555 схема подключения. Какие практические схемы можно сделать на таймере NE555
Микросхема 555 появилась сорок лет назад и стала фактически первым таймером на широком рынке. С тех пор из-за бешеной популярности микросхемы ее начали выпускать почти все производители электронных компонентов, и несмотря на почтенный возраст, 555 до сих пор выходит многомиллионными тиражами.
В этом году прошел конкурс проектов (555contest.com), использующих ее для решения самых разных задач. Заявки принимались в нескольких категориях: искусство, сложные проекты, минималистичные и полезные гаджеты. Призовой фонд составлял около $1500.
Среди нескольких сотен проектов была видеоигра, собранная на целой горсти 555; контроллер для пинбола; электрогитара; устройство, не дающее спать соседям; замок, отпирающий дверь по секретному стуку и еще куча интересного.
Если ты хоть раз в жизни держал паяльник и даже отличишь резистор от транзистора, а со старушкой 555 еще не знаком, то нужно срочно исправить ситуацию. Что это за зверь? Внутри пластикового корпуса с восемью выводами скрывается пара десятков транзисторов, диодов и резисторов, но в доскональное изучение работы таймера вдаваться не будем, пусть он останется для нас черным ящиком, из которого торчат ножки. А вот ножки обсудим.
- Земля. Здесь все просто, во всех схемах ее нужно подключать к минусу питания.
- Триггер, он же пуск. Если напряжение на пуске падает ниже одной трети напряжения питания (Vcc) - например, нажимается кнопка, притянутая к земле, - то схема стартует.
- Выход. Задача таймера простая - генерировать прямоугольные импульсы заданной длины (длительность задается парой сопротивлений и конденсатором). Напряжение выхода примерно на 2 В ниже напряжения питания, когда он включен, и почти ноль (меньше 0,5 В), когда выключен. Максимальная нагрузка, которую способен выдержать выход - около 200 мА. Этого достаточно для небольшого динамика, парочки светодиодов или маленького реле.
- Сброс. Если подать на него низкий уровень (меньше 0,7 В), то схема переходит в исходное состояние, и выход становится низким. Если в схеме сброс не нужен, то лучше притянуть его к плюсу, чтобы он не скидывал случайно (например, от прикосновения пальцем).
- Контроль. Напряжение, приложенное к этой ноге, может изменять длительность выходов таймера. Но используется он редко, а висящий в воздухе - может сбивать работу, поэтому в схемах лучше присоединить к земле через небольшой керамический конденсатор на 10 нФ.
- Порог, он же стоп. Если напряжение на нем выше 2/3 Vcc, то таймер останавливается и выход переводится в выключенное состояние. Работает, только если вход при этом выключен.
- Разряд. Этот выход соединяется с землей внутри микросхемы, когда на выходе низкий уровень, и используется, чтобы разрядить конденсатор временной цепочки. Может пропускать до 200 мА и иногда используется как дополнительный выход.
- Питание. Нужно подключить к плюсу питания. Микросхема поддерживает напряжения от 4,5 В до 16 В. Можно запитать от обычной 9В-батарейки, можно от блока питания детских игрушек или от проводка USB.
Заводим лошадку. Режимы
1. Моностабильный.
При подаче сигнала на вход микросхема включается, генерирует выходной импульс заданной длины и выключается, ожидая нового входного импульса. Важно, что после включения микросхема не будет реагировать на новые сигналы, сколько бы их не посылали. Длину импульса можно посчитать по простой формуле t=1,1R1 C4. Чтобы получить время в секундах, сопротивление нужно подставлять в мегаомах, а емкость - в микрофарадах.
Например, при C4=100 мкФ и R1=2,2 МОм период будет примерно 4 минуты. Эту цифру можно менять в очень широких пределах: от 0,000001 секунды до 15 минут. В теории можно и еще больше, но на практике возникнут проблемы.
2. Нестабильный мультивибратор.
В этом режиме таймером и управлять-то не надо, он сам себе хозяин - сперва включится, подождет время t1, потом выключится, подождет время t2, и все заново. На выходе получается забор из высоких и низких состояний, что в лучших традиция ASCII-арта можно представить так: ПП ПП П. Частота, с которой будет колебаться вся система, зависит от параметров RC-цепочки (точнее - от величин R2, R3 и С1) и ее можно посчитать по формуле f = 1,44/((R3 + 2R2)C1). В течение времени t1 = 0,693 (R3 + R2)C1 на выходе будет высокий уровень, а в течение t2=0,693(R2)C1 - низкий.
3. Бистабильный.
