Эксперимент 16. Интегральный таймер

Книга: Электроника для начинающих (2-е издание)

Назад: Комплектующие для четвертой главы

Я собираюсь начать наши эксперименты с микросхемами, познакомив вас с самым успешным изобретением, — таймером 555. В онлайн- источниках можно найти множество руководств по его применению, так зачем мне описывать его здесь? Для этого у меня есть три причины:

1. Об этой микросхеме должен знать каждый, кто интересуется электроникой. Некоторые источники утверждают, что ежегодно их выпускается более 1 млрд. Так или иначе эта микросхема будет присутствовать практически в любом устройстве, описанном далее в этой книге.

2. Таймер 555 является, пожалуй, самой универсальной микросхемой с несчетным количеством вариантов применения. Выходной ток довольно большой (до 200 мА), что важно на практике, а сама микросхема очень надежна и ее сложно повредить.

3. Прочитав десятки руководств, включая первый технический паспорт компании Signetics, и просмотрев множества любительских описаний, я пришел к выводу, что функционирование микросхемы редко объясняется на понятном для начинающих уровне. Я хочу дать вам наглядное представление о том, что происходит внутри, потому что тогда вы сможете творчески подойти к применению этой микросхемы.

Что вам понадобится

• Макетная плата, монтажный провод, кусачки, инструмент для зачистки проводов, мультиметр

• Источник питания на 9 В постоянного тока (батарея или сетевой адаптер)

• Резисторы номиналами 470 Ом (1 шт.) и 10 кОм (3 шт.)

• Конденсаторы емкостью 0,01 мкФ (1 шт.) и 15 мкФ (1 шт.)

• Подстроечные потенциометры: номиналом 20 или 25 кОм (1 шт.) и 500 кОм (1 шт.)

• Микросхема таймера 555 (1 шт.)

• Кнопки (2 шт.)

• Стандартный светодиод (1 шт.)

Первый взгляд на микросхему

Выводы таймера 555 пронумерованы против часовой стрелки (если смотреть сверху), как показано на рис. 4.9. На корпусе есть выемка с того конца, который считается верхом, иногда возле первого вывода ставят метку. Расстояние между выводами составляет 2,54 мм.

Корпуса всех других микросхем для установки в монтажные отверстия такие же, хотя выводов может быть больше. Обычно (но не всегда) расстояние между двумя рядами выводов составляет 7,62 мм, и это означает, что корпус в точности соответствует размеру промежутка посредине макетной платы, а проводники внутри макетной платы позволяют вам получить доступ к каждому выводу микросхемы. Да, макетная плата была именно так и задумана.

Рис. 4.9. Вариант корпуса микросхемы с восьмью выводами. Практически все микросхемы имеют полукруглую выемку сверху, но не везде есть метка возле первого вывода

Исследование моностабильного режима

На рис. 4.10 приведено обозначение выводов таймера 555. Рисунок, подобный этому, называют цоколевкой микросхемы. Я поясню функцию каждого вывода, но, как обычно, мне хочется, чтобы вы исследовали их самостоятельно.

Рис. 4.10. Цоколевка таймера 555

Рис.4.11. Схема для исследования таймера 555

Схема для исследования таймера показана на рис. 4.11.

Вы можете собрать эту схему на макетной плате, как показано на рис. 4.12. Обратите внимание на то, что возле нижнего левого угла находится короткая перемычка, соединяющая верхнюю секцию положительной шины с секцией, которая находится под ней. Перемычка необходима, если у вашей макетной платы есть разрыв в шине.

Номиналы компонентов показаны на рис. 4.13. Внутренние соединения изображены на рис. 4.14.

Подайте питание — и ничего не произойдет. Таймер ждет, чтобы вы его запустили. Подготовьте его, установив движок подстроечного потенциометра номиналом 500 кОм в среднее положение.

Теперь поверните движок подстроечного потенциометра 20 кОм против часовой стрелки до упора и нажмите кнопку А. Если по-прежнему ничего не произошло, поверните движок потенциометра 20 кОм по часовой стрелке до упора и попробуйте снова. Одно из этих действий должно вызвать вспышку светодиода, в зависимости от того как вы подключили потенциометр. Если ничего не происходит, значит, в вашей схеме есть ошибка.

