Лабораторный частотометр на микросхемах 555 серии, с намёком на стимпанк.

Области применения

Сложно найти направления в развитии электроприборов, в которой бы не нашел применение  таймер NE/SE 555. На нем успешно конструируют платы генераторов и реле времени, с возможностью управления интервалом от микросекунд до нескольких часов, используют при создании датчиков освещенности и контроля уровня жидкости, охранной сигнализации и кодовых замков.

Сигнализатор темноты

С устройствами, включающимися или выключающимися при изменении силы светового потока (освещенности), каждый вольно или невольно сталкивается каждый день:

• на улицах с помощью таких устройств включаются фонари освещения;
• в подъездах – дежурное освещение лестничных площадок;
• в квартирах — различные устройства имеющий суточный ритм работы.

Принцип действия устройства, реагирующего на изменение освещенности, основан на том, что при изменении сопротивления фоторезистора, на входе NE555 меняется потенциал. Это влечет изменение напряжения на выходе и включает реле.

РИСУНОК 2

Принципиальная схема датчика света

Модуль сигнализации

Сигнализация, собранная с использованием микросхемы 555, использует ее как одновибратор, который, получив сигнал от датчика, генерирует управляющий сигнал включающий сирену. Продолжительность, тональность и громкость звучания регулируется введенными в схему переменными резисторами.

РИСУНОК 3

Принципиальная схема сигнализации

Метроном

Аналог механического прибора, задающего ритм определенной частоты и используемый музыкантами в процесс обучения и репетиций, имеет электронный аналог, собираемый с использованием таймера 555.

В данном случае микросхема работает в режиме мультивибратора, генерирующего периодические импульсы, которые регулируются  транзисторами Q₁ и  Q₂, обеспечивающими регулировку частоты импульсов. Непосредственно частота имульсов регулируется потенциометром Р₁ . Для получения щелчка, схожего с щелчком механического метронома, в схему добавлен транзистор Q₃ .

РИСУНОК 4

Принципиальная схема метронома

Таймер

Пример использования микросхемы по «прямому» назначению – отсчету интервала времени. Работа устройства основана на способности переключать режимы, выдавая сигналы на включение/выключение.

При разряженном конденсаторе потенциал на входе 555 обнулен. В процесс зарядки, требующей определенного времени, «отсчитывается» заданный интервал. После достижения заданного значения зарядки происходит разряд конденсатора, изменение потенциала. Таймер срабатывает на включение или выключение.

РИСУНОК 5

Принципиальная схема таймера

Точный генератор

Используется для регулирования параметров выходных импульсов в различных электронных устройствах. В частности – в высокочастотных преобразователях, входящих в блоки питания LED-лент.

РИСУНОК 6

Принципиальная схема таймера

Расположение и назначение выводов

Микросхема NE555 имеет восемь выходов. В настоящее время встречаются микросхемы в прямоугольных DIP-корпусах, хотя, изредка, можно встретить микросхему в круглом металлическом корпусе. От этого назначение выводов не меняется.

Расположение и нумерация показана на рисунке:

РИСУНОК 7

Расположение и назначение выводов NE555

Основные характеристики микросхемы NE555

Характеристики таймера у разных производителей могут отличаться в небольших пределах, но принципиальных отклонений нет ни у кого (кроме микросхем неизвестного происхождения, от них можно ждать чего угодно):

• Напряжение питания стандартно указывается от +5 до +15 В, хотя в даташитах содержатся пределы 4,5…18 В.
• Выходной ток составляет 200 мА.
• Выходное напряжение – максимум VCC минус 1,6 В, но не менее 2 В при напряжении питания 5 В.
• Потребляемый ток при 5 В не более 5 мА, при 15 В – до 13 мА.
• Погрешность формирования длительности импульса – не более 2,25%.
• Максимальная рабочая частота – 500 кГц.

Все параметры указаны для температуры окружающей среды +25 °С.

