NE555

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
NE555 od firmy Signetics

NE555 je integrovaný obvod používaný nejčastěji jako časovač nebo generátor různých pravoúhlých signálů. Byl navržen v roce 1970 švýcarským inženýrem Hansem R. Camenzindem. Na trh byl uveden v roce 1971 firmou Signetics. Uvádí se, že označení 555 je odvozeno od tří rezistorů s hodnotou 5 , které jsou v tomto IO použity. Sám Hans Camenzind však uvádí, že se jedná o náhodně vybrané číslo.[1]

Integrovaný obvod NE555 je v plastovém pouzdru DIP, SE555 pak v pouzdru kovovém. Existují i obvody s označením NE556, což jsou dva obvody 555 v jednom pouzdru, a dále NE558, který sdružuje čtyři obvody 555.[2]

Obvod obsahuje dva komparátory a jeden klopný obvod (KO) na výstupu. Komparační úrovně jsou odvozeny z děliče napětí sestávajícího ze tří 5 rezistorů. Přestože byl původně navržen pro časovací účely, je tak univerzální, že se dá použít na obrovské množství jiných aplikací jako např. generátory zvuků, měřiče kmitočtů, převodníků, atd.

Vnitřní zapojení[editovat | editovat zdroj]

Další blokové schéma obvodu. Místo jednoho klopného obvodu RS jsou však použity dva NORy (na funkci obvodu to nic nemění)
Vývody obvodu NE555
Vnitřní (blokové) schéma obvodu 555
• zelená - odporový dělič
• žlutá - R komparátor
• červená - S komparátor
• modrá - RS klopný obvod s numováním
• fialová - výstupní inv. zesilovač
• tyrkysová - výstupní tranzistor

Obvod 555 má 8 pinů, jejichž význam je popsán v tabulce:

Pin Označení Popis
1 GND Uzemnění (ground) obvodu, 0V.
2 TRIG Spouštění (trigger), vstup druhého (zapínacího) komparátoru.
3 OUT Výstup (output) obvodu.
4 RESET Nulovací (reset) vstup, umožňuje nulování KO nezávisle na vstupech.
5 CTRL Řídící (Control) napětí. Ovlivňuje překlápění komparátorů.
6 THR Práh (threshold), vstup prvního (vypínacího) komparátoru.
7 DIS Vybíjení (discharge), kolektor vybíjecího tranzistoru.
8 VCC Kladné, napájecí napětí v rozsahu 4,5 V až 16 V.

Napájecí napětí, přivedené na pin 8 (VCC), se na rezistorech R1 – R3 rozdělí na 1/3 a 2/3 své hodnoty, čímž se nastaví komparační úrovně dvou vstupních operačních zesilovačů, které jsou zapojeny jako komparátory. Vstupem 5 (CTRL) lze tyto úrovně měnit. Výstupy obou komparátorů jsou spojeny se vstupy klopného obvodu RS. Tento KO má ještě jeden, nulovací vstup (pin č.4, RESET), kterým je možné překlopit jej do stavu logické nuly nezávisle na jeho vstupech.

Invertující výstup KO je přiveden na invertor a ten pak na pin číslo 3 (OUT). Na tento invertující výstup KO je také připojena báze vybíjecího tranzistoru. Pokud je KO RS překlopen do stavu logické nuly, je na bázi tohoto tranzistoru log. jednička. Ta způsobí otevření tranzistoru, čímž se jeho kolektor (pin č.7, DIS) spojí se zemí (toho se využívá např. v zapojení astabilního KO).

Základní zapojení s 555[editovat | editovat zdroj]

Základní zapojení obvodu 555 jsou:

Astabilní KO[editovat | editovat zdroj]

Zapojení 555 jako astabilní klopný obvod
Průběhy napětí na výstupu č.3 (nahoře) a na uzlu R2-C (dole).

Astabilní klopný obvod je impulzní generátor, na jehož výstupu se nepřetržitě střídají úrovně napětí (logická nula a jedna). Zapojení využívá analogové napětí na kondenzátoru, který se periodicky nabíjí a vybíjí.

Obvod nemá ani jeden stabilní stav (odtud astabilní). To znamená, že výstup obvodu (pin číslo 3, OUT) nesetrvává ani v log. nule nebo jedničce. Oba stavy se pravidelně, periodicky střídají.

Na začátku je kondenzátor C vybitý (není na něm žádné napětí) a výstup obvodu OUT je v logické jedničce. Poté se kondenzátor C začne nabíjet a jakmile dosáhne hodnoty 2/3 napájecího napětí (VCC), vstup č. 6 (THR) způsobí, že výstup komparátoru K1 svým kladným napětím resetuje KO RS. Na výstupu č. 3 (OUT) se objeví log. nula.

Zároveň se ale otevře vybíjecí tranzistor, jehož kolektor (pin č. 7, DIS) spojí kondenzátor C se zemí a ten se tak začne vybíjet. Jakmile se kondenzátor vybije na hodnotu menší jak 1/3 napájecího napětí, výstup komparátoru K2 nastaví KO RS a tím pádem se na výstupu opět objeví logická jedna a vybíjecí tranzistor se uzavře. Dochází k nabíjení kondenzátoru.