Взгляните на схему. Вы видите, что контакт 2 таймера (запускающий) подключен через резистор с номиналом 10 кОм к положительной шине источника питания. Но к запускающему выводу также подключена кнопка, соединенная с движком подстроечного потенциометра. Если последний повернут так, что его движок соединен непосредственно с отрицательной шиной источника питания, то кнопка способна «перебороть» резистор 10 кОм и подать низкое напряжение на контакт 2. Так запускается таймер.

Если движок подстроечного потенциометра 20 кОм полностью повернут в обратном направлении, то кнопка А будет подавать на контакт 2 положительное напряжение, а поскольку на этом выводе уже есть положительное напряжение от резистора 10 кОм, то подача дополнительного положительного напряжения через кнопку А не играет роли.

Рис. 4.12, Макет установки для исследования таймера

Выводы:

• Положительное напряжение на запускающем входе игнорируется микросхемой.

• Снижение напряжения на запускающем входе запускает микросхему.

Но какова требуемая величина положительного напряжения, и какое снижение напряжения окажется достаточным, чтобы послужить запускающим фактором? Давайте выясним.

Рис. 4.13. Номиналы компонентов установки для исследования таймера

Возьмите мультиметр, настройте его на измерение постоянного напряжения и следите за напряжением между контактом 2 и отрицательной шиной, устанавливая подстроечный потенциометр 20 кОм в различные положения и нажимая кнопку А. Держу пари, что когда вы нажимаете кнопку, чтобы подать напряжение ниже 3 В на контакт 2, таймер будет включать светодиод. Если же напряжение остается выше 3 В, то я сомневаюсь, что будет происходить что-либо.

Выводы:

• Таймер запускается напряжением, которое составляет треть напряжения питания (или меньше).

• Светодиод продолжит гореть после того, как вы отпустите кнопку.

• Вы можете удерживать кнопку нажатой в течение любого интервала времени, который меньше, чем время цикла таймера, но светодиод всегда будет испускать импульс той же длительности.

Рис. 4.14. Соединения внутри макетной платы для исследования таймера

Рис. 4.15. Отклик таймера 555 на различную длительность сигнала и напряжение на запускающем выводе

На рис. 4.15 проиллюстрировано функционирование таймера 555. Эта микросхема способна преобразовать неидеальный входной сигнал в строго определенный выходной импульс почти прямоугольной формы. Он не мгновенно включается и выключается, но все же это происходит достаточно быстро, чтобы считать процесс перехода практически мгновенным.

Теперь попробуйте запустить таймер, регулируя положение движка подстроечного потенциометра 500 кОм. Вы обнаружите, что так можно настроить длительность импульса.

Вывод:

• Сопротивление между контактом 7 и положительной шиной источника питания (в сочетании с конденсатором, подключенным к выводу 6) определяет длительность выходного импульса таймера.

Проведем еще один эксперимент. Установите подстроечный потенциометр 500 кОм так, чтобы длительность импульса была достаточно большой. Нажмите кнопку А, а затем быстро нажмите кнопку В, которая оборвет импульс до его завершения. Удерживайте кнопку В нажатой, и попытайтесь снова запустить таймер кнопкой А — ничего не произойдет.

Наконец, отпустите кнопку В, нажмите и продолжайте удерживать кнопку А в нажатом положении. В результате импульс на выходе таймера будет продолжаться до тех пор, пока вы не отпустите кнопку А.

Что касается резисторов по 10 кОм, подключенных к контактам 2 и 4, — они называются подтягивающими (или нагрузочными) резисторами, потому что они поддерживают положительный потенциал на выводе. Непосредственное подключение к отрицательной шине будет подавлять нагрузочный резистор.

При работе с микросхемами очень важно иметь представление о нагрузочном резисторе, потому что вы никогда не должны оставлять вход неподключенным. Неподключенный контакт станет плавающим и может вызвать проблемы, поскольку он способен улавливать электромагнитные наводки, и мы не будем знать, какое на нем в данный момент напряжение.

А существуют ли стягивающие резисторы? Конечно. Но для таймера 555 необходимы именно подтягивающие резисторы, поскольку в исходном состоянии на контактах 2 или 4 должен присутствовать положительный потенциал, а активным является напряжение низкого уровня.