Электрические характеристики

Уровень напряжения на выводе THRES	VCC = 15 В		9.4	10	10.6	8.8	10	11.2	В
VCC = 5 В		2.7	3.3	4	2.4	3.3	4.2
Ток(1)  через вывод THRES				30	250		30	250	нA
Уровень напряжения на выводеTRIG	VCC = 15 В		4.8	5	5.2	4.5	5	5.6	В
TA = от –55°C до 125°C	3		6
VCC = 5 В		1.45	1.67	1.9	1.1	1.67	2.2
TA = от –55°C до 125°C			1.9
Ток через вывод TRIG	при 0 В на TRIG			0.5	0.9		0.5	2	мкA
Уровень напряжения на выводе RESET			0.3	0.7	1	0.3	0.7	1	В
TA = от  –55°C до 125°C				1.1
Ток через вывод RESET	при VCC на RESET			0.1	0.4		0.1	0.4	мA
при 0 В на RESET			–0.4	–1		–0.4	–1.5
Переключающий ток на DISCH в закрытом состоянии				20	100		20	100	нA
Переключающее напряжение на DISCH в открытом состоянии	VCC = 5 В, IO = 8 мA						0.15	0.4	В
Напряжение на CONT	VCC = 15 В		9.6	10	10.4	9	10	11	В
TA = от –55°C до 125°C	9.6		10.4
VCC = 5 В		2.9	3.3	3.8	2.6	3.3	4
TA = от –55°C до 125°C	2.9		3.8
Низкий уровень напряжения на выходе	VCC = 15 В, IOL = 10 мA			0.1	0.15		0.1	0.25	В
TA = от –55°C до 125°C			0.2
VCC = 15 В, IOL = 50 мА			0.4	0.5		0.4	0.75
TA = от –55°C до 125°C			1
VCC = 15 В, IOL = 100 мА			2	2.2		2	2.5
TA = от –55°C до 125°C			2.7
VCC = 15 В, IOL = 200 мA		2.5			2.5
VCC = 5 В, IOL = 3.5 мA	TA = от –55°C до 125°C			0.35
VCC = 5 В, IOL = 5 мA			0.1	0.2		0.1	0.35
TA = от –55°C до 125°C			0.8
VCC = 5 В, IOL = 8 мA		0.15	0.25		0.15	0.4
Высокий уровень напряжения на выходе	VCC = 15 В, IOH = –100 мA		13	13.3		12.75	13.3		В
TA = от –55°C до 125°C	12
VCC = 15 В, IOH = –200 мA		12.5			12.5
VCC = 5 В, IOH = –100 мA		3	3.3		2.75	3.3
TA = от –55°C до 125°C	2
Потребляемый ток	Низкий уровень на выходе, без нагрузки	VCC = 15 В		10	12		10	15	мA
VCC = 5 В		3	5		3	6
Низкий уровень на выходе, без нагрузки	VCC = 15 В		9	10		9	13
VCC = 5 В		2	4		2	5

Этот параметр влияет на максимальные значения времязадающих резисторов RA и RB в цепи Рис. 12. Для примера, когда VCC = 5 V R = RA + RB  ? 3.4 МОм, и для VCC = 15 В максимальное значение равно 10 мОм.

Эксплуатационные характеристики

Начальная погрешность интервалов времени(3)	Каждый таймер, моностабильный(4)	TA = 25°C		0.5	1.5(1)		1	3	%
Каждый таймер, астабильный(5)			1.5			2.25
Температурный коэффициент временного интервала	Каждый таймер, моностабильный(4)	TA = MIN to MAX		30	100(1)		50		ppm/ °C
Каждый таймер, астабильный(5)			90			150
Изменение временного интервала от напряжения питания	Каждый таймер, моностабильный(4)	TA = 25°C		0.05	0.2(1)		0.1	0.5	%/V
Каждый таймер, астабильный(5)			0.15			0.3
Время нарастания выходного импульса		CL = 15 пФ, TA = 25°C		100	200(1)		100	300	нс
Время спада выходного импульса		CL = 15 пФ, TA = 25°C		100	200(1)		100	300	нс

(1) Соответствуют стандарту MIL-PRF-38535, эти параметры не проходили производственные испытания.

(2) Для условий указанных как Мин. и Макс. , используют соответствующее значение, указанное в рекомендуемых условиях эксплуатации.

(3) Погрешность интервала времени определяется как разность между измеренным значением исредним значением случайной выбор кииз каждого процесса.

