Théorie et pratique de l'utilisation de la minuterie 555. Première partie. Théorique. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

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Il n'y a probablement aucun radioamateur de ce type (Miaou et son chat ! - Ci-après, la note du Chat) qui n'utiliserait pas ce merveilleux microcircuit dans sa pratique. Eh bien, tout le monde a certainement entendu parler d'elle.

Son histoire a commencé en 1971, lorsque Signetics Corporation a lancé la puce SE555/NE555 appelée « Integrated Timer » (La machine à voyager dans le temps IC).

A cette époque, c'était le seul microcircuit « minuterie » disponible pour le grand public. Immédiatement après sa mise en vente, le microcircuit a gagné en popularité auprès des amateurs et des professionnels. De nombreux articles, descriptions et diagrammes utilisant cet appareil sont apparus.

Au cours des 35 dernières années, presque tous les fabricants de semi-conducteurs qui se respectent ont considéré qu'il était de leur devoir de sortir leur propre version de ce microcircuit, notamment en utilisant des procédés techniques plus modernes. Par exemple, Motorola lance une version CMOS du MC1455. Mais avec tout cela, il n'y a aucune différence entre toutes ces versions en termes de fonctionnalité et de disposition des broches. Ils sont tous complètement analogues les uns aux autres.

Nos fabricants nationaux ne sont pas non plus restés à l'écart et ont produit ce microcircuit appelé KR1006VI1.

Et voici une liste des fabricants étrangers qui produisent la minuterie 555 et leurs désignations commerciales :

Dans certains cas, deux noms sont indiqués. Cela signifie que deux versions de la puce sont disponibles : civile, à usage commercial et militaire. La version militaire offre une plus grande précision, une plage de températures de fonctionnement plus large et est disponible dans un boîtier en métal ou en céramique. Eh bien, plus cher, bien sûr.

Commençons par le corps et les épingles.

Le microcircuit est disponible en deux types de boîtiers : DIP en plastique et métal rond. Certes, il était encore produit dans un boîtier métallique - il ne reste plus que des boîtiers DIP. Mais au cas où vous auriez soudainement une telle chance, je vous présente les deux dessins du boîtier. L'affectation des broches est la même dans les deux cas. En plus des standards, deux autres types de microcircuits sont disponibles - 556 et 558. 556 est une version double de la minuterie, 558 est une version quadruple.

Le schéma fonctionnel de la minuterie est présenté dans la figure située juste au-dessus de cette phrase.

Le microcircuit contient environ 20 transistors, 15 résistances, 2 diodes. La composition et la quantité des composants peuvent varier légèrement selon le fabricant. Le courant de sortie peut atteindre 200 mA, le courant consommé est de 3 à 6 mA de plus. La tension d'alimentation peut varier de 4,5 à 18 volts. Dans ce cas, la précision de la minuterie est pratiquement indépendante des modifications de la tension d'alimentation et représente 1 % de la valeur calculée. La dérive est de 0,1%/volt et la dérive en température est de 0,005%/C.

Nous allons maintenant examiner le schéma de circuit de la minuterie et laver ses os, ou plutôt ses jambes - quelle sortie est nécessaire pour quoi et ce que tout cela signifie.

(cliquez pour agrandir)

Donc, conclusions (Miaou ! C'est une question de jambes...) :

1. La terre Il n'y a rien de spécial à commenter ici - la sortie qui est connectée au moins de l'alimentation et au fil commun du circuit.

2. Lancer. Entrée du comparateur n°2. Lorsqu'une impulsion de bas niveau (pas plus de 1/3 Vpit) est appliquée à cette entrée, la minuterie démarre et une tension de haut niveau est réglée à la sortie pendant une durée déterminée par la résistance externe R (Ra + Rb, voir schéma fonctionnel) et condensateur C - c'est ce qu'on appelle le mode multivibrateur monostable. L'impulsion d'entrée peut être rectangulaire ou sinusoïdale. L'essentiel est que sa durée soit plus courte que le temps de charge du condensateur C. Si l'impulsion d'entrée dépasse néanmoins cette durée, la sortie du microcircuit restera dans un état de niveau haut jusqu'à ce que le niveau d'entrée soit à nouveau élevé. . Le courant consommé par l'entrée ne dépasse pas 500 nA.

