низкий уровень, когда триггер установлен — транзистор закрыт и вывод 7 находится в Z-состоянии. (Почему эта нога называется «разряд» вы скоро поймёте.)

8. Vcc — напряжение питания.

Далее, давайте рассмотрим, в чём же основная идея использования этого таймера. Для этого добавим к нашей схеме пару элементов внешней обвязки (смотрим рисунок 2). 4-ю и 5-ю ноги мы пока не будем использовать, поэтому будем считать, что 4-я нога у нас гвоздём прибита к напряжению питания, а 5-я просто болтается в воздухе (с ней и так ничего не будет).

Итак, пусть изначально у нас на второй ноге присутствует высокий уровень. После включения наш триггер сброшен, на выходе триггера высокий уровень, на выходе таймера низкий уровень, на 7-й ноге тоже низкий уровень (транзистор внутри микрухи открыт).

Чтобы произошло переключение триггера — необходимо подать на вторую ногу уровень ниже 1/3 Vcc (тогда переключится компаратор и сформирует высокий уровень на входе Set нашего триггера). Пока уровень на 2-й ноге остаётся выше 1/3 Vcc — наш таймер находится в стабильном состоянии и никаких переключений не происходит.

Ну что ж, — давайте кратковременно подадим на 2-ю ногу низкий уровень (на землю её коротнём, да и всё) и посмотрим что будет происходить.

Как только уровень на 2-й ноге упадёт ниже 1/3 Vcc — у нас сработает компаратор, подключенный к устанавливающему входу триггера (S), что, соответственно, вызовет установку триггера.

На выходе триггера появится ноль (поскольку выход триггера инвертирован), при этом на выходе таймера (3-я нога) установится высокий уровень. Кроме этого транзистор на 7-й ноге закроется и 7-я нога перейдёт в Z-состояние.

При этом через резистор Rt начнёт заряжаться конденсатор Ct (поскольку он больше не замкнут на землю через 7-ю ногу микрухи).

Как только уровень на 6-й ноге поднимется выше 2/3 Vcc — сработает компаратор, подключенный ко входу R2 нашего триггера, что приведёт к сбросу триггера и возврату схемы в первоначальное состояние.

Вот мы и рассмотрели работу схемы, называемой одновибратором или моностабильным мультивибратором, короче говоря, устройства, формирующего единичный импульс.

Как нам теперь узнать длительность этого импульса? Очень просто, — для этого достаточно посчитать, за какое время конденсатор Ct зарядится от 0 до 2/3 Vcc через резистор Rt от постоянного напряжения Vcc.

Сначала решим эту задачку в общем виде. Пусть у нас конденсатор заряжается через резистор R напряжением Vп от начального уровня U 0 .

Каждый радиолюбитель не раз встречался с микросхемой NE555. Этот маленький восьминогий таймер завоевал колоссальную популярность за функциональность, практичность и простоту использования. На 555 таймере можно собрать схемы самого различного уровня сложности: от простого триггера Шмитта, с обвеской всего в пару элементов, до многоступенчатого кодового замка с применением большого количества дополнительных компонентов.

В данной статье детально ознакомимся с микросхемой NE555, которая, несмотря на свой солидный возраст, по-прежнему остается востребована. Стоит отметить, что в первую очередь данная востребованность обусловлена применением ИМС в схемотехнике с использованием светодиодов.

Описание и область применения

NE555 является разработкой американской компании Signetics, специалисты которой в условиях экономического кризиса не сдались и смогли воплотить в жизнь труды Ганса Камензинда. Именно он в 1970 году сумел доказать важность своего изобретения, которое на тот момент не имело аналогов. ИМС NE555 имела высокую плотность монтажа при низкой себестоимости, чем заслужила особый статус.

Впоследствии её стали копировать конкурирующие производители из разных стран мира. Так появилась отечественная КР1006ВИ1, которая так и осталась уникальной в данном семействе. Дело в том, что в КР1006ВИ1 вход останова (6) имеет приоритет над входом запуска (2). В импортных аналогах других фирм такая особенность отсутствует. Данный факт следует учитывать при разработке схем с активным использованием двух входов.

Однако в большинстве случаев приоритеты не влияют на работу устройства. С целью снижения мощности потребления, ещё в 70-х годах прошлого века был налажен выпуск таймера КМОП-серии. В России микросхема на полевых транзисторах получила название КР1441ВИ1.

Наибольшее применение 555 таймер нашёл в построении схем генераторов и реле времени с возможностью задержки от микросекунд до нескольких часов. В более сложных устройствах он выполняет функции по исключению дребезга контактов, ШИМ, восстановлению цифрового сигнала и так далее.

Особенности и недостатки

Особенностью таймера является внутренний делитель напряжения, который задаёт фиксированный верхний и нижний порог срабатывания для двух компараторов. Ввиду того что делитель напряжения нельзя исключить, а пороговым напряжением нельзя управлять, область применения NE555 сужается.

Таймеры, собранные на КМОП-транзисторах, лишены перечисленных недостатков и не нуждаются в монтаже внешних конденсаторов.

Основные параметры ИМС серии 555

Внутреннее устройство NE555 включает в себя пять функциональных узлов, которые можно видеть на логической диаграмме. На входе расположен резистивный делитель напряжения, который формирует два опорных напряжения для прецизионных компараторов. Выходные контакты компараторов поступают на следующий блок – RS-триггер с внешним выводом для сброса, а затем на усилитель мощности. Последним узлом является транзистор с открытым коллектором, который может выполнять несколько функций, в зависимости от поставленной задачи.