(4) Значения указаны для моностабильной схемы со следующими значениями компонентов RA = 2 от кОм до 100 кОм, C = 0.1 мкФ.

(5) Значения указаны для астабильной схемы со следующими значениями компонентов RA = 1 от кОм до 100 кОм, C = 0.1 мкФ.

Применение

Невероятно низкая цена, доступность и простота реализации функционально сложных и в тоже время тривиальных электронных схем на ее основе, без глубоких познаний в области электроники, сделали её самой любимой игрушкой большинства начинающих радиолюбителей. Она является сердцем самых разнообразных и очень популярных конструкций, в том числе сделанных своими руками.

По инструкции в непродолжительном видео Вы можете собрать некоторые из схем на NE555: простого и более совершенного металлоискателя пират, ШИМ-регулятора, повышающего DC-преобразователя и измерителя индуктивности и емкости на триггере Шмитта.

Наименования и обозначения

• Устаревшие наименования Волномер — для резонансных и гетеродинных частотомеров
• Герцметр — для щитовых аналоговых и язычковых частотомеров

Для обозначения типов электроизмерительных (низкочастотных) частотомеров традиционно используется отраслевая система обозначений, в которой приборы маркируются в зависимости от системы (основного принципа действия)В хх — вибрационные частотомеры

Д хх — приборы электродинамической системы

Э хх — приборы электромагнитной системы

М хх — приборы магнитоэлектрической системы

Ц хх — приборы выпрямительной системы

Ф хх,Щ хх — приборы электронной системы

Н хх — самопишущие приборы
Частотомеры радиодиапазона маркируются по ГОСТ 15094Ч2- хх — резонансные частотомеры

Ч3- хх,РЧ3- хх — Электронно-счетные частотомеры

Ч4- хх — гетеродинные, конденсаторные и мостовые частотомеры

Частотомер — цифровая шкала. Схема и инструкция по монтажу

Рассматриваемое устройство выполняет функции:

• частотомера с выводом измеренного значения частоты в герцах (до 8 разрядов);
• цифровой шкалы с АПЧ генератора плавного диапазона (ГПД) для радиолюбительского трансивера;
• электронных часов.

Основные характеристики цифрового частотомера

1. Диапазон измеряемых частот — 0–50 МГц.
2. Диапазон программируемых значений ПЧ — 0–16 МГц.
3. Минимальный уровень входного сигнала — 200 мВ.
4. Время измерения частоты — 1 с.
5. Погрешность измерения — ±1 Гц.
6. Напряжение питания — 5±0,5 В.
7. Ток потребления устройства — не более 30 мА.

Цифровой частотомер — схема и её описание, необходимые комплектующие

Список необходимых радиоэлементов:

• Микросхема (DD1) — КР1554ЛА3.
• МК PIC 8-бит (DD2) — PIC16F84A.
• 2 биполярных транзистора (VT1, VT2) — КТ368А и КТ315Б.
• 6 диодов (VD1–VD6) — КД521Б.
• 3 конденсатора (С1, С2, С6) — 0.1 мкФ, 0.033 мкФ, 68 пФ.
• Электролитический конденсатор (С3, С4, С7) — 6.8 мкФ и 2х100 мкФ.
• Подстроечный конденсатор (С5) — 68 пФ.
• 14 резисторов — R1 (330 Ом); R2 (47 кОм); R3, R4, R6, R8–R11 (7х15 кОм); R5, R12–R14 (4х5.1 кОм); R7 (430 Ом).
• Кварцевый резонатор (ZQ1) — 4 МГц.
• LCD-дисплей (HG1) — КО-4В, от телефонного аппарата.
• 3 тактовых кнопки S1, S2, WR_IF.
• Кнопка на размыкание НК.
• Батарея питания — 1.5 В.
• Блок питания — 5В.

Печатная плата частотомера:
Скачать прошивку и исходный код можно ниже:2cifrovoy-chastotomer.rar

Как изготовить реле времени ne555 самостоятельно

Чтобы лучше ознакомиться с таймером, изготовьте реле времени собственноручно. Это простая классическая схема, которую может собрать любой человек.

Для запуска используется тумблера SB1, для настройки длительности — резистор R2. Примерное время работы указанной схемы — 6 сек. Чтобы его увеличить, не меняя характеристики R2, нужно повысить емкость С1.