В этом режиме микросхема используется как выключатель. Нажал одну кнопку - выход включился, нажал другую - выключился. Довольно теоретического экскурса, наверняка ты уже захотел приступить к практике.
Собирать простые железки удобно на макетной плате без пайки - ее, как и все детали, можно прикупить в любой радиолавке, за пару сотен рублей. Но у меня почта ближе, чем магазин, и я заказывал все детали из Гонконга на sureelectronics.net, хотя этот вариант на любителя - нужно много терпения: посылка будет идти почти месяц.
Здравствуй, свет!
Задача №1: собрать «хэллоу ворлд» - моргалку светодиодиком. Все просто, как и в мире софта, но в железе даже для такой безделушки можно придумать полезное применение.
От каких деталей уж совсем никак не отвертеться? Во-первых, сам таймер 555 (на схеме IC1). Подойдет таймер любого производителя, но чтобы экспериментировать на макетке - бери в корпусе DIP с длинными ножками. Его названия у разных производителей незначительно отличаются, но три пятерочки в них есть всегда. Например, та, что я использую в примерах этой статьи, называется NE555N. Существуют и другие версии схемы, 556 и 558, у которых в одном корпусе стоит 2 и 4 таймера соответственно.
Они тоже подойдут для всех примеров, просто у них больше ног и расположены они иначе. Во-вторых, потребуются конденсаторы: электролитический C1 емкостью от 5 до 10 мкФ и керамический C3 на 10 нФ. Еще будут нужны: светодиод (LED1) любого цвета и к нему токоограничительный резистор (R5) на 300-600 Ом (у меня 470 Ом), а также резисторы, задающие частоту R1 на 1 кОм и R2 на 10 кОм. Последнее из обязательной программы - маленькая кнопка (типа той, что ставят в мыши и на всяческие приборные панели).
Еще на схеме есть конденсатор C2 на 100 мкФ, который перекинут от плюса к минусу. Если у тебя с питанием все хорошо (например, ты используешь батарейку), то необходимости в нем нет, а с дешевым сетевым адаптером без такого конденсатора никуда. В примерах я использовал пятивольтовый блок питания от детской китайской игрушки, на выпрямителе которого производитель сэкономил - в результате без этой сглаживающей емкости схема не работала вовсе. Поэтому на всех схемах в статье этот конденсатор есть, а ставить его или нет - решать тебе.
Также при желании можно опустить и конденсатор C3, который притягивает пятую ногу к земле, но в этом случае стабильность гарантировать не стану.
Схема работает в нестабильном режиме и собрана таким образом, что пока подключена к питанию, то постоянно генерирует выходные импульсы, а как только мы нажимаем кнопку, то замыкаем ее выход на светодиод и ее работа становится видна. Теперь можешь собрать все по схеме.
При нажатии кнопки светодиод должен бодро начать моргать. Если не заработало, то проверяй контакты и полярности. На микросхеме 555 у одного из краев есть выемка: поставь схему так, чтобы выемка была слева, тогда ножки в нижнем ряду будут нумероваться слева направо от 1 до 4, а в верхнем - справа налево от 5 до 8. У светодиода более длинный выход должен подключаться к плюсу, а более короткий - к минусу. Если у диода ножки одной длины, то на помощь придет плоская литиевая батарейка, вроде той, что стоят на материнских платах. Подключи светодиод и так и эдак, когда он засветится - плюс и минус у него будут расположены, как на батарейке.
Если не заработал в обоих положениях, то либо диод горелый, либо это не диод - фототранзисторы могут выглядеть точно так же, как светодиоды. У электролитических конденсаторов минус, как правило, помечен светлой полосой на корпусе. Для остальных деталей полярность не важна.
Теперь о практической пользе. В некоторых играх бывает необходимо щелкать по левой кнопке беспрестанно, натирая мозоли на пальце, но это не наш метод. Можно собрать эту схему покомпактнее, припаяв детали напрямую к выходам микросхемы, и запихнуть в корпус любой USB-мыши - места там, как правило, хватает. Из схемы нужно только выкинуть светодиод с его резистором, а третью ножку микросхемы подпаять напрямую к плюсу левой кнопки мыши.
Определить, где в мышиной кнопке плюс (зеленая точка на фото), а где - минус, обычно несложно: контакт с нулем более толстый и идет к черному проводу от USB, а другой - это плюс, к нему и подпаивайся. Для питания подключайся к красному и черному проводам, уходящим в сторону компьютера, их контакты также помечены на фото. Просверли слева в корпусе мышки отверстие (так, чтобы было удобно дотягиваться до него большим пальцем) и установи туда кнопку при помощи термоклеевого пистолета. Все, теперь можешь нещадно валить врагов.