Рекомендуемое напряжение питания для ИМС типа NA, NE, SA лежит в интервале от 4,5 до 16 вольт, а для SE может достигать 18В. При этом ток потребления при минимальном Uпит равен 2–5 мА, при максимальном Uпит – 10–15 мА. Некоторые ИМС 555 КМОП-серии потребляют не более 1 мА. Наибольший выходной ток импортной микросхемы может достигать значения в 200 мА. Для КР1006ВИ1 он не выше 100 мА.

Качество сборки и производитель сильно влияют на условия эксплуатации таймера. Например, диапазон рабочих температур NE555 составляет от 0 до 70°C, а SE555 от -55 до +125°C, что важно знать при конструировании устройств для работы в открытой окружающей среде. Более детально ознакомиться с электрическими параметрами, узнать типовые значения напряжения и тока на входах CONT, RESET, THRES, и TRIG можно в datasheet на ИМС серии XX555.

Расположение и назначение выводов

NE555 и её аналоги преимущественно выпускаются в восьмивыводном корпусе типа PDIP8, TSSOP или SOIC. Расположение выводов независимо от корпуса – стандартное. Условное графическое обозначение таймера представляет собой прямоугольник с надписью G1 (для генератора одиночных импульсов) и GN (для мультивибраторов).

1. Общий (GND). Первый вывод относительно ключа. Подключается к минусу питания устройства.
2. Запуск (TRIG). Подача импульса низкого уровня на вход второго компаратора приводит к запуску и появлению на выходе сигнала высокого уровня, длительность которого зависит от номинала внешних элементов R и С. О возможных вариациях входного сигнала написано в разделе «Одновибратор».
3. Выход (OUT). Высокий уровень выходного сигнала равен (Uпит-1,5В), а низкий – около 0,25В. Переключение занимает около 0,1 мкс.
4. Сброс (RESET). Данный вход имеет наивысший приоритет и способен управлять работой таймера независимо от напряжения на остальных выводах. Для разрешения запуска необходимо, чтобы на нём присутствовал потенциал более 0,7 вольт. По этой причине его через резистор соединяют с питанием схемы. Появление импульса менее 0,7 вольт запрещает работу NE555.
5. Контроль (CTRL). Как видно из внутреннего устройства ИМС он напрямую соединен с делителем напряжения и в отсутствие внешнего воздействия выдаёт 2/3 Uпит. Подавая на CTRL управляющий сигнал, можно получить на выходе модулированный сигнал. В простых схемах он подключается к внешнему конденсатору.
6. Останов (THR). Является входом первого компаратора, появление на котором напряжения более 2/3Uпит останавливает работу триггера и переводит выход таймера в низкий уровень. При этом на выводе 2 должен отсутствовать запускающий сигнал, так как TRIG имеет приоритет перед THR (кроме КР1006ВИ1).
7. Разряд (DIS). Соединен напрямую с внутренним транзистором, который включен по схеме с общим коллектором. Обычно к переходу коллектор-эмиттер подключают времязадающий конденсатор, который разряжается, пока транзистор находится в открытом состоянии. Реже используется для наращивания нагрузочной способности таймера.
8. Питание (VCC). Подключается к плюсу источника питания 4,5–16В.

Режимы работы NE555

Таймер 555 серии работает в одном из трёх режимов, рассмотрим их более детально на примере микросхемы NE555.

Одновибратор

Принципиальная электрическая схема одновибратора приведена на рисунке. Для формирования одиночных импульсов, кроме микросхемы NE555, понадобится сопротивление и полярный конденсатор. Схема работает следующим образом. На вход таймера (2) подают одиночный импульс низкого уровня, который приводит к переключению микросхемы и появлению на выходе (3) высокого уровня сигнала. Продолжительность сигнала рассчитывается в секундах по формуле:

По истечении заданного времени (t) на выходе формируется сигнал низкого уровня (исходное состояние). По умолчанию вывод 4 объединен с выводом 8, то есть имеет высокий потенциал.

Во время разработки схем нужно учесть 2 нюанса:

1. Напряжение источника питания не влияет на длительность импульсов. Чем больше напряжение питания, тем выше скорость заряда времязадающего конденсатора и тем больше амплитуда выходного сигнала.
2. Дополнительный импульс, который можно подать на вход после основного, не повлияет на работу таймера, пока не истечет время t.

На работу генератора одиночных импульсов можно влиять извне двумя способами:

• подать на Reset сигнал низкого уровня, который переведёт таймер в исходное состояние;
• пока на вход 2 поступает сигнал низкого уровня, на выходе будет оставаться высокий потенциал.

Таким образом, с помощью одиночных сигналов на входе и параметров времязадающей цепочки можно получать на выходе импульсы прямоугольной формы с чётко заданной длительностью.

Мультивибратор

Мультивибратор представляет собой генератор периодических импульсов прямоугольной формы с заданной амплитудой, длительностью или частотой, в зависимости от поставленной задачи. Его отличие от одновибратора состоит в отсутствии внешнего возмущающего воздействия для нормального функционирования устройства. Принципиальная схема мультивибратора на базе NE555 показана на рисунке.

В формировании повторяющихся импульсов участвуют резисторы R 1 , R 2 и конденсатор С 1 . Время импульса (t 1), время паузы(t 2), период (T) и частоту (f) рассчитывают по нижеприведенным формулам: Из данных формул несложно заметить, что время паузы не сможет превысить время импульса, то есть достичь скважности (S=T/t 1) более 2 единиц не удастся. Для решения проблемы в схему добавляют диод, катод которого соединяют с выводом 6, а анод с выводом 7.

В datasheet на микросхемы часто оперируют величиной, обратной скважности - Duty cycle (D=1/S), которую отображают в процентах.

