Összefoglaló

Az NE555P, amelyet általában 555-ös időzítő IC-ként emlegetnek, egy széles körben használt és sokoldalú integrált áramkör (IC), amelyet eredetileg Hans Camenzind svájci mérnök tervezett 1971-ben, miközben a Signetics, egy úttörő kaliforniai félvezetőgyártó vállalatnál dolgozott. Az egyszerűségéről és alkalmazkodóképességéről híres 555-ös időzítő az egyszerű időzítőktől és impulzusgenerálástól kezdve az olyan összetettebb feladatokig, mint az impulzusszélesség-moduláció (PWM) és az oszcillátor áramkörök, számtalan elektronikus alkalmazás nélkülözhetetlen komponensévé vált. Robusztus teljesítménye és könnyű integrálhatósága megszilárdította státuszát, amely mind az oktatási, mind a professzionális elektronikai környezetek alapelemévé tette. Az NE555P jelentősége nem csak műszaki specifikációiban, hanem történelmi hatásában is rejlik. Az IC kialakítása minimalista architektúrát alkalmaz, amely kevés külső alkatrészt igényel, így a mérnökök és a hobbisták számára egyaránt könnyen érthető és megvalósítható. A jellemzően 4,5V és 18V közötti működési feszültségtartományával az 555-ös időzítő lenyűgöző kompatibilitást mutat a különböző áramforrásokkal és elektronikus rendszerekkel, biztosítva a megbízható működést a feltételek széles skáláján. A 25 tranzisztorból, 2 diódából és 15 ellenállásból álló belső konfigurációja lehetővé teszi, hogy hatékonyan működjön időzítőként, oszcillátorként vagy flip-flop áramkörként. Az NE555P sokoldalúságát három elsődleges működési módja is példázza: monostabil, asztabil és bistabil. Monostabil üzemmódban az IC egyetlen kimeneti impulzust generál egy külső triggerre válaszul, amely alkalmas a pontos időkésleltetést igénylő alkalmazásokhoz. Az asztabil üzemmód folyamatos oszcillációt tesz lehetővé, amely ideális órajelek vagy ismétlődő impulzusok generálására. A bistabil üzemmód lehetővé teszi, hogy az 555-ös időzítő két stabil kimeneti állapot egyikét tartsa fenn, amíg nem kap egy kiváltó jelet, ami hasznos a váltó alkalmazásokhoz és az alapvető memóriafunkciókhoz. Ezek a működési módok lehetővé tették, hogy az 555-ös időzítőt számos praktikus és innovatív alkalmazásban alkalmazzák, az egyszerű LED villogóktól kezdve a szórakoztató elektronikai és ipari eszközökben használt összetett időzítő áramkörökig. Az elektronikai technológia fejlődése ellenére az NE555P továbbra is kedvelt választás marad alacsony ára, széles körű elérhetősége és bizonyított megbízhatósága miatt. Örökségét az elmúlt öt évtizedben eladott több milliárd darab emeli ki, és továbbra is alapvető eszköz a mérnökök, oktatók és elektronikai rajongók eszköztárában. Az 555-ös időzítő IC tartós népszerűsége zseniális tervezésének és az elektronikus áramkörök és rendszerek fejlődésére világszerte gyakorolt mélyreható hatásának bizonyítéka.

Történelem

A NE555P, közismert nevén az 555-ös időzítő IC gazdag története feltalálójával, Hans Camenzinddel kezdődik. A Svájcban született Camenzind az Egyesült Államokba emigrált, ahol kezdetben a szárazelemek gyártásával foglalkozó P. R. Mallory cégnél dolgozott, majd 1968-ban a Signeticshez került.

. A Signetics-et egykori Fairchild mérnökök alapították, akik hittek abban, hogy az elektronika jövője a tranzisztorok helyett az integrált áramkörökben rejlik. 1971-ben Camenzind, miközben a Signeticsnek dolgozott, szerződés alapján megtervezte az 555-ös időzítő IC-t. Ez a szerződés igen előnyös volt Camenzind számára, mivel egy évig a fizetése felét kapta, és hozzáférést biztosított számára az összes szükséges elektronikai berendezéshez. Ez az ikonikus IC gyorsan nélkülözhetetlenné vált a különböző alkalmazásokban, az egyszerű időzítőktől kezdve az összetett impulzusgenerálási feladatokig. Az 555-ös időzítő IC-t egyszerűségéért és sokoldalúságáért ünnepelték, ami széles körű elterjedéséhez vezetett. Ma is több gyártó gyártja eredeti bipoláris formájában, valamint alacsony fogyasztású CMOS-változatokban. A technológia fejlődése ellenére az 555-ös időzítő továbbra is alapvető szerepet játszik mind az oktatási, mind a szakmai környezetben, ami mutatja az elektronika területére gyakorolt tartós hatását. Hans Camenzind hozzájárulása túlmutat az 555-ös időzítőn. 1969-ben bevezette a fázis-záró hurok koncepcióját az integrált áramkörökbe, ami tovább bizonyította innovatív képességeit. Miután 1977-ben eladta cégét, az InterDesignt, különböző érdeklődési körökkel foglalkozott, többek között az írással és az elektronika történetének kutatásával. A 2007-ben megjelent "Much Ado About Almost Nothing" (Sok hűhó szinte semmiről) című könyve az elektronikai technológia története és fejlődése iránti mélységes érdeklődését tükrözi. Camenzind 2012. augusztus 8-án hunyt el, de öröksége tovább él a mindenütt jelenlévő 555-ös időzítőn és az elektronika területéhez való számos hozzájárulásán keresztül.