Итоги:

• Контакт 4 микросхемы таймера — это вывод сброса. Когда вы его заземляете, то вынуждаете таймер прервать любое выполняемое действие, и он будет оставаться неактивным, пока вы не отключите контакт 4 от отрицательной шины.

• Поддержание низкого напряжения на запускающем контакте таймера будет бесконечно перезапускать его.

• Таймер 555 запускается или сбрасывается подачей низкого напряжения на выводы 2 и 4 соответственно.

Изменение продолжительности импульса

Если вы еще раз взглянете на схему, изображенную на рис. 4.11, то увидите, что контакт 7 (вывод разряда) соединен с плюсом источника через резистор 10 кОм и подстроечный потенциометр 500 кОм. Резистор номиналом 10 кОм нужен, чтобы контакт 7 не был напрямую подключен к положительной шине источника питания.

Кроме того, к этому же контакту подключен конденсатор емкостью 15 мкФ. Хм, резистор, за которым следует конденсатор, не напоминает ли это вам резистивно-емкостную цепочку? Может быть, эта комбинация из резистора и конденсатора номиналом 15 мкФ служит для задания длительности выходного импульса?

Да, именно так и есть. Внутри микросхемы таймера хитроумная электронная схема определяет напряжение на конденсаторе, а затем таймер использует эти данные для прерывания импульса на выходе.

Вы можете исследовать это самостоятельно. Установите движок подстроечного потенциометра номиналом 500 кОм на создание импульса большой длительности и с помощью мультиметра измерьте напряжение на левой (по схеме) обкладке конденсатора емкостью 15 мкФ. Вы должны увидеть, что оно растет, пока не достигнет величины около 6 В. Для таймера это служит сигналом к прекращению выходного импульса, и напряжение резко снижается, потому что конденсатор оказывается заземленным. Вот почему контакт 7 называется выводом разряда: таймер разряжает через него конденсатор.

Итак, когда напряжение на времязадающем конденсаторе достигает 2/3 от величины питающего напряжения, импульс на выходе таймера прекращается.

Но зачем соединены вывод разряда и вывод порога? Вы узнаете это в следующем эксперименте, когда таймер будет подключен по-другому для генерации периодической последовательности, а не одиночного импульса. Тогда он будет работать в автоколебательном режиме. А сейчас мы используем его в моностабилъном (ждущем) режиме.

Выводы:

• В ждущем режиме в ответ на запускающее событие таймер выдает только один импульс.

• В автоколебательном режиме таймер генерирует непрерывную периодическую последовательность импульсов.

И в заключение вас, возможно, заинтересует причина подключения конденсатора емкостью 0,01 мкФ к контакту 5. Этот вывод является «управляющим»: подавая на него напряжение, можно управлять чувствительностью таймера. Мы пока не пользовались этой функцией, а конденсатор, соединенный с контактом 5, предотвращает возникновение паразитного самовозбуждения, т. е. повышает устойчивость работы схемы.

Следите за нумерацией выводов

На всех схемах в этой книге микросхемы показаны так, как вы видите их на макетной плате, с выводами, следующими в порядке номеров.

На других схемах, которые вы можете найти на веб-сайтах или в книгах, все может быть иначе. Для удобства рисования схем выводы компонентов часто располагают в ином порядке. Компоновка макетной платы также может быть произвольной. Приведу вам пример — схемы на рис. 4.16 и 4.11 идентичны, но выводы были переставлены для упрощения схемы подключения и минимизации количества пересечений проводов.

Перестановка выводов в некоторых случаях позволяет упростить понимание схемы (особенно если плюс источника питания находится сверху, а минус снизу), но вам придется нарисовать компоновку устройства на бумаге, прежде чем вы сможете собрать его на макетной плате.

Рис. 4.16. Эта схема идентична показанной на рис. 4.11, но выводы микросхемы расположены в другом порядке для упрощения схемы

Длительность импульса на выходе таймера

Когда вы исследовали резистивно-емкостную цепочку в эксперименте 9, потребовалось выполнить некоторые нудные вычисления, чтобы установить, сколько времени понадобится конденсатору для достижения определенного напряжения. С использованием таймера 555 все становится гораздо проще. Просто отыщите требуемое значение длительности выходного импульса в табл. 4.1. Сопротивление между выводом 7 и положительной шиной источника питания указано в шапке таблицы, емкость времязадающего конденсатора приведена слева, а числа в таблице подскажут вам приблизительную длительность импульса в секундах.