Схема работает следующим образом. В момент подачи питания конденсатор С 1 разряжен, что переводит выход таймера в состояние высокого уровня. Затем С 1 начинает заряжаться, набирая ёмкость до верхнего порогового значения 2/3 U ПИТ. Достигнув порога ИМС переключается, и на выходе появляется низкий уровень сигнала. Начинается процесс разряда конденсатора (t 1), который продолжается до нижнего порогового значения 1/3 U ПИТ. По его достижении происходит обратное переключение, и на выходе таймера устанавливается высокий уровень сигнала. В результате схема переходит в автоколебательный режим.

Прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером

Внутри таймера NE555 встроен двухпопроговый компаратор и RS-триггер, что позволяет реализовывать прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером на аппаратном уровне. Входное напряжение делится компаратором на три части, при достижении каждой из которых происходит очередное переключение. При этом величина гистерезиса (обратного переключения) равна 1/3 U ПИТ. Возможность применения NE555 в качестве прецизионного триггера востребована в построении систем автоматического регулирования.

3 наиболее популярные схемы на основе NE555

Одновибратор

Практический вариант схемы одновибратора на TTL NE555 приведен на рисунке. Схема питается однополярным напряжением от 5 до 15В. Времязадающими элементами здесь являются: резистор R 1 – 200кОм-0,125Вт и электролитический конденсатор С 1 – 4,7мкФ-16В. R 2 поддерживает на входе высокий потенциал, пока некоторое внешнее устройство не сбросит его до низкого уровня (например, транзисторный ключ). Конденсатор С 2 защищает схему от сквозных токов в моменты переключения.

Активизация одновибратора происходит в момент кратковременного замыкания на землю входного контакта. При этом на выходе формируется высокий уровень длительностью:

t=1,1*R 1 *C 1 =1,1*200000*0,0000047=1,03 c.

Таким образом, данная схема формирует задержку выходного сигнала относительно входного на 1 секунду.

Мигание светодиодом на мультивибраторе

Отталкиваясь от рассмотренной выше схемы мультивибратора можно собрать простую светодиодную мигалку. Для этого к выходу таймера последовательно с резистором подключают светодиод. Номинал резистора находят по формуле:

R=(U ВЫХ -U LED)/I LED ,

U ВЫХ – амплитудное значение напряжения на выводе 3 таймера.

Количество подключаемых светодиодов зависит от типа применяемой микросхемы NE555, её нагрузочной способности (КМОП или ТТЛ). Если необходимо мигать светодиодом мощностью более 0,5 Вт, то схему дополняют транзистором, нагрузкой которого станет светодиод.

Реле времени

Схема регулируемого таймера (электронное реле времени) показана на рисунке.
С её помощью можно вручную задавать длительность выходного сигнала от 1 до 25 секунд. Для этого последовательно с постоянным резистором в 10 кОм устанавливают переменный номиналом в 250 кОм. Ёмкость времязадающего конденсатора увеличивают до 100 мкФ.

Схема работает следующим образом. В исходном состоянии на выводе 2 присутствует высокий уровень (от источника питания), а на выводе 3 низкий уровень. Транзисторы VT1, VT2 закрыты. В момент подачи на базу VT1 положительного импульса по цепи (Vcc-R2-коллектор-эмиттер-общий провод) протекает ток. VT1 открывается и переводит NE555 в режим отсчета времени. Одновременно на выходе ИМС появляется положительный импульс, который открывает VT2. В результате ток эмиттера VT2 приводит к срабатыванию реле. Пользователь может в любой момент прервать выполнение задачи, кратковременно закоротив RESET на землю.

Транзисторы SS8050, приведенные на схеме, можно заменить на КТ3102.

Рассмотреть все популярные схемы на основе NE555 в одной статье невозможно. Для этого существуют целые сборники, в которых собраны практические наработки за всё время существования таймера. Надеемся, что приведенная информация послужит ориентиром во время сборки схем, в том числе нагрузкой которых служат светодиоды.

Читайте так же

При современном развитии электроники в Китае, купить, кажется, можно все, что душе угодно: начиная от домашних кинотеатров и компьютеров и заканчивая такими простейшими изделиями, как электрические розетки и вилки.

Где-то между ними находятся , мигающие елочные гирлянды, часы с термометрами, регуляторы мощности, терморегуляторы, фотореле и многое другое. Как говорил великий сатирик Аркадий Райкин в монологе про дефицит: «Пусть все будет, но пусть чего-то не хватает!» В общем, не хватает как раз того, что входит в «репертуар» простых радиолюбительских конструкций.

Несмотря на такую конкуренцию со стороны китайской промышленности, интерес самодеятельных конструкторов к этим простым конструкциям не потерян до сих пор. Они продолжают разрабатываться и в ряде случаев находят достойное применение в устройствах малой домашней автоматизации. Многие из этих устройств появились на свет благодаря (отечественный аналог КР1006ВИ1).

Это уже упомянутые фотореле, различные простые системы сигнализации, преобразователи напряжения, ШИМ - регуляторы двигателей постоянного тока и многое другое. Далее будут описаны несколько практических конструкций, доступных для повторения в домашних условиях.

Фотореле на таймере 555

Фотореле, показанное на рисунке 1, предназначено для управления освещением.

Рисунок 1.

Алгоритм управления традиционный: вечером при снижении освещенности лампочка включается. Выключение лампочки происходит утром, когда освещенность достигнет нормального уровня. Схема состоит из трех узлов: измеритель освещенности, узел включения нагрузки и блок питания. Описание работы схемы лучше начать задом - наперед, - блок питания, узел включения нагрузки и измеритель освещенности.

Блок питания

В подобных конструкциях, как раз тот самый случай, когда резонно применить, нарушая все рекомендации техники безопасности, блок питания, не имеющий гальванической развязки от сети. На вопрос, почему такое возможно, ответ будет таков: после настройки устройства никто в него не полезет, все будет находиться в изолирующем корпусе.