Doba, po kterou se kondenzátor nabíjí je ovlivněna velikostí jeho kapacity a velikostí odporů R1, R2. Naopak velikost vybíjecí doby je závislá pouze na velikosti kondenzátoru a rezistoru R2. Rezistor R1 nemá na vybíjení vliv, protože kondenzátor se vybíjí přes tranzistor (pin č. 7).

t_{nab}=\ln (2) \cdot C (R_1 + R_2) \approx 0.693 \cdot C (R_1 + R_2)
t_{vyb}=\ln (2) \cdot C R_2 \approx 0,693 \cdot C R_2

Délka periody signálu je pak:

T = t_{nab} + t_{vyb} = \ln(2) \cdot C (R_1 + 2R_2)

Při konstrukci astabilního obvodu, který bude mít střídu (poměr doby, po kterou jsou na výstupu úrovně log. jedna a nula) výstupní signálu 1:1, musíme podle výše uvedených vztahů volit hodnoty rezistorů:

R_2 = R_1 + R_2

Tedy rezistor R1 = 0 Ω. Rezistor R1 však musí mít nenulovou hodnotu odporu, protože při vybíjení kondenzátoru přes kolektor vybíjecího tranzistoru by nastal zkrat napájecího zdroje, což může v nejhorším případě způsobit zničení tranzistoru. Rezistor R1 tedy nesmí být v zapojení vynechán, a tak nelze dosáhnout střídy přesně 1:1. Zpravidla se volí rezistory, aby platilo

R_1 \ll R_2,

například:

R_2 = 100\; k\Omega
R_1 = 1 \; k\Omega

Monostabilní KO[editovat | editovat zdroj]

Zapojení 555 jako monostabilní klopný obvod
Spouštěcí signál KO (nahoře), nabíjení kondenzátoru (uprostřed), výstupní signál obvodu (dole)

Monostabilní klopný obvod má jeden stabilní stav. Po příchodu sestupné hrany vstupního impulzu se obvod překlopí do svého nestabilního stavu, ve kterém setrvá předem definovanou dobu. Poté se opět vrací zpátky do stabilního stavu.

Spouštěcí impulz je vždy kratší, než výstupní impulz. To znamená, že výstupní impulz má stejnou, nebo větší šířku, než impulz spouštěcí. Z toho vyplývá, že se obvod používá například pro prodloužení, nebo obnovení impulzu.[3]

Po vyslání impulzu na pin č. 2 se kondenzátor C začne nabíjet přes rezistor R, protože vybíjecí tranzistor je uzavřen. Jakmile se kondenzátor nabije na 2/3 napájecího napětí, komparátor K1 resetuje KO RS, což způsobí změnu výstupní úrovně a zároveň otevření vybíjecího tranzistoru. Kondenzátor je spojen se zemí a tím se vybije. V tomto stavu obvod setrvává do příchodu dalšího spouštěcího impulzu.

Doba, po kterou obvod setrvává v nestabilním stavu je opět dána dobou nabíjení kondenzátoru:

t_{nestab}= \ln (3) \cdot C R \approx 1,099 \cdot C R

Parametry[editovat | editovat zdroj]

I přes velké množství výrobců tohoto univerzálního obvodu, je u všech typů pořadí vývodů a dokonce i parametry obvodu 555 stejné. Ačkoliv to nemusí platit vždy, běžné hodnoty jsou:

Napájecí napětí (UCC) 4.5 až 16 V
Klidový proud (při UCC = +5 V) 3 až 6 mA
Klidový proud (při UCC = +15 V) 10 až 15 mA
Maximální výstupní proud 200 mA
Ztrátový výkon 600 mW
Pracovní teplota 0 až 70 °C

Další obvody NE555[editovat | editovat zdroj]

Pokud je potřeba použít více integrovaných obvodů NE555, často se využívá NE556, neboli 2x NE555 v jednom pouzdře (DIP-14). Existuje také NE558, tedy 4 x NE555 (DIP-16). Poslední dva zmíněné obvody nejsou tak známé, protože se téměř nepoužívají.[2]

Nejen pro úspornější použití se sahá pro CMOS555, tedy NE555 v CMOS provedení. Také samozřejmě existuje i CMOS556, tedy 2x CMOS555. Pro použití v těžkých podmínkách (především velký rozsah teplot) lze použít SA555N, který je odolnější vůči vnějším vlivům.

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Literatura[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. THE 555 TIMER IC An Interview with Hans Camenzind [online]. 2004-06, [cit. 2009-12-26]. Dostupné online. (anglicky) 
  2. a b HÁJEK, Jan. 2x časovač 555. Praha : BEN - technická literatura, 1998. ISBN 80-86056-27-9. Kapitola 1, s. 7. (česky) 
  3. HÁJEK, Jan. 2x časovač 555. Praha : BEN - technická literatura, 1998. ISBN 80-86056-27-9. Kapitola 2.3, s. 12. (česky) 

Související články[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]