Создаем электронную музыку
Еще одна схемка, в которой таймер также работает в режиме мультивибратора, но задача у нее другая. Она перенесет тебя в прошлое, в прокуренные студии отцов андеграундной электронной музыки, которым приходилось самим ваять устройства, при помощи которых они создавали бессмертные хиты.
Изменения в предыдущей схеме придется сделать совсем небольшие. Вместо светодиода с его резистором здесь установлен динамик, подключенный к земле через конденсатор C4 - он нужен, чтобы отфильтровать постоянную составляющую выхода и прогонять через динамик только переменный ток. Для максимальной громкости этот конденсатор должен быть электролитическим, емкостью порядка 10 мкФ, но подобный звук будет резать ухо, и если такой задачи не стоит, поставь керамический на 100 нФ, будет потише. Можешь взять динамик из сломанных больших наушников или бипер из старого системного блока. Пьезодинамик (в виде круглой металлической пластинки) также подойдет, плюс ему не нужен конденсатор С4.
Поскольку звуковые частоты несколько выше, чем частота моргания диода, то RC-цепочку тоже придется чутка переделать. Конденсатор C1 заменить на керамический 100 нФ, резистор R2 заменить на 1 кОм и последовательно с ним поставить переменный резистор R3 на 10 кОм. У переменных резисторов обычно 3 ножки, расположенные в ряд, но тебе нужно подключить только две - любую из крайних и центральную. Такие параметры не позволят частоте убежать за слышимый диапазон на всем диапазоне R3. Резистором выставляй частоту, нажимай кнопку и слушай, что звучит. При некоторой сноровке получится музыка.
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.
Постоянная кнопка
Порой необходимо, чтобы твоя схемка работала, как телевизор: нажал кнопочку, она включилась, нажал еще раз - выключилась. И эту задачу тоже можно решить на 555. Внутри микросхемы запрятан триггер, который для этой цели можно использовать.
Основная часть схемы уже не должна вызывать у тебя особых вопросов, остановлюсь лишь на выходе третьей ножки, а именно - резисторе R4 и транзисторе T1. Ведь мы делаем кнопку, а значит - она должна уметь пропускать ток, и не факт, что 200 мА, на которые способен 555, будет достаточно. Здесь в качестве ключа используется небольшой NPN-транзистор 2N3904, который способен пропускать те же 200 мА, что и сам таймер, и смысла в нем немного, но его всегда можно заменить на более мощный МОП-транзистор - например, IRF630, который позволит подключить нагрузку до 9А. Правда, для такого транса напряжение придется увеличить на схеме до 12 вольт, иначе затвор не откроется.
Еще не очень круто применять такой выключатель в мобильных устройствах, так как даже в выключенном состоянии он потребляет ток в 3-6 мА, что заметно подсаживает батарею.
Гаджет для приготовления чая
Когда я только начал знакомиться с linux’ом, мне попалась небольшая, но очень важная программа для приготовления чая. В ней можно выбрать сорт чая, и по прошествии времени, необходимого для заварки, она начинала помаргивать иконкой в трее и пищать. Из какого дистрибутива была программа, я уже не помню, но она пару раз помогла мне выпить не остывший чай. С программами всегда так: снес операционку - и нет ее, а железка на столе куда надежнее!
Для реализации этой штуковины понадобится целых два таймера 555. Один (тот, что на схеме слева) будет отсчитывать 4 минуты, за которые заварка превращается в благоуханный напиток, а другой - генерировать импульсы для пищалки.
Генератор на IC2 трудолюбиво и непрерывно генерирует импульсы. Рассмотрим подробнее первый таймер. Он подсоединен в моностабильном режиме. В нормальном состоянии сразу после включения питания на выходе 3 низкий уровень - он притянут к земле, а значит - пищит динамик и горит светодиод LED2 (на самом деле светодиод моргает, но очень быстро, и это незаметно). Как только нажимается кнопка S1, таймер включается, на выходе 3 становится высокий уровень, зажигается светодиод LED1, а динамик выключается, ведь LED2 хоть и «свето-», но все-таки диод, и в обратную сторону ток пропускать не будет. Так продолжается, пока конденсатор C4 заряжается через резистор R1. Когда напряжение на ножке 6 станет больше 2/3 Vcc, то таймер выключится и вновь запищит бипер.
Схему можно чутка модифицировать, добавив последовательно R1 - переменный резистор на 500 кОм, тогда можно будет регулировать время заварки для разных сортов чая.