Для суточного рабочего цикла нужно использовать конденсатор с емкостью 1,6 тысяч мкФ. При применении микросхемы в условиях, приближенных к реальным, фарады можно менять на более соответствующие нужному рабочему времени. Для расчета применяют формулу: T=C1*R2, С1 — емкость выбранного конденсатора, R2 — средний показатель сопротивления резистора подстройки.

Распиновка выглядит так:

1. GND (Земля) — уменьшается питание.
2. Trigger (запуск) — контакт получает импульс для начала работы таймера. Возникает от нажатия тумблера.
3. Output (выход) – при активности таймера идет генерация исходящего сигнала на контакте.
4. Reset (сброс) — подается отрицательный сигнал, и происходит остановка таймера.
5. Control Voltage (контроль) — повышается устойчивость прибора к помехам.

Микросхема 555

Всем привет. Сегодня я хочу рассказать вам о микросхеме 555. Её история началась ещё в далеком 1971 году, когда компания Signetics Corporation выпустила микросхему SE555/NE555 под названием «Интегральный таймер» (The IC Time Machine). В те времена это была единственная «таймерная» микросхема, которая была доступна массовому потребителю. Сразу после выхода 555 завоевала бешеную популярность и её начали выпускать почти все производители полупроводников. Отечественные производители тоже выпускали данную микросхему под названием КР1006ВИ1.

Что это за чудо?

Микросхема выпускается в двух вариантах корпуса — пластиковом DIP и круглом металлическом. Правда встретить 555 в круглом металлическом корпусе в наши времена очень сложно, чего не скажешь о версии в пластиковом DIP корпусе. Внутри корпуса с восемью выводами скрываются транзисторы, диоды и резисторы. Не будем вдаваться в доскональное изучение 555, но про ножки этой микросхемы я расскажу более подробно. Всего ножек 8.

1. Земля

. Вывод, который во всех схемах нужно подключать к минусу питания. 2.Триггер , он же запуск. Если напряжение на пуске падает ниже 1/3 Vпит, то таймер запускается. Ток, потребляемый входом, не превышает 500нА. 3.Выход . Напряжение выхода примерно на 1,7 В ниже напряжения питания, когда он включен. Максимальная нагрузка, которую может выдержать выход — 200 мА. 4.Сброс . Если подать на него низкий уровень напряжения (меньше 0,7 В), то схема переходит в исходное состояние не зависимо от того, в каком режиме находится таймер на данный момент. Если в схеме не нужен сброс, то рекомендуется подключить этот вывод к плюсу питания. 5.Контроль . Этот вывод позволит нам получить доступ к опорному напряжению компаратора №1. Используется этот вывод очень редко, а вися в воздухе может сбивать работу, поэтому в схеме его лучше всего присоединить к земле. 6.Порог , он же стоп. Если напряжение на этом выходе выше 2/3 Vcc, то таймер останавливается и выход переводится в состояние покоя. Стоит заметить, что работает выход только тогда, когда вход выключен. 7.Разряд . Этот выход соединяется с землей внутри самой микросхемы, когда на выходе микросхемы низкий уровень и закрыт, когда на выходе высокий уровень. Может пропускать до 200 мА и иногда используется как дополнительный выход. 8.Питание . Данный выход нужно подключать к плюсу питания. Микросхема поддерживает напряжение в пределах 4,5-16 В. Может работать от обычной 9В-батарейки или от проводка USB.

Режимы

Ну что же пришло время поведать вам о режимах микросхемы 555. Их всего 3 и о каждом я расскажу более подробно.

Моностабильный

При подаче сигнала на вход нашей микросхемы, она включается, генерирует выходной импульс заданной длины и выключается, ожидая входного импульса

Важно, что после включения микросхема не будет реагировать на новые сигналы. Длину импульса можно рассчитать по формуле t=1.1*R*C

Пределов по длительности импульсов нет — как по минимальной, так и по максимальной длительности. Есть некоторые практические ограничения, которые можно обойти, но стоит задуматься над тем, нужно ли это и не проще ли выбрать другое решение. Итак, минимальные значения, установленные практическим образом для R составляет 10кОм, а для С — 95пФ. Можно и меньше, но при этом схема начнет поглощать много электричества.