Tervezés és specifikációk

Az NE555P, a klasszikus 555-ös időzítő integrált áramkör egy változata, egyszerű felépítéssel és minimális külső alkatrészekkel rendelkezik, így könnyen megérthető, integrálható és hibaelhárítható az elektronikus áramkörökben.

. Az 555-ös időzítőt eredetileg Hans Camenzind tervezte 1971-ben, amikor a kaliforniai Signetics félvezetőgyártó cégnél dolgozott. A kezdeti tervezetet 1971 nyarán felülvizsgálták, és jelentős módosításon ment keresztül, amikor Camenzind úgy döntött, hogy állandó áramforrás helyett egyenes ellenállást használ, ami a szükséges csapok számát 9-ről 8-ra csökkentette. Ez a tervezési változtatás lehetővé tette, hogy az IC-t 14 tűs helyett 8 tűs csomagba csomagolják, ami egyszerűsítette a használatát és a gyártást. Az NE555P a tápfeszültségek széles tartományában működik, jellemzően 4,5V és 18V között, így az elektronikai rendszerek és áramforrások széles skálájával kompatibilis. Robusztusságáról és megbízhatóságáról ismert a legkülönbözőbb üzemi körülmények között, beleértve a hőmérséklet-változásokat és a tápfeszültség ingadozásait. Az NE555P belső felépítése 25 tranzisztort, 2 diódát és 15 ellenállást tartalmaz, ami lehetővé teszi, hogy időzítőként, oszcillátorként vagy flip-flop áramkörként működjön. Az NE555P egyik legfontosabb jellemzője a kimeneti áramkör, amely akár 200 mA-es terheléseket is képes áramot forrasztani vagy elvezetni. Ez a képesség teszi sokoldalúvá a különböző alkalmazásokhoz, az egyszerű időzítő áramköröktől az összetettebb impulzusszélesség-modulációs (PWM) vezérlésekig. A kimeneti szintek jól definiáltak az 5V és 15V közötti tápellátási tartományban, és 5V-os tápellátás esetén zökkenőmentesen illeszkednek a TTL bemenetekhez, biztosítva a kompatibilitást más digitális alkatrészekkel. Az NE555P-t alacsony ára és széleskörű elérhetősége is megkülönbözteti, így a hobbisták, diákok és szakemberek számára egyaránt elérhetővé válik. A tervezés egyszerűsége és rugalmassága miatt az elektronikai közösség egyik alapdarabja, amelyből az elmúlt 50 évben több milliárd darabot adtak el. Az időzítő továbbra is népszerű választás oktatási célokra és számos gyakorlati alkalmazásban, például szervovezérlőkben, játékokban, űrtechnikai alkalmazásokban és D-osztályú erősítőkben.

Funkcionalitás

Az 555-ös időzítő integrált áramkör (IC) egy sokoldalú és széles körben használt alkatrész az elektronikában, amely három különböző üzemmódban képes működni: monostabil, asztabil és bisztabil, amelyek mindegyike egyedi időzítési funkciókat biztosít.

Monostabil üzemmód

Monostabil üzemmódban az 555-ös időzítő egyetlen kimeneti impulzust generál egy külső triggerjelre. Ezt az üzemmódot általában olyan alkalmazásokban használják, mint például az animatronikus dekorációk és motorizált kellékek "TRY ME" gombjai, ahol a gomb megnyomása egy rövid animációs sorozatot indít el, amely fényeket, hangokat és mozgást tartalmaz, mielőtt a rendszer visszaállítja magát.

. A kimeneti impulzus időtartamát az időzítőhöz csatlakoztatott külső ellenállás és kondenzátor határozza meg. Ez a funkció hasznos a motorizált kellékek vagy animatronika időzített mozgásaktiválásának létrehozásához is.

Asztalos üzemmód

Az asztabil üzemmódot akkor alkalmazzák, ha folyamatos rezgésre van szükség. Ebben az üzemmódban az 555-ös időzítő folyamatos négyszöghullámú kimenetet állít elő, amely váltakozik a magas és alacsony állapotok között. Az időzítő elemek, két ellenállás (R1 és R2) és egy kondenzátor (C1) határozzák meg a magas állapot (T_high) és az alacsony állapot (T_low) időtartamát.

.