Таблица 4.1. Длительность выходного импульса, с

При выборе номиналов элементов времязадающей цепи следует придерживаться нескольких правил:

• Нельзя использовать резисторы с номиналом ниже 1 кОм.

• Нежелательно выбирать резисторы с номиналом ниже 10 кОм, поскольку они увеличивают потребление энергии.

• Конденсаторы емкостью выше 100 мкФ могут привести к неточным результатам, потому что ток утечки конденсатора становится сопоставимым с зарядным током.

А если вам потребуется длительность более 1110 секунд или менее 0,01 секунды? Или вам необходима длительность, которая находится в промежутке между значениями, указанными в табл. 4.1?

Можно воспользоваться простой формулой:

Т = R × С × 0,0011

где Т — длительность импульса в секундах, R — сопротивление в килоомах, а C — емкость в микрофарадах.

Учтите, результат может быть неточным в связи с погрешностью номиналов резистора и конденсатора, а также в результате действия других факторов, например, температуры окружающей среды.

Работа таймера 555 в ждущем режиме

Пластиковый корпус таймера 555 содержит тонкую кремниевую пластину, на которой выполнены десятки транзисторных соединений, схема которых слишком сложна для объяснения здесь. Тем не менее, можно обобщить их функции, разделив таймер на несколько структурных блоков, как показано на рис. 4.17.

Символы «плюс» и «минус» внутри микросхемы — это источники питания, которое, собственно, подводится от выводов 1 и 8 соответственно.

Для наглядности я опустил внутренние соединения для этих выводов.

Два треугольника — это компараторы. Каждый компаратор сравнивает два входных сигнала (при основании треугольника) и выдает выходной сигнал (от вершины треугольника) в зависимости от того, одинаковы или различны сигналы на входах. Буквами FF (от. англ, flip-flop) обозначен триггер — логический компонент, который может находиться в одном из двух состояний. Я нарисовал его как переключатель на два направления, хотя в реальности он состоит из полупроводниковых компонентов.

Вначале, когда вы подаете питание на микросхему, триггер находится в верхнем положении, при котором на выход, через контакт 3, подается низкое напряжение. Если триггер получает сигнал от компаратора А, то он переключается в нижнее положение и остается в нем. Когда он получает сигнал от компаратора В, то переключается обратно в верхнее положение и остается там. Обозначения «Верх» и «Низ» у компараторов будут напоминать вам, как каждый из них меняет состояние при срабатывании.

Рис. 4.17. Упрощенное представление внутренних блоков таймера 555, работающего в ждущем режиме

Обратите внимание на внешний провод, который соединяет контакт 7 с конденсатором С. Пока триггер находится в верхнем положении, он потребляет положительное напряжение, проходящее через резистор R к выводу 7, и не дает конденсатору зарядиться положительно.

Если напряжение на контакте 2 падает до 1/3 от подаваемого, компаратор А фиксирует это и переключает триггер в нижнее положение. При этом на контакте 3 (т. е. на выходе таймера) появляется положительный импульс, а вывод 7 отключается от отрицательной шины питания. Теперь конденсатор может начать заряжаться через резистор. Пока продолжается заряд конденсатора, на выходе таймера присутствует положительный сигнал.

Компаратор В через контакт 6 отслеживает увеличение напряжения на конденсаторе. Когда напряжение на конденсаторе составит 2/3 от величины напряжения питания, компаратор В переключит триггер обратно в исходное верхнее положение. Это разрядит конденсатор через вывод 7. Кроме того, триггер прервет положительный выходной сигнал и соединит контакт 3 с отрицательной шиной питания. Так таймер 555 возвращается в исходное состояние.

Резюмируем описанную последовательность событий:

• Вначале триггер заземляет конденсатор и выход (контакт 3).

• При снижении напряжения на контакте 2 до 1/3 от напряжения питания (или меньше) выходной сигнал (вывод 3) становится положительным, одновременно конденсатор С начинает заряжаться через резистор R.