Наружных регулировок тоже не предвидится, после настройки останется только закрыть крышку и повесить готовое на место, пусть себе работает. Конечно, если есть необходимость, то единственную настройку «чувствительность», можно вывести наружу при помощи длинной пластмассовой трубки.

В процессе настройки безопасность можно обеспечить двумя путями. Либо воспользоваться развязывающим трансформатором () либо запитать устройство от лабораторного блока питания. При этом сетевое напряжение и лампочку можно не подключать, а срабатывание фотоэлемента контролировать по светодиоду LED1.

Схема блока питания достаточно проста. Она представляет мостовой выпрямитель Br1 с гасящим конденсатором C2 на переменное напряжение не менее 400В. Резистор R5 предназначен для сглаживания броска тока через конденсатор C14 (500,0мкФ * 50В) при включении устройства, а также «по совместительству» является предохранителем.

Стабилитрон D1 предназначен для стабилизации напряжения на C14. В качестве стабилитрона подойдет 1N4467 или 1N5022A. Для выпрямителя Br1 вполне подойдут диоды 1N4407 или любой маломощный мост, с обратным напряжением 400В и выпрямленным током не менее 500мА.

Конденсатор C2 следует зашунтировать резистором сопротивлением около 1МОм (на схеме не показан), чтобы после отключения устройства не «щелкало» током: убить, конечно, не убьет, но все же достаточно чувствительно и неприятно.

Узел включения нагрузки

Выполнен с применением специализированной микросхемы КР1182ПМ1А, которая позволяет сделать немало полезных устройств. В данном случае она используется для управления симистором КУ208Г. Лучшие результаты дает импортный «аналог» BT139 - 600: ток нагрузки 16А при обратном напряжении 600В, а ток управляющего электрода намного меньше, чем у КУ208Г (иногда КУ208Г приходится подбирать по этому показателю). BT139 способен выдерживать импульсные перегрузки до 240А, что делает его исключительно надежным при работе в различных устройствах.

Если BT139 установлен на радиаторе, то коммутируемая мощность может достигать 1КВт, без радиатора допустимо управление нагрузкой до 400Вт. В том случае, когда мощность лампочки не превышает 150Вт, можно вполне обойтись без симистора. Для этого правый по схеме вывод лампы La1 следует присоединить непосредственно в выводам 14, 15 микросхемы, а резистор R3 и симистор T1 из схемы исключить.

Поехали дальше. Микросхема КР1182ПМ1А управляется через выводы 5 и 6: когда они замкнуты лампа погашена. Тут может быть обычный контактный выключатель, правда, работающий наоборот, - выключатель замкнут, а лампа погашена. Так намного проще запомнить эту «логику».

Если этот контакт разомкнуть, то начинает заряжаться конденсатор C13 и, по мере возрастания напряжения на нем, плавно возрастает яркость свечения лампы. Для ламп накаливания это очень актуально, поскольку увеличивает срок их службы.

Подбором резистора R4 можно регулировать степень заряда конденсатора C13 и яркость свечения лампы. В случае использования энергосберегающих ламп конденсатор C13 можно не ставить, как собственно и саму КР1182ПМ1А. Но об этом будет сказано ниже.

Теперь приближаемся к главному. Вместо реле, просто из стремления избавиться от контактов, управление было поручено транзисторному оптрону АОТ128, который с успехом можно заменить импортным «аналогом» 4N35, правда, при такой замене номинал резистора R6 следует увеличить до 800КОм…1МОм, поскольку при 100КОм импортный 4N35 работать не будет. Проверено практикой!

Если транзистор оптрона будет открыт, его переход К-Э, подобно контакту, замкнет выводы 5 и 6 микросхемы КР1182ПМ1А и лампа будет выключена. Чтобы открыть этот транзистор требуется засветить светодиод оптрона. В общем, получается все наоборот: светодиод погашен, а лампа светит.

На основе 555 получается очень просто. Для этого достаточно на входы таймера подключить соединенные последовательно фоторезистор LDR1 и подстроечный резистор R7, с его помощью настраивается порог срабатывания фотореле. Гистерезис переключения (темно - светло) обеспечивается самим таймером, его . Помните, эти «волшебные» цифры 1/3U и 2/3U?

Если фотодатчик находится в темноте, его сопротивление велико, поэтому напряжение на резисторе R7 низкое, что приводит к тому, что на выходе таймера (вывод 3) устанавливается высокий уровень и светодиод оптрона погашен, а транзистор закрыт. Следовательно, лампочка будет включена, как было написано ранее в подзаголовке «Узел включения нагрузки».

В случае освещения фотодатчика его сопротивление становится маленьким, порядка нескольких КОм, поэтому напряжение на резисторе R7 возрастает до 2/3U, и на выходе таймера появляется низкий уровень напряжения, - светодиод оптрона засветился, а лампа-нагрузка погасла.

Вот тут кто-то может скажет: «Сложновато будет!». Но почти всегда все можно упростить до предела. Если предполагается зажигать энергосберегающие лампы, то плавное включение не требуется, и можно использовать обычное реле. А кто сказал, что только лампы и только включать?

Если реле имеет несколько контактов, то можно делать что душе угодно, и не только включать, но и выключать. Такая схема показана на рисунке 2 и в особых комментариях не нуждается. Реле подбирается из условий, чтобы ток катушки был не более 200мА при рабочем напряжении 12В.

Рисунок 2.

Схемы предварительной установки

В некоторых случаях требуется что-либо включать с некоторой задержкой относительно включения питания устройства. Например, сначала подать напряжение на логические микросхемы, и через некоторое время питание выходных каскадов.

Такие задержки реализуются на таймере 555 достаточно просто. Схемы таких задержек и временные диаграммы работы показаны на рисунках 3 и 4. Пунктирной линией показаны напряжения источника питания, а сплошной на выходе микросхемы.