Нестабильный мультивибратор

В этом режиме все довольно таки просто. Управлять таймером не нужно. Он все сделает сам — сперва включится, подождет время t1, потом выключится, подождет время t2 и начнет все заново. На выходе у нас получится забор из высоких и низких состояний. Частота с которой будет колебаться зависит от параметров величин R1,R2 и C и определяется она по формуле F= 1,44/((R1+R2)C). В течение времени t1 = 0.693(R1+R2)C на выходе будет высокий уровень, а в течение времени 2 = 0.693R2C — низкий.

Бистабильный

В данном режиме наша микросхема 555 используется как выключатель. Нажал одну кнопку — выход включился, нажал другую — выключился.

Частотомер — цифровая шкала. Схема и инструкция по монтажу

Рассматриваемое устройство выполняет функции:

• частотомера с выводом измеренного значения частоты в герцах (до 8 разрядов);
• цифровой шкалы с АПЧ генератора плавного диапазона (ГПД) для радиолюбительского трансивера;
• электронных часов.

Основу устройства составляет программируемый контроллер PIC16F84 фирмы Microchip. Быстродействие и широкие функциональные возможности этого контроллера позволяют подавать сигнал частотой до 50 МГц прямо на его счетный вход, то есть можно обойтись без предварительного делителя, обычно применяемого в устройствах подобного типа.

Основные характеристики цифрового частотомера

1. Диапазон измеряемых частот — 0–50 МГц.
2. Диапазон программируемых значений ПЧ — 0–16 МГц.
3. Минимальный уровень входного сигнала — 200 мВ.
4. Время измерения частоты — 1 с.
5. Погрешность измерения — ±1 Гц.
6. Напряжение питания — 5±0,5 В.
7. Ток потребления устройства — не более 30 мА.

Наличие электрически перепрограммируемой памяти данных внутри PIC16F84 позволило без специального оборудования перепрограммировать значение промежуточной частоты (ПЧ). Это дает возможность оперативно встраивать цифровую шкалу в трансивер с любым (0–16 МГц) значением промежуточной частоты.

Смотрите схему измерителя емкости конденсаторов

В качестве устройства индикации применен модуль ЖКИ от телефонных аппаратов типа Panaphone. Ввод информации в модуль осуществляется по двум линиям в последовательном коде. Полезной оказалась встроенная функция электронных часов. Малый ток потребления обуславливает малые помехи радиоприемной аппаратуре, в которую может встраиваться данное устройство.

Цифровой частотомер — схема и её описание, необходимые комплектующие

Список необходимых радиоэлементов:

• Микросхема (DD1) — КР1554ЛА3.
• МК PIC 8-бит (DD2) — PIC16F84A.
• 2 биполярных транзистора (VT1, VT2) — КТ368А и КТ315Б.
• 6 диодов (VD1–VD6) — КД521Б.
• 3 конденсатора (С1, С2, С6) — 0.1 мкФ, 0.033 мкФ, 68 пФ.
• Электролитический конденсатор (С3, С4, С7) — 6.8 мкФ и 2х100 мкФ.
• Подстроечный конденсатор (С5) — 68 пФ.
• 14 резисторов — R1 (330 Ом); R2 (47 кОм); R3, R4, R6, R8–R11 (7х15 кОм); R5, R12–R14 (4х5.1 кОм); R7 (430 Ом).
• Кварцевый резонатор (ZQ1) — 4 МГц.
• LCD-дисплей (HG1) — КО-4В, от телефонного аппарата.
• 3 тактовых кнопки S1, S2, WR_IF.
• Кнопка на размыкание НК.
• Батарея питания — 1.5 В.
• Блок питания — 5В.

На транзисторе VT1 и микросхеме DD1 выполнен формирователь входного сигнала. Микросхема DD2 выполняет функции контроллера частотомера, цифровой шкалы с АПЧ, управления модулем ЖКИ, а также позволяет оперативно изменять режим работы устройства.