Уверен, этих схем тебе хватит для вдохновения. Если нет - попробуй поискать чтонибудь на сайте instructables.com . Также со схемами может помочь программа 555 Timer Pro schematica.com/555_Timer_design/555_Timer_PRO_EX.htm , которая позволяет в пару кликов рассчитать детали для любого режима (правда, стоит она «всего» $29, но если постараться, то можно найти в сети более старую бесплатную версию).
Электронные интегральные схемы - такая отрасль нашей науки и техники, возможности которой еще далеко не исчерпаны. Видимо, это и есть ростки того самого искусственного интеллекта, о котором так много уже сказано. Причем, если наш природный интеллект строится на элементах - нейронах - которые можно назвать электронно-химическими, то созданные руками человека интегральные схемы в природе не встречаются. Это чистое изобретение человеческого разума. Оно получено в результате долгой работы по совершенствованию самых обыкновенных электроприборов, которые понадобились людям сразу после открытия электричества - выключателей, резисторов, конденсаторов, полупроводниковых приборов. Совершенствование шло как в направлении усложнения схем, так и в стремлении уместить большое количество элементов на ограниченной площади или в ограниченном объеме. А также создать из все тех же схемных примитивов нечто универсальное, долгоиграющее и омниполезное.
Таймер NE555
История изобретения этого таймера показывает, что настоящие шедевры делаются не всегда в самые лучшие для изобретателей времена, и часто даже в совершенно не высокотехнологичных условиях. Ганс Камензинд в свои 33 года кроме служебных обязанностей имел мечту. Это не всегда бывает по вкусу начальству, и ему пришлось уволиться. Свой шедевр он придумал, сидя в гараже в 1971 году, а через год микросхема на восьми ножках бойко пошла в производство и продажу. Схема простая и, как оказалась, полезная. Быть может, не последнюю роль в удаче сыграло и название, которое толком и объяснить не могут: почему NE - от названия фирмы Signetics? Почему 555 - потому что им полюбилась пятерка? Таймер? - да, но не такой, как обычные. Те, что всегда только безостановочно тикают импульсами, а этот может выдать очень точный интервал времени, и не в каких-то привычных в импульсной технике микросекундах, а в достаточно ощутимом интервале: взять и включить лампочку на несколько секунд.
Схема, как часто и все гениальное, оказалась на стыке двух техник: импульсной и аналоговой.
Аналоговые - операционные усилители - усиливают сигнал до нужного стандарта (2 на входах (двухпороговый компаратор) и 1 на выходе). А в середине работает импульсный RS-триггер, который может как генерировать импульсы (мультивибратор), так и выдавать одиночный импульс заданной протяженности (одновибратор).
И все очень легко регулируется - практически, соотношением параметров двух резисторов и одной емкости, подключенных к микросхеме на входах, а также подачей других сигналов на входы.
Видимо, схема имеет какое-то неуловимо удачное соотношение простоты управления и простоты конструкции, что в сочетании с неожиданным многообразием работы элементов и придало ей популярности на протяжении стольких лет. Потому что перечисленные свойства, как следствие, выразились в совсем даже невысокой стоимости и в применимости в разных схемах - и ширпотребовских, и профессиональных. Они хороши для использования в детских игрушках, реле времени, кодовых замках, космических аппаратах. А ежегодные продажи исчисляются до сих пор миллиардами штук по всему миру. Причем за все время схема не претерпела практически никаких изменений. По какой причине слово «эволюция» под рисунком выше и взято в кавычки. Таймер 555 выпускают многие фирмы по всему миру. Известны и отечественные аналоги NE555 - микросхема КР1006ВИ1 и ее КМОП вариант КР1441ВИ1.
Функциональная схема и описание прибора
Функционально таймер состоит из 5 компонентов. Выводов у схемы больше, чем внутренних блоков, что и говорит о возможной гибкости включения в различные схемные решения с участием данной микросхемы.
Входной внутренний делитель напряжения задает опорные напряжения для двух компараторов - верхнего и нижнего. RS-триггер принимает их сигналы и формирует выходной сигнал, который отправляет на усилитель мощности. Еще имеется дополнительный транзистор с выведенным наружу коллектором, который используется для подключения внешней времязадающей цепочки.