• Когда напряжение на конденсаторе достигает значения 2/3 от напряжения питания, конденсатор разряжается через контакт 7, а выходной сигнал на контакте 3 снова становится низким.

Подавление паразитного импульса

При подаче питания на таймер, работающий в моностабильном режиме, на выходе может самопроизвольно появиться один импульс, прежде чем схема перейдет в «спящий» режим и будет снова ждать запуска. Во многих случаях это причиняет неудобства.

Один из способов избежать этого — подключить конденсатор емкостью 1 мкФ между контактом сброса и отрицательной шиной. Конденсатор забирает ток от вывода сброса при первой подаче питания и удерживает этот вывод в низком состоянии всего на долю секунды — достаточно долго, чтобы не позволить таймеру сгенерировать паразитный импульс. После того как конденсатор зарядится, он больше не участвует в работе, а резистор номиналом 10 кОм поддерживает положительный уровень на контакте сброса, и таким образом он не будет влиять на работу таймера. В последующих экспериментах мы используем этот способ подавления нежелательного импульса.

Варианты применения таймера 555

В ждущем режиме таймер 555 будет выдавать одиночный импульс фиксированной (но программируемой) длительности. Как это можно использовать на практике? Подумайте, как с помощью таймера управлять каким-либо другим компонентом. Пусть это будет, например, автомат управления освещением. Когда инфракрасный датчик «видит» что-то движущееся, включается свет, но только на определенный период, который можно задать с помощью таймера 555.

Другое применение — тостер. Когда кто-то опускает кусочек хлеба, замыкается переключатель, запуская цикл работы тостера. Чтобы регулировать длительность цикла, можно предусмотреть потенциометр с ручкой, который будет задавать степень зарумянивания тоста. Как только цикл работы тостера завершается, таймер выдает сигнал, поступающий на мощный транзистор, который включает соленоид (похожий на реле без переключающих контактов), чтобы вытолкнуть тост.

Щетки стеклоочистителя, работающие в циклическом режиме, также могут управляться от таймера 555, и в старых моделях автомобилей так и было. Частота, с которой повторяется символ при удерживании нажатой клавиши на клавиатуре компьютера, также могла задаваться таймером 555 — и в компьютере Apple II так и было.

А как насчет охранной сигнализации из эксперимента 15? В одном из пунктов моего технического задания было указано, что устройство должно ждать определенное время, пока вы его отключите, прежде чем начать подавать сигнал тревоги. Об этом тоже может позаботиться таймер 555.

Эксперимент, который вы только что выполнили, может показаться тривиальным, но он раскрывает огромный спектр возможностей.

Бистабильный режим

Есть еще один вариант использования таймера — бистабильный (триггерный) режим. Он влечет за собой отключение основных функций. Зачем это может понадобиться? Далее я все объясню.

На рис. 4.18 показан макет схемы, который вы можете собрать за несколько минут. Попробуйте. Два резистора слева — это нагрузочные резисторы, каждый по 10 кОм. Нижний резистор с номиналом 470 Ом предназначен для защиты светодиода. Добавьте две кнопки, сам таймер — и готово.

Как только вы соберете схему на макетной плате, нажмите и отпустите верхнюю кнопку, светодиод зажжется. Надолго ли? Пока подано напряжение питания. Выходной сигнал таймера длится бесконечно.

Теперь нажмите и отпустите нижнюю кнопку, и светодиод погаснет. Надолго? Как пожелаете. Он не зажжется, пока вы снова не нажмете верхнюю кнопку.

Я уже говорил, что внутри таймера есть триггер. Иными словами, вся микросхема может работать как один большой триггер. Он переключается в состояние «включено», когда вы заземляете контакт 2, и остается в этом состоянии. Он переключается в состояние «выключено», когда вы заземляете контакт 4, и остается в этом положении. Триггеры играют важную роль в цифровых схемах, как я расскажу чуть позже, но сейчас давайте разберемся, как все работает и почему это может вам понадобиться.