3. Quittez. La tension de sortie change avec la tension d'alimentation et est égale à Vpit-1,7 V (niveau de sortie élevé). À un niveau bas, la tension de sortie est d'environ 0,25 V (à une tension d'alimentation de +5 V). La commutation entre les états bas et haut se produit en 100 ns environ.

4. Réinitialisez. Lorsqu'une tension de bas niveau (pas plus de 0,7 V) est appliquée à cette sortie, la sortie est réinitialisée à un état de bas niveau, quel que soit le mode dans lequel se trouve actuellement la minuterie et ce qu'elle fait. Réinitialiser, vous savez, c’est réinitialisé en Afrique aussi. La tension d'entrée est indépendante de la tension d'alimentation - c'est une entrée compatible TTL. Pour éviter les réinitialisations accidentelles, il est fortement recommandé de connecter cette broche au positif de l'alimentation jusqu'à ce que cela soit nécessaire.

5. Contrôle. Cette broche permet d'accéder à la tension de référence du comparateur n°1, qui est égale à 2/3V de l'alimentation. Généralement, cette broche n'est pas utilisée. Cependant, son utilisation peut étendre considérablement les possibilités de gestion des minuteries. Le fait est qu'en appliquant une tension à cette broche, vous pouvez contrôler la durée des impulsions de sortie de la minuterie et ainsi conduire la chaîne de distribution sur RC. La tension fournie à cette entrée en mode multivibrateur monostable peut aller de 45 % à 90 % de la tension d'alimentation. Et en mode multivibrateur de 1,7 V à la tension d'alimentation. Dans ce cas, nous recevons un signal modulé FM (FM) en sortie. Si cette broche n'est pas utilisée, il est recommandé de la connecter au fil commun via un condensateur de 0,01 μF (10 nF) pour réduire le niveau d'interférence et tous les autres problèmes.

6. Arrêtez. Cette broche est l'une des entrées du comparateur n°1. Il est utilisé comme une sorte d'antipode à la sortie 2. C'est-à-dire qu'il est utilisé pour arrêter la minuterie et amener la sortie dans un état de bas niveau (Miaou ! Panique silencieuse ?!). Lorsqu'une impulsion de niveau haut est appliquée (au moins 2/3 de la tension d'alimentation), la minuterie s'arrête et la sortie est réinitialisée à un état de niveau bas. Tout comme la broche 2, des impulsions rectangulaires et sinusoïdales peuvent être fournies à cette broche.

7. Décharge. Cette broche est reliée au collecteur du transistor T6 dont l'émetteur est relié à la masse. Ainsi, lorsque le transistor est ouvert, le condensateur C se décharge à travers la jonction collecteur-émetteur et reste dans un état déchargé jusqu'à la fermeture du transistor. Le transistor est ouvert lorsque la sortie du microcircuit est basse et fermé lorsque la sortie est active, c'est-à-dire haute. Cette broche peut également être utilisée comme sortie auxiliaire. Sa capacité de charge est approximativement la même que celle d'une sortie temporisée classique.

8. Plus la nutrition. Comme dans le cas de la conclusion 1, il n’y a pas grand chose à dire. La tension d'alimentation de la minuterie peut être comprise entre 4,5 et 16 volts. Pour les versions militaires de la puce, la plage supérieure est de 18 volts.

Absorbé? Allons plus loin.

La plupart des minuteries nécessitent un circuit de synchronisation, généralement composé d'une résistance et d'un condensateur. La minuterie 555 ne fait pas exception. Regardons le schéma de fonctionnement du microcircuit.

Supposons donc que nous ayons alimenté la puce. L'entrée est haute, la sortie est basse, le condensateur C est déchargé. Tout est calme, tout le monde dort. Et puis BANG - nous appliquons une série d'impulsions rectangulaires à l'entrée de la minuterie. Ce qui se passe?

La toute première impulsion de bas niveau fait passer la sortie du temporisateur à un état de haut niveau. Le transistor T6 se ferme et le condensateur commence à se charger via la résistance R. Pendant tout le temps que le condensateur se charge, la sortie de la minuterie reste activée - elle maintient un niveau de tension élevé. Dès que le condensateur est chargé aux 2/3 de la tension d'alimentation, la sortie du microcircuit s'éteint et un niveau faible apparaît dessus. Le transistor T6 s'ouvre et le condensateur C se décharge.

Cependant, deux nuances apparaissent dans le graphique en pointillés.