Выводы схемы расположены одинаково, независимо от исполнения микросхемы
Описание выводов схемы
Приведенный ниже даташит содержит выводы и подаваемые на них сигналы, откуда становится немного понятной работа микросхемы. Хотя очень многое зависит от ее подключения.
| Минусовой общий вывод питания | Плюсовой вывод питания – 8 |
|
| Вход компаратора №2 (нижнего). Сигнал низкого уровня – аналоговый или импульсный. | Таймер срабатывает на сигнал (аналоговый или импульсный) низкого уровня (порог – 1/3 Vпит) | На 3 выводе появляется выходной сигнал высокого уровня |
| Выходной сигнал (высокий уровень) зависит от питания: Vпит – 1,7 В Низкий уровень (нет сигнала) – примерно 0,25 В | Временная характеристика выходного сигнала определяется внешней времязадающей цепочкой, состоящей из резистора (или резисторов) и емкости. | |
| Срабатывает по сигналу низкого уровня (≤ 0,7 В) | Немедленный сброс выходного сигнала | Входной сигнал не зависит от напряжения питания |
| Управление опорным напряжением компаратора №1 | Величина напряжения управляет длительностью выходных импульсов (одновибратор) или их частотой (мультивибратор). | |
| Сбрасывающий сигнал высокого уровня – аналоговый или импульсный | ||
| Цепь разряда времязадающего конденсатора С | ||
| Плюсовой провод питания | Vпит = от 4,5 В до 18 В | Минусовой – 1 |
Применение: варианты подключения NE555 (или NE555 аналогов)
Одновибратор
Емкость С и резистор R задают длительность импульса t, выдаваемого схемой в ответ на сигнал по входу Input (вывод 2). Напряжение питания влияет не на длительность, а на амплитуду выходного сигнала. При выдаче импульса изменение входного сигнала схемой не воспринимается. Через время t схема выдает задний фронт выходного сигнала и возвращается в исходное состояние, после чего готова снова реагировать на входной сигнал. Таким образом, она может выделять информативные всплески (низкого уровня) на фоне помех, так как сигнал на входе в общем случае аналоговый. Может работать как антидребезговая схема.
Генератор импульсов (мультивибратор)
Мультивибратору не нужно подавать на вход никаких сигналов, он начинает работать сразу после включения питания.
Разряженный в начале конденсатор С задает на вход низкий уровень, отчего таймер срабатывает, выдавая на выход высокий потенциал. Его длительность определяется зарядкой конденсатора C через резисторы R1 и R2. Далее происходит разрядка C через R2 и вход 7, что и определяет длительность паузы на таймере. После этого все повторяется, и на выходе получаются импульсы заданной напряжением питания амплитуды и длительностями t 1 и t 2 , то есть частотой f
и скважностью S = T/t 1 . Скважность в данном простейшем подключении более 2 быть не может, так как время импульса t 1 всегда > времени паузы t 2 .
При современном развитии электроники в Китае, купить, кажется, можно все, что душе угодно: начиная от домашних кинотеатров и компьютеров и заканчивая такими простейшими изделиями, как электрические розетки и вилки.
Где-то между ними находятся , мигающие елочные гирлянды, часы с термометрами, регуляторы мощности, терморегуляторы, фотореле и многое другое. Как говорил великий сатирик Аркадий Райкин в монологе про дефицит: «Пусть все будет, но пусть чего-то не хватает!» В общем, не хватает как раз того, что входит в «репертуар» простых радиолюбительских конструкций.
Несмотря на такую конкуренцию со стороны китайской промышленности, интерес самодеятельных конструкторов к этим простым конструкциям не потерян до сих пор. Они продолжают разрабатываться и в ряде случаев находят достойное применение в устройствах малой домашней автоматизации. Многие из этих устройств появились на свет благодаря (отечественный аналог КР1006ВИ1).
Это уже упомянутые фотореле, различные простые системы сигнализации, преобразователи напряжения, ШИМ - регуляторы двигателей постоянного тока и многое другое. Далее будут описаны несколько практических конструкций, доступных для повторения в домашних условиях.
Фотореле на таймере 555
Фотореле, показанное на рисунке 1, предназначено для управления освещением.
Рисунок 1.
Алгоритм управления традиционный: вечером при снижении освещенности лампочка включается. Выключение лампочки происходит утром, когда освещенность достигнет нормального уровня. Схема состоит из трех узлов: измеритель освещенности, узел включения нагрузки и блок питания. Описание работы схемы лучше начать задом - наперед, - блок питания, узел включения нагрузки и измеритель освещенности.
Блок питания
В подобных конструкциях, как раз тот самый случай, когда резонно применить, нарушая все рекомендации техники безопасности, блок питания, не имеющий гальванической развязки от сети. На вопрос, почему такое возможно, ответ будет таков: после настройки устройства никто в него не полезет, все будет находиться в изолирующем корпусе.
Наружных регулировок тоже не предвидится, после настройки останется только закрыть крышку и повесить готовое на место, пусть себе работает. Конечно, если есть необходимость, то единственную настройку «чувствительность», можно вывести наружу при помощи длинной пластмассовой трубки.