Взгляните на схему, изображенную на рис. 4.19. Вы можете заметить, что с правой стороны нет ни резистора, ни конденсатора. Резистивноемкостная цепочка отсутствует. Таким образом, эта схема не имеет времязадающих компонентов. Обычно, когда вы запускаете таймер, импульс на выходе заканчивается, когда напряжение на времязадающем конденсаторе (на контакте 6) достигает 2/3 величины напряжения питания. Но здесь контакт 6 заземлен, и таким образом напряжение на нем никогда не достигнет значения 2/3 напряжения питания. Следовательно, когда вы запустите таймер, выходной импульс никогда не закончится.

Рис. 4.18. Установка, в которой таймер 555 работает как триггер

Рис. 4.19. Схема исследования таймера 555 в бистабильном режиме

Безусловно, вы можете прервать выходной сигнал, подав низкий уровень напряжения на вывод сброса (контакт 4). Но после этого таймер останется в выключенном состоянии, пока вы не запустите его снова.

Этот режим называется бистабильным, потому что он стабилен, когда выход находится либо в высоком состоянии, либо в низком. Триггер такого типа называют защелкой.

Выводы:

• Подача импульса низкого уровня на контакт 2 устанавливает высокий уровень на выходе и фиксирует его в этом состоянии.

• Подача импульса низкого уровня на контакт 4 устанавливает низкий уровень на выходе и фиксирует его в этом состоянии.

На интервале между подачей запускающих импульсов на выводах 2 и 4 должен поддерживаться высокий уровень. Именно для этого в схеме предусмотрены подтягивающие резисторы.

Контакт 5 таймера можно оставить неподключенным, поскольку в триггерном режиме любые случайные сигналы будут игнорироваться.

Если вы недоумеваете, зачем могло бы понадобиться использование таймера таким способом, то удивитесь, насколько полезным может оказаться бистабильный режим. Я собираюсь далее использовать его в трех экспериментах. На самом деле таймер 555 не предназначен для работы в режиме триггера, но это может оказаться удобным.

Как появился интегральный таймер

В далеком 1970 году, когда полдесятка корпоративных «саженцев» пустили свои корни в благодатную почву Кремниевой долины, компания Signetics выкупила у инженера Ганса Камензинда (Hans Camenzind) (рис. 4.20) его разработку. Она не являлась каким-либо большим прорывом — всего лишь 23 транзистора и горстка резисторов, которые работали как программируемый таймер. Схема должна была быть универсальной, стабильной и простой, но эти достоинства уступали место главной цели — выгоде от продаж. С помощью инновационной технологии интегральных схем компании Signetics удалось реализовать все на кремниевой подложке.

Рис. 4.20. Ганс Камензинд, изобретатель, проектировщик и разработчик микросхемы таймера 555 для компании Signetics

Успеху предшествовал ряд проб и ошибок. Ка- мензинд работал в одиночку, собрав сначала схему с помощью обычных транзисторов, резисторов и диодов на макетной плате. Она заработала, и поэтому он стал слегка изменять номиналы различных компонентов, чтобы узнать, будет ли устройство допускать изменения в процессе производства, а также в результате действия других факторов, таких как температура микросхемы в рабочем состоянии. Он протестировал, по меньшей мере, 10 различных вариантов схемы. На это ушло несколько месяцев.

Затем начался процесс создания микросхемы. Камензинд сел за чертежный стол и с помощью специального ножа X-Acto начертил схему на большом листе пластика. Далее в компании Signetics фотографическим способом уменьшили это изображение в 300 раз. После этого методами травления получили кремниевые подложки микросхем и заключили каждую из них в прямоугольник из черного пластика размером около 1 см, а на верхней стороне нанесли номер. Так появился таймер 555.

Таймер 555 оказался самым успешным за всю историю микросхем, как по количеству проданных экземпляров (десятки миллиардов и это количество непрерывно растет), так и по долговечности схемотехники (никаких существенных изменений схемы почти за 40 лет). Таймер 555 можно встретить повсеместно, начиная от игрушек и заканчивая космическими кораблями. Он способен сделать мигающим сигнал светофора, включить сигнализацию, сформировать паузы между звуковыми сигналами или же создать сами сигналы.

Сегодня для разработки микросхем создают большие группы инженеров и тестируют прототипы с помощью имитации их поведения компьютерными программами. Таким образом, микросхемы внутри компьютера разрабатывают новые микросхемы. Золотая эра проектировщиков-одиночек, таких как Ганс Камензинд, прошла, но его гений живет внутри каждого выпускаемого таймера 555. Если вы желаете узнать больше об истории микросхем, посетите Музей транзисторов ().