Рисунок 3. После включения питания на выходе с задержкой появляется высокий уровень.

Рисунок 4. После включения питания на выходе с задержкой появляется низкий уровень.

Чаще всего такие «установщики» используются как составные части более сложных схем.

Устройства сигнализации на таймере 555

Схема сигнализатора представляет собой , с которым мы уже давно познакомились.

Рисунок 5.

В емкость с водой, например, бассейн погружены два электрода. Пока они находятся в воде, сопротивление между ними невелико (вода хороший проводник), поэтому конденсатор C1 зашунтирован, напряжение на нем близко к нулю. Также нулевое напряжение на входе таймера (выводы 2 и 6), следовательно на выходе (вывод 3) установится высокий уровень, генератор не работает.

Если уровень воды почему-то упадет и электроды окажутся в воздухе, сопротивление между ними увеличится, в идеале просто обрыв, и конденсатор C1 шунтироваться не будет. Поэтому наш мультивибратор заработает, - на выходе появятся импульсы.

Частота этих импульсов зависит от нашей фантазии и от параметров RC цепи: это будет либо мигающая лампочка, либо противный писк динамика. Попутно с этим можно включить долив воды. Чтобы избежать перелива и вовремя отключить насос к устройству необходимо добавить еще один электрод и подобную же схему. Тут уже читателю можно поэкспериментировать.

Рисунке 6.

При нажатии на концевой выключатель S2 на выходе таймера появляется напряжение высокого уровня, и останется таковым даже если S2 отпустить и больше не удерживать. Из этого состояния устройство можно вывести только нажатием на кнопку «Сброс».

Пока на этом остановимся, может кому потребуется время, чтобы взять паяльник и попробовать спаять рассмотренные устройства, исследовать, как они работают, хотя бы поэкспериментировать с параметрами RC цепей. Послушать, как пищит динамик или мигает светодиод, сравнить, что дают расчеты, намного ли практические результаты отличаются от расчетных.

Современный рынок электронных компонентов и различных приборов на их основе в основном заполнен китайскими производителями. Большинство как простейших елочных гирлянд, терморегуляторов, фотореле, так и сложных бытовых приборов (компьютеры, телевизоры) производятся именно в Китае. Кроме того, доставка из того же в большинстве случаев бесплатна, поэтому многие радиолюбители уже перешли на электронные компоненты из Китая. Однако интерес к простым конструкциям еще не исчез.

Простейшие электронные схемы все еще находят свое применение в системах домашней автоматизации. В состав многих из них входит микросхема интегрального таймера NE555 или ее отечественный аналог КР1006ВИ1. На основе таймера NE555 строятся схемы фотореле, системы сигнализации, преобразователи напряжения и многие другие.

1 Фотореле на базе интегрального таймера NE555

Схема фотореле на базе таймера NE555 представлена на рисунке 1.

Рисунок 1

Алгоритм работы схемы следующий: изменение освещенности вызывает включение или отключение лампочки LS1. Представленную схему можно разделить на три функциональных блока: блок питания, блок включения нагрузки и блок измерения освещенности.

Блок питания в приведенной схеме не имеет гальванической развязки питающей сети и схемы управления. Регулировка уровня освещенности, при котором происходит переключение лампочки, выполняется один раз, поэтому постоянного доступа к элементам схемы не требуется и, соответственно, не требуется дополнительных мер по обеспечению защиты от поражения электрическим током. Настройку рекомендуется проводить при подключенном внешнем блоке питания с выходным напряжением 12В. Срабатывание схемы можно наблюдать по светодиоду LED1.

Блок питания фотореле состоит из диодного выпрямителя Br1 (1N4407), гасящего конденсатора С2, конденсатора фильтра С14, стабилитрона D1 (1N4467 или 1N5022A) и сглаживающего резистора R5.

Узел включения нагрузки строится на базе микросхемы КР1182ПМ1А, вырабатывающей управляющие сигналы для симистора Т1 (КУ208Г или BT139 – 600). Сигналы управления микросхемой поступают на выводы 5 и 6. При замыкании контактов 5 и 6 (закрыт транзистор оптрона АОТ128) лампа отключается от сети. Для регулировки яркости свечения лампы применяется конденсатор С13.

Измеритель освещенности фотореле строится на базе NE555. На вход микросхемы таймера подключается фоторезистор LDR1 и подстроечный резистор R7 (настройка порога срабатывания реле). Переключение выходных сигналов обеспечивается таймером NE555. Алгоритм работы измерителя освещенности следующий: выходные сигналы таймера определяются напряжением на резисторе R7. При низком уровне напряжения на R7 (фотодатчик не сработал и его сопротивление велико) на выводе таймера 3 устанавливается высокий уровень сигнала, оптрон при этом погашен и транзистор закрыт, а лампочка при этом включена. При уменьшении сопротивления фотодатчика напряжение на R7 возрастает до порогового значение 2/3Uпит, в результате чего на выходе таймера – низкий уровень напряжения. Схему переключения нагрузки можно заменить простейшим реле (рисунок 2).

Рисунок 2

Для подключения нагрузки (лампочки) с определенным временным интервалом относительно включения питания устройства следует применять схему, изображенную на рисунке 3 или рисунке 4. На рисунках также представлены временные диаграммы работы схем (пунктиром показаны напряжения питания, сплошной линией – выходные напряжения)

Рисунок 3

Рисунок 4

2 Устройства сигнализации на базе микросхемы интегрального таймера NE555

2.1 Сигнализатор уровня жидкости (рисунок 5)

Рисунок 5

Схема сигнализатора уровня жидкости на базе интегрального таймера NE555 представляет собой автоколебательный мультивибратор.