В процессе настройки безопасность можно обеспечить двумя путями. Либо воспользоваться развязывающим трансформатором () либо запитать устройство от лабораторного блока питания. При этом сетевое напряжение и лампочку можно не подключать, а срабатывание фотоэлемента контролировать по светодиоду LED1.
Схема блока питания достаточно проста. Она представляет мостовой выпрямитель Br1 с гасящим конденсатором C2 на переменное напряжение не менее 400В. Резистор R5 предназначен для сглаживания броска тока через конденсатор C14 (500,0мкФ * 50В) при включении устройства, а также «по совместительству» является предохранителем.
Стабилитрон D1 предназначен для стабилизации напряжения на C14. В качестве стабилитрона подойдет 1N4467 или 1N5022A. Для выпрямителя Br1 вполне подойдут диоды 1N4407 или любой маломощный мост, с обратным напряжением 400В и выпрямленным током не менее 500мА.
Конденсатор C2 следует зашунтировать резистором сопротивлением около 1МОм (на схеме не показан), чтобы после отключения устройства не «щелкало» током: убить, конечно, не убьет, но все же достаточно чувствительно и неприятно.
Узел включения нагрузки
Выполнен с применением специализированной микросхемы КР1182ПМ1А, которая позволяет сделать немало полезных устройств. В данном случае она используется для управления симистором КУ208Г. Лучшие результаты дает импортный «аналог» BT139 - 600: ток нагрузки 16А при обратном напряжении 600В, а ток управляющего электрода намного меньше, чем у КУ208Г (иногда КУ208Г приходится подбирать по этому показателю). BT139 способен выдерживать импульсные перегрузки до 240А, что делает его исключительно надежным при работе в различных устройствах.
Если BT139 установлен на радиаторе, то коммутируемая мощность может достигать 1КВт, без радиатора допустимо управление нагрузкой до 400Вт. В том случае, когда мощность лампочки не превышает 150Вт, можно вполне обойтись без симистора. Для этого правый по схеме вывод лампы La1 следует присоединить непосредственно в выводам 14, 15 микросхемы, а резистор R3 и симистор T1 из схемы исключить.
Поехали дальше. Микросхема КР1182ПМ1А управляется через выводы 5 и 6: когда они замкнуты лампа погашена. Тут может быть обычный контактный выключатель, правда, работающий наоборот, - выключатель замкнут, а лампа погашена. Так намного проще запомнить эту «логику».
Если этот контакт разомкнуть, то начинает заряжаться конденсатор C13 и, по мере возрастания напряжения на нем, плавно возрастает яркость свечения лампы. Для ламп накаливания это очень актуально, поскольку увеличивает срок их службы.
Подбором резистора R4 можно регулировать степень заряда конденсатора C13 и яркость свечения лампы. В случае использования энергосберегающих ламп конденсатор C13 можно не ставить, как собственно и саму КР1182ПМ1А. Но об этом будет сказано ниже.
Теперь приближаемся к главному. Вместо реле, просто из стремления избавиться от контактов, управление было поручено транзисторному оптрону АОТ128, который с успехом можно заменить импортным «аналогом» 4N35, правда, при такой замене номинал резистора R6 следует увеличить до 800КОм…1МОм, поскольку при 100КОм импортный 4N35 работать не будет. Проверено практикой!
Если транзистор оптрона будет открыт, его переход К-Э, подобно контакту, замкнет выводы 5 и 6 микросхемы КР1182ПМ1А и лампа будет выключена. Чтобы открыть этот транзистор требуется засветить светодиод оптрона. В общем, получается все наоборот: светодиод погашен, а лампа светит.
На основе 555 получается очень просто. Для этого достаточно на входы таймера подключить соединенные последовательно фоторезистор LDR1 и подстроечный резистор R7, с его помощью настраивается порог срабатывания фотореле. Гистерезис переключения (темно - светло) обеспечивается самим таймером, его . Помните, эти «волшебные» цифры 1/3U и 2/3U?
Если фотодатчик находится в темноте, его сопротивление велико, поэтому напряжение на резисторе R7 низкое, что приводит к тому, что на выходе таймера (вывод 3) устанавливается высокий уровень и светодиод оптрона погашен, а транзистор закрыт. Следовательно, лампочка будет включена, как было написано ранее в подзаголовке «Узел включения нагрузки».
В случае освещения фотодатчика его сопротивление становится маленьким, порядка нескольких КОм, поэтому напряжение на резисторе R7 возрастает до 2/3U, и на выходе таймера появляется низкий уровень напряжения, - светодиод оптрона засветился, а лампа-нагрузка погасла.