В 2010 году, когда я писал книгу Make: Electronics, я искал Ганса Камензинда онлайн и обнаружил, что он ведет персональный сайт, на котором указан номер его телефона. Спонтанно я решил ему позвонить. Было удивительно разговаривать с человеком, создавшим микросхему, которую я использую уже более 30 лет. Он был дружелюбно настроен (хотя и не словоохотлив) и с готовностью согласился просмотреть текст моей книги. Даже более того, после того как он прочел ее, он оказал поддержку этому начинанию.

Впоследствии я купил книгу Ганса Камензинда о краткой истории электроники, Much Ado About Almost Nothing («Много шума почти из ничего»), которую до сих пор можно найти в Интернете и которую я очень рекомендую прочитать. Я гордился тем, что мне представилась возможность поговорить с одним из первых проектировщиков интегральных схем. И я очень огорчился, когда узнал, что он умер в 2012 году.

Характеристики таймера 555

Таймер 555 может работать от источника постоянного напряжения в диапазоне от 5 до 16 В. Абсолютный максимум составляет 18 В. Во многих технических паспортах указывают максимально допустимое напряжение 15 В. На микросхему можно подавать нестабилизированное напряжение питания.

Большинство производителей рекомендует, чтобы резистор, подключаемый к выводу 7, имел номинал от 1 кОм до 1 МОм. Однако при номинале ниже 10 кОм энергопотребление таймера возрастает. Поэтому лучше уменьшить номинал конденсатора, а не резистора.

Емкость конденсатора может быть настолько большой, насколько пожелаете, если вы хотите отмерять достаточно долгие интервалы, но точность таймера с ростом емкости будет уменьшаться, потому что величина утечки в конденсаторе становится сопоставимой со скоростью его заряда.

Падение напряжения на таймере больше, чем на транзисторе или диоде. Разность между подаваемым напряжением и напряжением на выходе составляет 1 В и больше.

Выходной так микросхемы достигает 200 мА, однако при токе выше 100 мА напряжение будет снижаться, что может повлиять на точность синхронизации.

Не все таймеры одинаковы

Все, о чем я говорил до сих пор, относится к старой, исходной ТТЛ-версии таймера 555. ТТЛ — это аббревиатура термина транзисторнотранзисторная логика, которая была предшественницей современных КМОП-микросхем, потребляющих намного меньше энергии. ТТЛ- версия таймера называется также биполярной версией, поскольку она содержит биполярные транзисторы.

Преимущества оригинального таймера 555 заключаются в его малой стоимости и надежности. Вам будет сложно вывести его из строя, а его выходной сигнал достаточно мощный, чтобы подключать напрямую катушку реле или небольшой динамик. Тем не менее, таймер 555 потребляет значительную мощность и способен создавать выбросы напряжения, которые иногда влияют на работу других микросхем.

Чтобы устранить эти недостатки, был разработан новый вариант таймера 555 на основе КМОП-транзисторов, которые потребляют меньшую мощность. Усовершенствованная микросхема не создает выбросов напряжения, однако, ее выходной сигнал ограничен. Насколько? Это зависит от конкретного производителя.

К сожалению, для КМОП-версий таймера 555 отсутствует стандартизация. Некоторые производители утверждают, что на выходе обеспечивается ток в 100 мА, в то время как другие ограничивают его величиной 10 мА.

По непонятной причине, КМОП-версии имеют разную маркировку. Микросхема 7555 четко идентифицируется как КМОП-таймер, а у других компонентов перед числом 555 могут быть указаны различные сочетания букв, и только от вас зависит, сможете ли вы разобраться, что они означают.

В этой книге, чтобы избежать путаницы и упростить нашу задачу, я использовал только ТТЛ- версию таймера 555 (биполярную). Если вы покупаете компоненты самостоятельно, загляните в раздел «Другие компоненты» главы 6 и перейдите к подразделу «Компоненты для четвертой главы», где вы найдете рекомендации по приобретению таймера.

Назад: Комплектующие для четвертой главы

Дальше: Эксперимент 17. Генерируем звук