La première est que si, après la fin de la charge du condensateur, un niveau de tension faible reste à l'entrée - dans ce cas, la sortie reste active - elle reste à un niveau haut jusqu'à ce qu'un niveau haut apparaisse à l'entrée. La seconde est si nous activons l’entrée Reset avec une basse tension. Dans ce cas, la sortie s'éteindra immédiatement, même si le condensateur est toujours en charge.

Nous avons donc terminé la partie lyrique - passons aux chiffres et aux calculs sévères. Comment déterminer l'heure pendant laquelle la minuterie s'allumera et les valeurs de la chaîne RC nécessaires pour régler cette heure ? Le temps pendant lequel le condensateur est chargé à 63,2% (2/3) de la tension d'alimentation est appelé constante de temps, notons-le par la lettre t. Ce temps est calculé par une formule étonnante par sa complexité. Elle est là: t = R*C, où R est la résistance de la résistance en MegaOhms, C est la capacité du condensateur en microFarads. Le temps est obtenu en secondes.

Nous reviendrons sur la formule lorsque nous examinerons en détail les modes de fonctionnement de la minuterie. Examinons maintenant un simple testeur pour cette puce, qui vous dira facilement si votre instance de minuterie fonctionne ou non.

Si après la mise sous tension, les deux LED clignotent, alors tout va bien et le microcircuit est en parfait état de fonctionnement. Si au moins une des diodes ne s'allume pas ou, au contraire, s'allume en permanence, alors un tel microcircuit peut être jeté dans les toilettes en toute conscience ou renvoyé au vendeur si vous venez de l'acheter. Tension d'alimentation - 9 volts. Par exemple, à partir d'une batterie Krona.

Voyons maintenant les modes de fonctionnement de ce microcircuit.

À proprement parler, il existe deux modes. Le premier est un multivibrateur monostable. Monostable - car un tel multivibrateur n'a qu'un seul état stable - éteint. Et nous le passons temporairement à l'état activé en appliquant un signal à l'entrée de la minuterie. Comme indiqué ci-dessus, le temps pendant lequel le multivibrateur passe à l'état actif est déterminé par le circuit RC. Ces propriétés peuvent être utilisées dans une grande variété de circuits. Commencer quelque chose pendant un certain temps ou vice versa - former une pause pendant un temps spécifié.

Le deuxième mode est un générateur d'impulsions. Le microcircuit peut produire une séquence d'impulsions rectangulaires dont les paramètres sont déterminés par la même chaîne RC. (Miaou ! Je veux une chaîne. Pour ma queue. Ou un bracelet. Antistatique.)

Après tout, notre chat est ennuyeux.

Commençons par le début, c'est-à-dire par le premier mode.

Le schéma de circuit pour connecter le microcircuit est présenté sur la figure. Le circuit RC est connecté entre le plus et le moins de l'alimentation. Broche 6 - Stop est connectée à la connexion entre la résistance et le condensateur. C'est l'entrée du comparateur n°1. La broche 7 est également connectée ici - Bit. L'impulsion d'entrée est appliquée à la broche 2 - Démarrage. C'est l'entrée du comparateur n°2. Un circuit complètement simple - une résistance et un condensateur - est-ce beaucoup plus simple ? Pour augmenter l'immunité au bruit, vous pouvez connecter la broche 5 au fil commun via un condensateur de 10 nF.

Ainsi, dans l'état initial, la sortie de la minuterie est faible - environ zéro volt, le condensateur est déchargé et ne veut pas être chargé, puisque le transistor T6 est ouvert. Cette condition est stable et peut durer indéfiniment. Lorsqu'une impulsion de bas niveau arrive à l'entrée, le comparateur n°2 est déclenché et commute le déclenchement de la minuterie interne. En conséquence, un niveau de tension élevé est établi à la sortie. Le transistor T6 se ferme et le condensateur C commence à se charger à travers la résistance R. Pendant tout le temps de charge, la sortie de la minuterie reste élevée. Le minuteur ne répond à aucun stimuli externe s'il arrive sur la broche 2. Autrement dit, une fois le minuteur déclenché à partir de la première impulsion, d'autres impulsions n'avoir aucun effet sur l'état de la minuterie - c'est très important. Alors, que se passe-t-il là-bas ? Oh oui, le condensateur est en charge. Lorsqu'il se charge à une tension de 2/3 V, le comparateur n°1 fonctionnera et, à son tour, commutera le déclencheur interne. En conséquence, un faible niveau de tension sera établi à la sortie et le circuit reviendra à son état stable d'origine. Le transistor T6 s'ouvrira et déchargera le condensateur C.