Вот тут кто-то может скажет: «Сложновато будет!». Но почти всегда все можно упростить до предела. Если предполагается зажигать энергосберегающие лампы, то плавное включение не требуется, и можно использовать обычное реле. А кто сказал, что только лампы и только включать?
Если реле имеет несколько контактов, то можно делать что душе угодно, и не только включать, но и выключать. Такая схема показана на рисунке 2 и в особых комментариях не нуждается. Реле подбирается из условий, чтобы ток катушки был не более 200мА при рабочем напряжении 12В.
Рисунок 2.
Схемы предварительной установки
В некоторых случаях требуется что-либо включать с некоторой задержкой относительно включения питания устройства. Например, сначала подать напряжение на логические микросхемы, и через некоторое время питание выходных каскадов.
Такие задержки реализуются на таймере 555 достаточно просто. Схемы таких задержек и временные диаграммы работы показаны на рисунках 3 и 4. Пунктирной линией показаны напряжения источника питания, а сплошной на выходе микросхемы.
Рисунок 3. После включения питания на выходе с задержкой появляется высокий уровень.
Рисунок 4. После включения питания на выходе с задержкой появляется низкий уровень.
Чаще всего такие «установщики» используются как составные части более сложных схем.
Устройства сигнализации на таймере 555
Схема сигнализатора представляет собой , с которым мы уже давно познакомились.
Рисунок 5.
В емкость с водой, например, бассейн погружены два электрода. Пока они находятся в воде, сопротивление между ними невелико (вода хороший проводник), поэтому конденсатор C1 зашунтирован, напряжение на нем близко к нулю. Также нулевое напряжение на входе таймера (выводы 2 и 6), следовательно на выходе (вывод 3) установится высокий уровень, генератор не работает.
Если уровень воды почему-то упадет и электроды окажутся в воздухе, сопротивление между ними увеличится, в идеале просто обрыв, и конденсатор C1 шунтироваться не будет. Поэтому наш мультивибратор заработает, - на выходе появятся импульсы.
Частота этих импульсов зависит от нашей фантазии и от параметров RC цепи: это будет либо мигающая лампочка, либо противный писк динамика. Попутно с этим можно включить долив воды. Чтобы избежать перелива и вовремя отключить насос к устройству необходимо добавить еще один электрод и подобную же схему. Тут уже читателю можно поэкспериментировать.
Рисунке 6.
При нажатии на концевой выключатель S2 на выходе таймера появляется напряжение высокого уровня, и останется таковым даже если S2 отпустить и больше не удерживать. Из этого состояния устройство можно вывести только нажатием на кнопку «Сброс».
Пока на этом остановимся, может кому потребуется время, чтобы взять паяльник и попробовать спаять рассмотренные устройства, исследовать, как они работают, хотя бы поэкспериментировать с параметрами RC цепей. Послушать, как пищит динамик или мигает светодиод, сравнить, что дают расчеты, намного ли практические результаты отличаются от расчетных.
Потребовалось мне сделать регулятор скорости для пропеллера. Чтобы дым от паяльника сдувать, да морду лица вентилировать. Ну и, для прикола, уложить все в минимальную стоимость. Проще всего маломощный двигатель постоянного тока, конечно, регулировать переменным резистором, но найти резюк на такой малый номинал, да еще нужной мощности это надо сильно постараться, да и стоить он будет явно не десять рублей. Поэтому наш выбор ШИМ + MOSFET.
Ключ я взял IRF630
. Почему именно этот MOSFET
? Да просто у меня их откуда то завелось штук десять. Вот и применяю, так то можно поставить что либо менее габаритное и маломощное. Т.к. ток тут вряд ли будет больше ампера, а IRF630
способен протащить через себя под 9А. Зато можно будет сделать целый каскад из вентиляторов, подсоединив их к одной крутилке — мощи хватит:)
Теперь пришло время подумать о том, чем мы будем делать ШИМ
. Сразу напрашивается мысль — микроконтроллером. Взять какой-нибудь Tiny12 и сделать на нем. Мысль я эту отбросил мгновенно.
- Тратить такую ценную и дорогую деталь на какой то вентилятор мне западло. Я для микроконтроллера поинтересней задачу найду
- Еще софт под это писать, вдвойне западло.
- Напряжение питания там 12 вольт, понижать его для питания МК до 5 вольт это вообще уже лениво
- IRF630 не откроется от 5 вольт, поэтому тут пришлось бы еще и транзистор ставить, чтобы он подавал высокий потенциал на затвор полевика. Нафиг нафиг.