Принцип работы схемы следующий: два электрода погружаются в емкость с водой. При достаточном уровне жидкости оба электрода погружены в воду и сопротивление между ними невелико (конденсатор С1 замкнут). При этом входные сигналы таймера (выводы 2 и 6) равны нулю, а выходной сигнал (вывод 3) устанавливается в высокий уровень напряжения и генератор не работает.

Уменьшение уровня жидкости приведет к тому, что электроды окажутся в воздухе, а следовательно сопротивление между ними возрастет. В результате конденсатор С1 будет подключен к входным сигналам микросхемы и генератор начнет вырабатывать импульсы. Частоты вырабатываемых импульсов определяется параметрами RC-цепи.

2.2 Схема сигнализации на базе интегрального таймера NE555 (рисунок 6)

Рисунок 6

Запуск таймера осуществляется при замыкании концевого выключателя S2. Сброс в начальное состояние осуществляется контактом S1.

Микросхема 555 появилась сорок лет назад и стала фактически первым таймером на широком рынке. С тех пор из-за бешеной популярности микросхемы ее начали выпускать почти все производители электронных компонентов, и несмотря на почтенный возраст, 555 до сих пор выходит многомиллионными тиражами.

В этом году прошел конкурс проектов (555contest.com), использующих ее для решения самых разных задач. Заявки принимались в нескольких категориях: искусство, сложные проекты, минималистичные и полезные гаджеты. Призовой фонд составлял около $1500.

Среди нескольких сотен проектов была видеоигра, собранная на целой горсти 555; контроллер для пинбола; электрогитара; устройство, не дающее спать соседям; замок, отпирающий дверь по секретному стуку и еще куча интересного.

Если ты хоть раз в жизни держал паяльник и даже отличишь резистор от транзистора, а со старушкой 555 еще не знаком, то нужно срочно исправить ситуацию. Что это за зверь? Внутри пластикового корпуса с восемью выводами скрывается пара десятков транзисторов, диодов и резисторов, но в доскональное изучение работы таймера вдаваться не будем, пусть он останется для нас черным ящиком, из которого торчат ножки. А вот ножки обсудим.

1. Земля. Здесь все просто, во всех схемах ее нужно подключать к минусу питания.
2. Триггер, он же пуск. Если напряжение на пуске падает ниже одной трети напряжения питания (Vcc) - например, нажимается кнопка, притянутая к земле, - то схема стартует.
3. Выход. Задача таймера простая - генерировать прямоугольные импульсы заданной длины (длительность задается парой сопротивлений и конденсатором). Напряжение выхода примерно на 2 В ниже напряжения питания, когда он включен, и почти ноль (меньше 0,5 В), когда выключен. Максимальная нагрузка, которую способен выдержать выход - около 200 мА. Этого достаточно для небольшого динамика, парочки светодиодов или маленького реле.
4. Сброс. Если подать на него низкий уровень (меньше 0,7 В), то схема переходит в исходное состояние, и выход становится низким. Если в схеме сброс не нужен, то лучше притянуть его к плюсу, чтобы он не скидывал случайно (например, от прикосновения пальцем).
5. Контроль. Напряжение, приложенное к этой ноге, может изменять длительность выходов таймера. Но используется он редко, а висящий в воздухе - может сбивать работу, поэтому в схемах лучше присоединить к земле через небольшой керамический конденсатор на 10 нФ.
6. Порог, он же стоп. Если напряжение на нем выше 2/3 Vcc, то таймер останавливается и выход переводится в выключенное состояние. Работает, только если вход при этом выключен.
7. Разряд. Этот выход соединяется с землей внутри микросхемы, когда на выходе низкий уровень, и используется, чтобы разрядить конденсатор временной цепочки. Может пропускать до 200 мА и иногда используется как дополнительный выход.
8. Питание. Нужно подключить к плюсу питания. Микросхема поддерживает напряжения от 4,5 В до 16 В. Можно запитать от обычной 9В-батарейки, можно от блока питания детских игрушек или от проводка USB.

Заводим лошадку. Режимы

1. Моностабильный.

При подаче сигнала на вход микросхема включается, генерирует выходной импульс заданной длины и выключается, ожидая нового входного импульса. Важно, что после включения микросхема не будет реагировать на новые сигналы, сколько бы их не посылали. Длину импульса можно посчитать по простой формуле t=1,1R1 C4. Чтобы получить время в секундах, сопротивление нужно подставлять в мегаомах, а емкость - в микрофарадах.

Например, при C4=100 мкФ и R1=2,2 МОм период будет примерно 4 минуты. Эту цифру можно менять в очень широких пределах: от 0,000001 секунды до 15 минут. В теории можно и еще больше, но на практике возникнут проблемы.

2. Нестабильный мультивибратор.

В этом режиме таймером и управлять-то не надо, он сам себе хозяин - сперва включится, подождет время t1, потом выключится, подождет время t2, и все заново. На выходе получается забор из высоких и низких состояний, что в лучших традиция ASCII-арта можно представить так: ПП ПП П. Частота, с которой будет колебаться вся система, зависит от параметров RC-цепочки (точнее - от величин R2, R3 и С1) и ее можно посчитать по формуле f = 1,44/((R3 + 2R2)C1). В течение времени t1 = 0,693 (R3 + R2)C1 на выходе будет высокий уровень, а в течение t2=0,693(R2)C1 - низкий.

3. Бистабильный.

В этом режиме микросхема используется как выключатель. Нажал одну кнопку - выход включился, нажал другую - выключился. Довольно теоретического экскурса, наверняка ты уже захотел приступить к практике.

Собирать простые железки удобно на макетной плате без пайки - ее, как и все детали, можно прикупить в любой радиолавке, за пару сотен рублей. Но у меня почта ближе, чем магазин, и я заказывал все детали из Гонконга на sureelectronics.net, хотя этот вариант на любителя - нужно много терпения: посылка будет идти почти месяц.