Le temps pendant lequel la minuterie, pour ainsi dire, « devient fou » peut aller d'une milliseconde à des centaines de secondes.

Il est considéré comme ceci : T=1.1*R*C

Théoriquement, il n'y a aucune limite sur la durée des impulsions - ni la durée minimale ni la durée maximale. Il existe cependant certaines limitations pratiques qui peuvent être contournées, mais vous devez d'abord vous demander si cela est nécessaire et s'il ne serait pas plus facile de choisir une solution de circuit différente.

Ainsi, les valeurs minimales établies de manière pratique pour R sont de 10 kOhm, et pour C - 95 pF. Est-il possible de faire moins ? Je suppose oui. Mais en même temps, si vous réduisez davantage la résistance de la résistance, le circuit commencera à générer trop d'électricité. Si vous réduisez la capacité C, toutes sortes de capacités parasites et d'interférences peuvent affecter considérablement le fonctionnement du circuit.

En revanche, la valeur maximale de la résistance est d'environ 15 MΩ. Ici, la limitation est imposée par le courant consommé par l'entrée Stop (environ 120 nA) et le courant de fuite du condensateur C. Ainsi, si la valeur de la résistance est trop grande, la minuterie ne s'éteindra tout simplement jamais si la somme du condensateur courant de fuite et le courant d'entrée dépasse 120 nA.

Eh bien, en ce qui concerne la capacité maximale du condensateur, l'important n'est pas tant la capacité elle-même, mais le courant de fuite. Il est clair que plus la capacité est grande, plus le courant de fuite est important et plus la précision de la minuterie sera mauvaise. Par conséquent, si la minuterie doit être utilisée pendant de longs intervalles de temps, il est préférable d'utiliser des condensateurs avec de faibles courants de fuite, par exemple du tantale.

Passons au deuxième mode.

Une autre résistance a été ajoutée à ce circuit. Les entrées des deux comparateurs sont connectées et connectées à la jonction de la résistance R2 et du condensateur. La broche 7 est connectée entre les résistances. Le condensateur est chargé via les résistances R1 et R2.

Voyons maintenant ce qui se passe lorsque nous alimentons le circuit. A l'état initial, le condensateur est déchargé et les entrées des deux comparateurs ont un niveau de tension faible, proche de zéro. Le comparateur n°2 commute le déclencheur interne et règle la sortie de la minuterie à un niveau élevé. Le transistor T6 se ferme et le condensateur commence à se charger à travers les résistances R1 et R2.

Lorsque la tension sur le condensateur atteint les 2/3 de la tension d'alimentation, le comparateur n° 1, à son tour, commute la gâchette et désactive la sortie de la minuterie - la tension de sortie devient proche de zéro. Le transistor T6 s'ouvre et le condensateur commence à se décharger à travers la résistance R2. Dès que la tension sur le condensateur chute à 1/3 de la tension d'alimentation, le comparateur n°2 commutera à nouveau la gâchette et un niveau haut apparaîtra à nouveau à la sortie du microcircuit. Le transistor T6 se fermera et le condensateur recommencera à se charger... pouah, j'ai déjà la tête qui tourne.

En bref, grâce à tout ce chamanisme, le résultat que nous obtenons est une séquence d’impulsions rectangulaires. La fréquence d'impulsion, comme vous l'avez probablement déjà deviné, dépend des valeurs de C, R1 et R2. Il est déterminé par la formule :

Les valeurs de R1 et R2 sont substituées en Ohms, C - en Farads, la fréquence est obtenue en Hertz.

Le temps entre le début de chaque impulsion suivante est appelé période et est désigné par la lettre t. Il se compose de la durée de l'impulsion elle-même - t1 et de l'intervalle entre les impulsions - t2. t = t1+t2.

La fréquence et la période sont des concepts inverses et la relation entre eux est la suivante :

f = 1/t.

Bien entendu, t1 et t2 peuvent et doivent également être calculés. Comme ça:

t1 = 0.693(R1+R2)C;

t2 = 0.693R2C

Eh bien, il semble que nous en ayons fini avec la partie théorique. Dans la partie suivante, nous examinerons des exemples spécifiques d'activation de la minuterie 555 dans divers circuits et pour une grande variété d'utilisations.

Publication : radiokot.ru

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