Операционные усилители можно отбросить сразу. Дело в том, что у ОУ общего назначения уже после 8-10кГц, как правило, предельное выходное напряжение
начинает резко заваливаться, а нам надо полевик дрыгать. Да еще на сверхзвуковой частоте, чтобы не пищало.
ОУ лишенные такого недостатка стоят столько, что на эти деньги можно с десяток крутейших микроконтроллеров купить. В топку!
Остаются компараторы, они не обладают способностью операционника плавно менять выходное напряжение, могут только сравнивать две напруги и замыкать выходной транзистор по итогам сравнения, но зато делают это быстро и без завала характеристики. Пошарил по сусекам и компараторов не нашел. Засада! Точнее был LM339 , но он был в большом корпусе, а впаивать микросхему больше чем на 8 ног на такую простую задачу мне религия не позволяет. В лабаз тащиться тоже было влом. Что делать?
И тут я вспомнил про такую замечательную вещь как аналоговый таймер — NE555
. Представляет собой своеобразный генератор, где можно комбинацией резисторов и конденсатором задавать частоту, а также длительность импульса и паузы. Сколько на этом таймере разной хрени сделали, за его более чем тридцатилетнюю историю… До сих пор эта микросхема, несмотря на почтенный возраст, штампуется миллионными тиражами и есть практически в каждом лабазе по цене в считанные рубли. У нас, например, он стоит около 5 рублей. Порылся по сусекам и нашел пару штук. О! Щас и замутим.
 |
Как это работает
Если не вникать глубоко в структуру таймера 555, то несложно. Грубо говоря, таймер следит за напряжением на конденсаторе С1, которое снимает с вывода THR
(THRESHOLD — порог). Как только оно достигнет максимума (кондер заряжен), так открывается внутренний транзистор. Который замыкает вывод DIS
(DISCHARGE — разряд) на землю. При этом на выходе OUT
появляется логический ноль. Конденсатор начинает разряжаться через DIS
и когда напряжение на нем станет равно нулю (полный разряд) система перекинется в противоположное состояние — на выходе 1, транзистор закрыт. Конденсатор начинает снова заряжаться и все повторяется вновь.
Заряд конденсатора С1 идет по пути: «R4->верхнее плечо R1 ->D2
«, а разряд по пути: D1 -> нижнее плечо R1 -> DIS
. Когда мы крутим переменный резистор R1 то у нас меняются соотношения сопротивлений верхнего и нижнего плеча. Что, соответственно, меняет отношение длины импульса к паузе.
Частота задается в основном конденсатором С1 и еще немного зависит от величины сопротивления R1.
Резистор R3 обеспечивает подтяжку выхода к высокому уровню — так так там выход с открытым коллектором. Который не способен самостоятельно выставить высокий уровень.
Диоды можно ставить любые совершенно, кондеры примерно такого номинала, отклонения в пределах одного порядка не влияют особо на качество работы. На 4.7нанофарадах, поставленных в С1, например, частота снижается до 18кГц, но ее почти не слышно, видать слух у меня уже не идеальный:(
Покопался в закромах, которая сама расчитывает параметры работы таймера NE555 и собрал схему оттуда, для астабильного режима со коэффициентом заполнения меньше 50%, да вкрутил там вместо R1 и R2 переменный резистор, которым у меня менялась скважность выходного сигнала. Надо только обратить внимание на то, что выход DIS (DISCHARGE) через внутренний ключ таймера подключен на землю, поэтому нельзя было его сажать напрямую к потенциометру , т.к. при закручивании регулятора в крайнее положение этот вывод бы сажался на Vcc. А когда транзистор откроется, то будет натуральное КЗ и таймер с красивым пшиком испустит волшебный дым, на котором, как известно, работает вся электроника. Как только дым покидает микросхему — она перестает работать. Вот так то. Посему берем и добавляем еще один резистор на один килоом. Погоды в регулировании он не сделает, а от перегорания защитит.
Сказано — сделано. Вытравил плату, впаял компоненты:
Снизу все просто.
Вот и печатку прилагаю, в родимом Sprint Layout —
А это напряжение на движке. Видно небольшой переходный процесс. Надо кондерчик поставить в параллель на пол микрофарады и его сгладит.
Как видно, частота плывет — оно и понятно, у нас ведь частота работы зависит от резисторов и конденсатора, а раз они меняются, то и частота уплывает, но это не беда. Во всем диапазоне регулирования она ни разу не влазит в слышимый диапазон. А вся конструкция обошлась в 35 рублей, не считая корпуса. Так что — Profit!
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.