Здравствуй, свет!

Задача №1: собрать «хэллоу ворлд» - моргалку светодиодиком. Все просто, как и в мире софта, но в железе даже для такой безделушки можно придумать полезное применение.

От каких деталей уж совсем никак не отвертеться? Во-первых, сам таймер 555 (на схеме IC1). Подойдет таймер любого производителя, но чтобы экспериментировать на макетке - бери в корпусе DIP с длинными ножками. Его названия у разных производителей незначительно отличаются, но три пятерочки в них есть всегда. Например, та, что я использую в примерах этой статьи, называется NE555N. Существуют и другие версии схемы, 556 и 558, у которых в одном корпусе стоит 2 и 4 таймера соответственно.

Они тоже подойдут для всех примеров, просто у них больше ног и расположены они иначе. Во-вторых, потребуются конденсаторы: электролитический C1 емкостью от 5 до 10 мкФ и керамический C3 на 10 нФ. Еще будут нужны: светодиод (LED1) любого цвета и к нему токоограничительный резистор (R5) на 300-600 Ом (у меня 470 Ом), а также резисторы, задающие частоту R1 на 1 кОм и R2 на 10 кОм. Последнее из обязательной программы - маленькая кнопка (типа той, что ставят в мыши и на всяческие приборные панели).

Еще на схеме есть конденсатор C2 на 100 мкФ, который перекинут от плюса к минусу. Если у тебя с питанием все хорошо (например, ты используешь батарейку), то необходимости в нем нет, а с дешевым сетевым адаптером без такого конденсатора никуда. В примерах я использовал пятивольтовый блок питания от детской китайской игрушки, на выпрямителе которого производитель сэкономил - в результате без этой сглаживающей емкости схема не работала вовсе. Поэтому на всех схемах в статье этот конденсатор есть, а ставить его или нет - решать тебе.

Также при желании можно опустить и конденсатор C3, который притягивает пятую ногу к земле, но в этом случае стабильность гарантировать не стану.
Схема работает в нестабильном режиме и собрана таким образом, что пока подключена к питанию, то постоянно генерирует выходные импульсы, а как только мы нажимаем кнопку, то замыкаем ее выход на светодиод и ее работа становится видна. Теперь можешь собрать все по схеме.

При нажатии кнопки светодиод должен бодро начать моргать. Если не заработало, то проверяй контакты и полярности. На микросхеме 555 у одного из краев есть выемка: поставь схему так, чтобы выемка была слева, тогда ножки в нижнем ряду будут нумероваться слева направо от 1 до 4, а в верхнем - справа налево от 5 до 8. У светодиода более длинный выход должен подключаться к плюсу, а более короткий - к минусу. Если у диода ножки одной длины, то на помощь придет плоская литиевая батарейка, вроде той, что стоят на материнских платах. Подключи светодиод и так и эдак, когда он засветится - плюс и минус у него будут расположены, как на батарейке.

Если не заработал в обоих положениях, то либо диод горелый, либо это не диод - фототранзисторы могут выглядеть точно так же, как светодиоды. У электролитических конденсаторов минус, как правило, помечен светлой полосой на корпусе. Для остальных деталей полярность не важна.

Теперь о практической пользе. В некоторых играх бывает необходимо щелкать по левой кнопке беспрестанно, натирая мозоли на пальце, но это не наш метод. Можно собрать эту схему покомпактнее, припаяв детали напрямую к выходам микросхемы, и запихнуть в корпус любой USB-мыши - места там, как правило, хватает. Из схемы нужно только выкинуть светодиод с его резистором, а третью ножку микросхемы подпаять напрямую к плюсу левой кнопки мыши.

Определить, где в мышиной кнопке плюс (зеленая точка на фото), а где - минус, обычно несложно: контакт с нулем более толстый и идет к черному проводу от USB, а другой - это плюс, к нему и подпаивайся. Для питания подключайся к красному и черному проводам, уходящим в сторону компьютера, их контакты также помечены на фото. Просверли слева в корпусе мышки отверстие (так, чтобы было удобно дотягиваться до него большим пальцем) и установи туда кнопку при помощи термоклеевого пистолета. Все, теперь можешь нещадно валить врагов.

Создаем электронную музыку

Еще одна схемка, в которой таймер также работает в режиме мультивибратора, но задача у нее другая. Она перенесет тебя в прошлое, в прокуренные студии отцов андеграундной электронной музыки, которым приходилось самим ваять устройства, при помощи которых они создавали бессмертные хиты.

Изменения в предыдущей схеме придется сделать совсем небольшие. Вместо светодиода с его резистором здесь установлен динамик, подключенный к земле через конденсатор C4 - он нужен, чтобы отфильтровать постоянную составляющую выхода и прогонять через динамик только переменный ток. Для максимальной громкости этот конденсатор должен быть электролитическим, емкостью порядка 10 мкФ, но подобный звук будет резать ухо, и если такой задачи не стоит, поставь керамический на 100 нФ, будет потише. Можешь взять динамик из сломанных больших наушников или бипер из старого системного блока. Пьезодинамик (в виде круглой металлической пластинки) также подойдет, плюс ему не нужен конденсатор С4.

Поскольку звуковые частоты несколько выше, чем частота моргания диода, то RC-цепочку тоже придется чутка переделать. Конденсатор C1 заменить на керамический 100 нФ, резистор R2 заменить на 1 кОм и последовательно с ним поставить переменный резистор R3 на 10 кОм. У переменных резисторов обычно 3 ножки, расположенные в ряд, но тебе нужно подключить только две - любую из крайних и центральную. Такие параметры не позволят частоте убежать за слышимый диапазон на всем диапазоне R3. Резистором выставляй частоту, нажимай кнопку и слушай, что звучит. При некоторой сноровке получится музыка.