Если на выводе 1 микросхемы DD2 присутствует уровень логической «1», то прибор выполняет функцию частотомера, если уровень логического «0» — цифровой шкалы. В режиме цифровой шкалы на индикатор выводится значение частоты входного сигнала равное Рвх+Р„ч при наличии уровня логической «1» на выводе 2 микросхемы DD2; или Fвх-Fпч — при уровне логического «0» на выводе 2 DD2.

Смотрите, как сделать щуп для осциллографа

Для записи необходимого значения Fпч надо в режиме частотомера подать на вход устройства сигнал с частотой Fпч (сигнал опорного генератора или телеграфного гетеродина, настроенных на центральную частоту полосы пропускания фильтра ПЧ), а на вывод 8 микросхемы DD2 на время 1,5–2 с подать уровень логического «0». Значение Fпч сохраняется в памяти при отключении питания и может неоднократно (не менее 106 раз) перепрограммироваться приведенным выше способом.

Система АПЧ ГПД работает следующим образом. После измерения частоты входного сигнала производится анализ числа равного сотням герц и, если оно четное, на вывод 8 микросхемы DD2 выдается уровень логического «0». Если нечетное, на вывод 8 микросхемы DD2 выдается уровень логической «1». Эти логические сигналы, предварительно проинтегрировав, можно использовать для управления емкостью варикапа в контуре ГПД. В результате осуществляется стабилизация частоты возле четных значений сотен герц с точностью ±10 Гц.

В режиме цифровой шкалы можно осуществить гашение десятков и единиц герц, если установить уровень логического «0» на выводе 9 микросхемы DD2.

Для перевода устройства в режим электронных часов необходимо нажать кнопку «НК». Для корректировки часов и минут служат кнопки «S1» и «S2».

Печатная плата частотомера:

Скачать прошивку и исходный код можно ниже:

Специализированные микросхемы

Микросхема-таймер серии 555

Таймер 555 – простое в использовании устройство, о множеством возможных применений. Он широко используется во всевозможных схемах, и это только усиливает его популярность и соответственно повышает спрос на продукцию, а это удешевляет сам таймер 555, что радует радиомастеров. Следует отметить что таймер 555 также выпускается в «двойном» формате. И называется таймер 556. Он включает два независимых IC 555 в одном корпусе.

Изначально выпускалась микросхема-таймер под названием NE555, но позже она также производилась разными производителями под разными названиями. Вот только лишь некоторые из аналогов микросхемы: AN1555, GL555, LB8555, MC1455, NJM555. Был также и отечественный аналог КР1006ВИ1.

В общем-то в наше время приобрести микросхемы особого труда не составляет: все что угодно можно найти в интернете. Ну, например здесь…

Внешний вид микросхемы-таймера серии NE555

Назначение выводов микросхем серии NE555 и NE556

Эту микросхему можно рассматривать как цифровое (логическое) устройство с двумя устойчивыми состояниями: логический ноль и логическая единица. Причем уровень напряжения при логической единице напрямую зависит от питания и может быть как 5V так и более, что делает ее универсальной: она может работать совместно как с ТТЛ-микросхемами так и с КМОП (что такое ТТЛ и КМОП технологии можно почитать здесь).

Сама по себе микросхема-таймер NE555 может работать в нескольких режимах:

Моностабильный режим – этот режим таймера 555 функционирует как «одноразовый-односторонний». Такой режим может включать таймеры, переключатели, сенсорные переключатели, делители частоты и т.д.

Нестабильный – автономная функция работы таймера 555. Такая функция позволяет работать в режиме генератора. Используют ее во включении светодиодные лампы, логической части часов и т.п.

И последний – бистабильный режим. Или триггер Шмитта. Понятно, что в таком случае таймер 555 работает как триггер, если нет конденсатора.

 Рассмотрим каждый из режимов работы таймера

Нестабильный режим работы таймера 555

Данная схема не имеет стабильного состояния – отсюда и «нестабильность». Выход постоянно «гуляет» высокое и низкое, используя при этом пользователем так называемом «квадрата» волны. Данная схема может использоваться при необходимости подавать механизму прерывистые толчки при кратковременном включении и выключении таймера.

Моностабильный режим таймера 555

Нетрудно заметить что здесь все работает по принципу ждущего мультивибратора: запуск устройства происходит при подаче управляющего сигнала. Но включено устройство не постоянно а лишь какое-то время.

