Electronics Club

Časovač 555 a jeho aplikace

Časovač 555 je lineární integrovaný obvod, který pracuje jako monostabilní multivibrátor, astabilní multivibrátor, Schmittův spouštěč, generátor funkcí s výstupními průběhy (např. čtvercové vlny), pulzy s časovým zpožděním a obvody s pulzně šířkovou modulací (PWM) a pulzně polohovou modulací (PPM) mají různé elektronické řídicí aplikace. Různí výrobci každoročně vyrábějí miliony jednotek integrovaného obvodu 555 pro průmyslové a komerční aplikace.

Integrovaný obvod 555 navrhl Hans R. Camenzind v roce 1971, kdy pracoval pro společnost SigneticsCorporation. Na počátku 70. let minulého století vyráběla společnost Signetics Corporation časovače555 pod obchodními názvy SE555 timer a NE555 timer pro vojenské, respektive komerční aplikace.

Časovač 555 je přesný časovací obvod, který může vytvářet impulsy s přesným a vysoce stabilním časovým zpožděním od mikrosekund až po hodiny. Nejčastěji se používá v praktických obvodech jako flip-flop v monostabilní, bistabilní a astabilní formě. Z jeho aplikací je známý jako IC stroj času.

Integrovaný obvod 555 se používá především pro funkce časovače v komerčních elektronických obvodech. V aplikacích časovače se doba trvání nebo délka výstupních impulzů určuje nabíjením a vybíjením kondenzátoru přes rezistory připojené externě k časovači 555. Pracovní cyklus výstupního impulsu je nastavitelný pomocí součástek časovacího obvodu R a C. Časovače 555 pracují s napájecím napětím od +5 V do +18 V. Jsou kompatibilní s logickými obvody TTL (tranzistorová tranzistorová logika) a CMOS (komplementární polovodič s oxidem kovu).

Obaly časovače 555

Součásticové obvody 555 jsou k dispozici ve standardním dvouřadém pouzdru (DIP), 8pólovém mini DIP nebo 14pólovém DIP. V současné době jsou nejoblíbenějšími obaly 555 a 556 DIP. Integrované obvody časovačů SE555 a NE555 jsouk dispozici jak v kovovém plechovém balení známém jako balení T, tak v epoxidovém plastovém balení známém jako balení V. Typ balení a použití se označujeve vojenském nebo komerčním použití jejich obchodními názvy, například NE555V, NE555T, SE555V a SE555T.

Významy pinových zapojení IC 555

• Zem: Kolík (1) je připojen ke společné nebo záporné svorce napájecího zdroje. Na zemnící svorce bude úroveň napětí na nulovém potenciálu. Napětí se bude měřit vzhledem k této svorce.
• VCC: Napájecí napětí (VCC) k obvodu 555 IC je připojeno externě k vývodu IC (8). Pohybuje se v rozmezí od 5 V do 15 V (4,5 V až 16 V) a u některých vojensky navržených obalů sahá až do 18 V.
• Výstup: Primární výstup časovače 555 IC může být vysokoúrovňový nebo nízkoúrovňový. Výstup z IC je k dispozici na vývodu (3).

1. Vysoká úroveň (stav): Při napájecím napětí VCC = 5 V, resp. 15 V bude vysoký stav 3,3 V, resp. 13,3 V. To znamená, že výstupní napětí bude menší než 1,7 V pod napájecím napětím VCC. Výstupní úrovně nasycení závisí na velikosti VCC.
2. Nízká úroveň (stav): Při napájecím napětí VCC = 5 V bude nízký stav 0,25 V při 5 mA a odebíral by až 200 mA. Při napájecím napětí VCC = 15 V bude výstupní nízké napětí řádově 2 V.
3. Časy náběhu a poklesu jsou až 100 ns.

• Spouštění: Vstupní napětí spouštěče je připojeno ke spodnímu (nebo spouštěcímu) komparátoru. Je připojeno k vývodu 555 IC (2). Řídí výstupní stavy R-S flip-flopu. Když vstupní napětí spouštěče klesne pod hodnotu \left ( \frac{1}{3}V_{cc} \right ), výstupní napětí vzroste a spustí se interval ve výstupním impulsu. Spouštění může být provedeno z pomalého průběhu ROC (rychlost změny) nebo dokonce z impulsů. Spouštěcí napětí leží mezi +VCC a zemnicí svorkou. Požadovaný proud je obvykle 500 nA.
• Řídicí napětí: Vývod řídicího napětí (555 IC číslo 5) je připojen k referenčnímu bodu na vstupní straně horního (nebo spouštěcího) komparátoru. Je připojen k bodu, kde jsou k dispozici 2/3 VCC na obvodu děliče napětí složeného ze tří rezistorů po 5 kΩ. Má také nepřímý přístup k referenčnímu napětí dolního (nebo spouštěcího) komparátoru. Řídicí napětí se pohybuje od 1 V pod VCC až do 2 V nad napětím země. Externí signál na řídicí napěťový kolík, časování výstupu IC lze měnit v monostabilním provozu. Řídicí napětí se může pohybovat od 45 % do 90 % VCC. V astabilním režimu bude po přivedení externího řídicího napětí pracovat jako frekvenční modulátor (FM). Pokud se tento pin nepoužívá, pak se od něj k zemi připojí kondenzátor o kapacitě asi 10 nF, aby se omezil případný parazitní šum a falešné spouštění.
• Reset: Tento pin (4) se používá k nastavení výstupu do nízkého stavu resetováním (vypnutím) klopného obvodu bez ohledu na stavy ostatních vstupů. K získání resetu západky (výstupu klopného obvodu) je zapotřebí resetovacího impulsu o napětí větším než 0,5 V s proudovou schopností větší než 0,1 mA. Šířka impulsu by měla být obvykle větší než 0,5 μs.
• Prahová hodnota: Prahové napětí je jedním ze vstupů horního (prahového) komparátoru. Je přivedeno na pin (6). Když je toto napětí nižší nebo vyšší než VCC, resetuje flip-flop a nastaví výstup do nízkého stavu.

Blokové schéma časovače 555 IC

Vnitřní bloky časovače 555 IC jsou následující:

1. Dva komparátory (spouštěcí komparátor a prahový komparátor)
2. R-S flip-flop
3. Tři rezistory 5 kΩ
4. Resetovací tranzistor
5. Vybíjecí tranzistor
6. Napájecí zesilovač
7. OR Gate

Aplikace časovače 555 IC

1. Monostabilní multivibrátor:
2. Astabilní multivibrátor:
3. Bistabilní multivibrátor:

Další aplikace časovače 555 IC se nacházejív:

1. DC-DC převodníky a digitální logické sondy
2. Generátory tvaru vlny (generátor rampové a čtvercové vlny)
3. Převádí analogové napětí na délku impulsu při analogově digitálním převodu
4. Analogové měřiče frekvence a tachometry
5. Přesné hodinové signály
6. De-bounce spínačů
7. Obvody PWM (pulzně šířková modulace) a PPM (pulzně polohová modulace)
8. Obvody pro řízení světelných signalizačních zařízení
9. Zařízení pro měření a regulaci teploty