Сервомашинка как удлинитель пальца

Еще одна схема в режиме мультивибратора. Здесь при помощи таймера 555 ты будешь управлять сервомашинкой. Крути переменный резистор, а машинка будет крутить все, что угодно. Сервоприводы (или просто сервы) используются обычно в радиоуправляемых модельках машин/вертолетов/самолетов, но это не значит, что ты не найдешь им другого применения.

Для начала тебе нужно эту машинку где-нибудь достать. Неплохой выбор недорогих серв есть в популярном китайском онлайнмагазинчике DealExtreme (s.dealextreme.com/search/servo), все свои я заказывал именно там. В наших магазинах они тоже есть, но заметно дороже.

Типичная хобби-серво имеет три провода: черный или коричневый минус питания, который нужно подключить к контакту SERVO-3 на схеме, красный плюс - к SERVO-1, желтый или белый для управляющих команд - к SERVO-2.

Серво ждет, что по сигнальному проводу 50 раз в секунду будут приходить короткие импульсы длиной от 0,9 до 2,1 мс, и длительность сигнала подскажет, на какой угол нужно отклониться. Параметры RC-цепочки в схеме подобраны таким образом, чтобы обеспечить именно такие сигналы. Поскольку время импульса должно быть меньше, чем время между ними, то в схему нужно добавить диод D1. В схеме указан 1n4148, так как он один из самых распространенных, но можно заменить его на другой. Определить полярность диода просто - перпендикулярная полоска на корпусе соответствует черте на схеме.

Таймер 555 - штука простая, хоть 15 вольт на вход подавай, ей все нипочем. А сервомашинка требует более бережного отношения и работает только в диапазоне напряжений от 4,8 В до 6 В. Так что если для питания ты использовал батарейку на 9 В, то придется напряжение понижать. С этой задачей отлично справляется стабилизатор 7805, который срезает все лишнее и оставляет на выходе чистые 5 В. Правда, все лишние вольты он попросту преобразует в тепло и может сильно нагреваться. Хотя, нагреваясь, стабилизатор поддерживает приятный теплый микроклимат в комнате, его не стоит применять в проектах, питающихся от батареек - прожорливый он. Включить его в схему просто: если ты возьмешь его за выходы и будешь читать надписи на корпусе, то первая нога окажется слева - ее нужно подсоединить к плюсу батареи, вторую - к общей земле, а третья - выход +5 В.

Собрав эту штуку, ты сможешь не просто тестировать сервы на работоспособность, а еще удаленно управлять выключателями и открывать замки.

Постоянная кнопка

Порой необходимо, чтобы твоя схемка работала, как телевизор: нажал кнопочку, она включилась, нажал еще раз - выключилась. И эту задачу тоже можно решить на 555. Внутри микросхемы запрятан триггер, который для этой цели можно использовать.

Основная часть схемы уже не должна вызывать у тебя особых вопросов, остановлюсь лишь на выходе третьей ножки, а именно - резисторе R4 и транзисторе T1. Ведь мы делаем кнопку, а значит - она должна уметь пропускать ток, и не факт, что 200 мА, на которые способен 555, будет достаточно. Здесь в качестве ключа используется небольшой NPN-транзистор 2N3904, который способен пропускать те же 200 мА, что и сам таймер, и смысла в нем немного, но его всегда можно заменить на более мощный МОП-транзистор - например, IRF630, который позволит подключить нагрузку до 9А. Правда, для такого транса напряжение придется увеличить на схеме до 12 вольт, иначе затвор не откроется.

Еще не очень круто применять такой выключатель в мобильных устройствах, так как даже в выключенном состоянии он потребляет ток в 3-6 мА, что заметно подсаживает батарею.

Гаджет для приготовления чая

Когда я только начал знакомиться с linux’ом, мне попалась небольшая, но очень важная программа для приготовления чая. В ней можно выбрать сорт чая, и по прошествии времени, необходимого для заварки, она начинала помаргивать иконкой в трее и пищать. Из какого дистрибутива была программа, я уже не помню, но она пару раз помогла мне выпить не остывший чай. С программами всегда так: снес операционку - и нет ее, а железка на столе куда надежнее!

Для реализации этой штуковины понадобится целых два таймера 555. Один (тот, что на схеме слева) будет отсчитывать 4 минуты, за которые заварка превращается в благоуханный напиток, а другой - генерировать импульсы для пищалки.

Генератор на IC2 трудолюбиво и непрерывно генерирует импульсы. Рассмотрим подробнее первый таймер. Он подсоединен в моностабильном режиме. В нормальном состоянии сразу после включения питания на выходе 3 низкий уровень - он притянут к земле, а значит - пищит динамик и горит светодиод LED2 (на самом деле светодиод моргает, но очень быстро, и это незаметно). Как только нажимается кнопка S1, таймер включается, на выходе 3 становится высокий уровень, зажигается светодиод LED1, а динамик выключается, ведь LED2 хоть и «свето-», но все-таки диод, и в обратную сторону ток пропускать не будет. Так продолжается, пока конденсатор C4 заряжается через резистор R1. Когда напряжение на ножке 6 станет больше 2/3 Vcc, то таймер выключится и вновь запищит бипер.

Схему можно чутка модифицировать, добавив последовательно R1 - переменный резистор на 500 кОм, тогда можно будет регулировать время заварки для разных сортов чая.

Уверен, этих схем тебе хватит для вдохновения. Если нет - попробуй поискать чтонибудь на сайте instructables.com . Также со схемами может помочь программа 555 Timer Pro schematica.com/555_Timer_design/555_Timer_PRO_EX.htm , которая позволяет в пару кликов рассчитать детали для любого режима (правда, стоит она «всего» $29, но если постараться, то можно найти в сети более старую бесплатную версию).