Бистабильный режим ( триггер Шмитта )

Как видно из графика- здесь таймер 555 работает как триггер: при нажатии на �запуск� он переходит в устойчивое состояние логической единицы на выходе, при кнопке �сброс� все возвращается в исходное состояние.

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:

t=1,1*R*C.

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 R1, R2 и конденсатор С1

Время импульса (t1), время паузы(t2), 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/t1) более 2 единиц не удастся. Для решения проблемы в схему добавляют диод, катод которого соединяют с выводом 6, а анод с выводом 7. Схема работает следующим образом

В момент подачи питания конденсатор С1 разряжен, что переводит выход таймера в состояние высокого уровня. Затем С1 начинает заряжаться, набирая ёмкость до верхнего порогового значения 2/3 UПИТ. Достигнув порога ИМС переключается, и на выходе появляется низкий уровень сигнала. Начинается процесс разряда конденсатора (t1), который продолжается до нижнего порогового значения 1/3 UПИТ. По его достижении происходит обратное переключение, и на выходе таймера устанавливается высокий уровень сигнала. В результате схема переходит в автоколебательный режим

Схема работает следующим образом. В момент подачи питания конденсатор С1 разряжен, что переводит выход таймера в состояние высокого уровня. Затем С1 начинает заряжаться, набирая ёмкость до верхнего порогового значения 2/3 UПИТ. Достигнув порога ИМС переключается, и на выходе появляется низкий уровень сигнала. Начинается процесс разряда конденсатора (t1), который продолжается до нижнего порогового значения 1/3 UПИТ. 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 UПИТ. Возможность применения NE555 в качестве прецизионного триггера востребована в построении систем автоматического регулирования.

Описание

Созданию микросхемы NE555, реализованному в 1970 году специалистами компании Signetics (США), предшествовали теоретические разработки Ганса Камензинда, который сумел доказать важность, не имевшего на тот момент времени аналогов, изобретения. Таймер NE555 явился первой и единственной «таймерной» микросхемой, доступной рядовым потребителям, которая позволяла собирать миниатюрные и недорогие устройства за счет плотной компановки элементов в кристалле микросхемы

Основные параметры ИМС серии 555

Микросхема NE 555 состоит из пяти функциональных узлов:

• делителя напряжения;
• двух прецизионных компараторов;
• триггера;
• транзистора с открытым коллектором на выходе

РИСУНОК 1

Устройство микросхемы NE 555

Параметры работы микросхемы во многом определяются качеством сборки аналогов. Для таймера NE 555 диапазон рабочих температур составляет: 0° — 70° С, а для SE 555 он шире: от -55°С до +125°С.

Существенное влияние на точность работы схемы NE555оказывает вариант исполнения: гражданский или «военный». У последнего выше точность и продолжительнее ресурс работы. Корпус выполнен из керамики или металла.

Питание микросхем

Рекомендуемый интервал питания микросхем 555 и их аналогов лежит в интервале 4,5 V  — 16V. Для микросхемы с индексом SE может достигать 18V.

Потребляемый ток в норме составляет 2-5 мА, при пиковых значениях: 10-15 мА.

Выходной ток у китайских аналогов и отечественной микросхемы КР1006ВИ1 составляет не более 100 мА. У оригинальных импортных микросхем NE/SE 555 он около 200 мА.

Преимущества и недостатки микросхемы

У микросхемы 555 «таймерного» типа существует множество преимуществ. Именно поэтому она популярна столь долгое время.

Внутренний делитель задает верхний и нижний порог срабатывания для двух встроенных компараторов. Это одновременно является достоинством, та как не требуется вводить дополнительные элементы, одновременно это и недостаток: пороговым напряжением микросхемы нельзя управлять.

Кроме этого в процессе эксплуатации выявился и еще один недостаток: при каждом переключении возникает паразитный сквозной ток, достигающий в пиковых значениях силы в 400 мА. За счет этого увеличиваются тепловые потери. Микросхема нагревается.

Как избавиться от недостатков

Решение проблемы давно найдено. Оно заключается в установке между проводом вывода управления и общим проводом полярного конденсатора небольшой емкости (до 0,1 мкФ). Этот конденсатор стабилизирует работу микросхемы при запуске.

Помехоустойчивость работы микросхемы достигается установкой в цепь питания неполярного конденсатора емкостью 1 мкФ. Вариации микросхемы NE 555, собранные на КМОП-транзисторах, не несут в себе указанных недостатков. Для их стабильной работы нет необходимости устанавливать внешние конденсаторы.

Входной усилитель-формирователь Для цифровой шкалы-частотомера

Рейтинг:  5 / 5

Подробности

Категория: Частотомеры

Опубликовано: 17.03.2017 16:31

Просмотров: 5797

С.М. Задорожный Такой функциональный узел, как входной усилитепь-формирователь —это необходимая составляющая цифровой шкалы-частотомера для сигналов, уровень которых не превышает десятков милливольт. Подаваемый но вход такого усилителя сигнал усиливается до уровня, достаточного для стабильной работы микросхем цифровых счетчиков. Усилитель не должен оказывать шунтирующего влияния на цепь, к которой подключается шкала, и поэтому его входное сопротивление должно быть высоким, а входная емкость — малой.

Схема частотомера

На рис.1 показана схема частотного счетчика, построенного на таймере NE555, декадном счетчике / делителе CD4033 , регуляторе 7805 , 7-сегментном дисплее и нескольких отдельных компонентах. Пять десятилетних ИС драйвера счетчика-7-сегмента (каждый CD4033) соединены в тандем, чтобы сформировать 5-значный десятичный счетчик. ИС CD4033 состоит из 5-ступенчатого счетчика и выходного декодера, который преобразует код в 7-сегментный декодированный выходной сигнал для управления одним каскадом числового дисплея.

Рис.1: Схема частотомера

Синусоидальные сигналы, поступающие от источника генератора, сначала преобразуются в положительные импульсы с помощью транзистора T2 и диода D1. Затем эти импульсы подсчитываются 5-значным десятичным счетчиком.

Если вывод 2 IC3 имеет логическую «0», каждый импульс от генератора опережает счетчик на единицу. Логическое состояние контакта 2 зависит от выхода моностабильного мультивибратора, построенного вокруг IC NE555 (IC2).

IC555

NE555 — это высокостабильный контроллер, способный генерировать точные тактовые импульсы. Период времени моностабильного мультивибратора определяется комбинацией резистора R5, предустановки VR1 и конденсатора C4. Здесь он установлен точно на одну секунду.

Моностабильный мультивибратор запускается нестабильным мультивибратором, построенным вокруг другой IC NE555 (IC1). Период времени нестабильного мультивибратора определяется комбинацией резисторов R1 и R2 и конденсатора C1. Здесь IC1 предназначен для вывода прямоугольной волны, имеющей два вторых «высоких» и двухсекундных «низких» периодов.

Схема работы

Моностабильный мультивибратор (IC2) запускается всякий раз, когда выходной сигнал нестабильного мультивибратора (IC1) становится низким. Выход IC2 мгновенно повышается и остается высоким в течение одной секунды. Транзистор T1 инвертирует выходной сигнал IC2 для обеспечения низкого уровня на входном выводе 2 IC3.

Как только срабатывает IC2, передний фронт положительного выходного импульса посылает сигнал покоя всем счетчикам декады через конденсатор C6. Пять 7-сегментных дисплеев (от DIS1 до DIS5) теперь показывают счет как «00000». Поскольку на выводе 2 IC3 низкий уровень, счетчик может считать в течение одной секунды. Он продолжает считать входные импульсы, пока выход IC2 остается высоким.

Через одну секунду выход IC2 снова становится низким. Транзистор T1 отключен, что запрещает дальнейший отсчет, подтягивая вывод 2 IC3 к логической «1». Количество подсчитанных импульсов отображается на 7-сегментных дисплеях.

Процесс повторяется до тех пор, пока на схему счетчика подается питание. Вывод 5 таймера NE555 является выводом управляющего напряжения, который в основном используется для фильтрации, когда таймер используется в шумной среде. Однако, наложив напряжение на этот вывод, можно изменить рассчитанный период. Конденсатор емкостью 0,01 мкФ, подключенный к выводу 5 NE555, обходит любые помехи, возникающие при изменении рассчитанной ширины импульса. LED2 показывает период счета.

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.