• T_high = 0.
• T_low = 0.
• Teljes időtartam (T) = 0.
• Frekvencia (f) = 1 / T = 1. Az asztabil üzemmód különösen hasznos óraimpulzusok, hanggenerálás és más, stabil és konzisztens négyszögjelet igénylő alkalmazások előállításához.

Bistabil üzemmód

A bistabil üzemmód, más néven flip-flop üzemmód lehetővé teszi az 555-ös időzítő számára, hogy a két stabil kimeneti állapot (magas vagy alacsony) egyikét fenntartsa, amíg nem kap egy trigger- vagy reset-impulzust. Ebben a konfigurációban az 555-ös időzítő időzítőkondenzátorok nélkül működik, a kimeneti állapotát a trigger (2. pin) és a reset (4. pin) bemeneteken érkező jelek alapján váltogatja.

. Ez az üzemmód olyan alkalmazásoknál értékes, mint például a kapcsolók elbillentése és az alap memóriaegységek kialakítása, ahol kézi vagy kiváltott vezérlés szükséges az eszközök be- és kikapcsolásához. Az 555-ös időzítő belső áramköre három 5K ellenállást tartalmaz a feszültségosztó hálózatában, ami meghatározó jellemző, és hozzájárul a nevéhez. Ezenkívül az IC tartalmaz két komparátort, egy flip-flopot, egy kisütő tranzisztort és egy kimeneti fokozatot, többek között .

Alkalmazások

A Texas Instruments NE555P időzítő IC egy rendkívül sokoldalúan felhasználható alkatrész, amelyet széles körben alkalmaznak különböző elektronikus alkalmazásokban. Szabványosított pin-konfigurációi és részletes adatlapjai miatt egyszerűen integrálható az elektronikus áramkörökbe, ami növeli a könnyű felhasználhatóságát.

. Ezt az IC-t megbízhatósága és stabil működése miatt számos hobbiprojektben és kereskedelmi alkalmazásban egyaránt alkalmazzák. Az NE555P-t gyakran használják az időzítési funkciókban, amelyek számos gyakorlati projektben alkalmazhatók. Például kis teljesítményű, kis hangszórók meghajtására alkalmas audioerősítők, zongorahangokat utánzó játékorgona-áramkörök és digitális stopperóra-áramkörök másodpercszámlálására használják. Ezenkívül az NE555P nélkülözhetetlen alkatrész a 3x3x3 LED-kocka áramkörök és egyszerű LED-villogó áramkörök készítésében, amelyek népszerűek az elektronika szerelmesei körében. Az NE555P továbbá olyan kifinomultabb alkalmazásokban is megtalálható, mint például az otthoni készülékek IR-távirányító kapcsolói, az infravörös érzékelők segítségével akadályokat érzékelő autóparkoló áramkörök, valamint a PWM LED-dimmerek az állítható világítási megoldásokhoz. Sokoldalúsága kiterjed az ipari felhasználásra is, beleértve az RF-távvezérlési képességekkel rendelkező programozható be- és kikapcsoló időzítőket és az autópályák sebességellenőrzőit. Az NE555P különböző tápegységekhez való alkalmazkodóképessége és a stabil oszcillátor működés fenntartásának képessége 4,5V és 16V közötti tápfeszültségek mellett tovább növeli a különböző projektek során való felhasználhatóságát. Ez az IC továbbra is számos alkalmazásban kedvelt választás, köszönhetően átfogó dokumentációjának, egyszerű használatának és megbízható teljesítményének.

Változatok

Az eredetileg az 1970-es években kifejlesztett NE555 időzítő IC az évek során számos változatot látott, amelyek mindegyike különböző alkalmazásokhoz és teljesítménykövetelményekhez igazodott. Ezek közül az NE555N és az NE555P kiemelkedik azonos pin-konfigurációjukkal, ami leegyszerűsíti a különböző áramkörökben való felcserélhetőségüket anélkül, hogy jelentős módosításokat igényelne.

. Bár az 555-ös családba tartozó összes IC azonos pinouttal rendelkezik, nem feltétlenül ugyanazok a specifikációk.

Bipoláris és CMOS változatok

Az NE555 eredetileg egy bipoláris IC volt, amely bipoláris átmenet-tranzisztorokat (BJT-ket) használt. Ez a változat, akárcsak az NE555 IC, robusztus teljesítményéről ismert, de a nagyobb teljesítményleadás és az áramtüskék miatt kevésbé alkalmas alacsony fogyasztású alkalmazásokhoz.

. Ez a korlátozás vezetett az 555-ös időzítő CMOS változatainak kifejlesztéséhez, mint például a TI TLC555 és a 7555. A CMOS-változatok, amelyek komplementer fém-oxid félvezető (CMOS) technológiát használnak, jelentős előnyöket kínálnak, beleértve a szélesebb tápellátási toleranciát, a csökkentett meghajtási követelményeket és a bipoláris társaikhoz képest jelentősen alacsonyabb áramfelvételt.

Különleges változatok és jellemzőik

1. NE555N és NE555P: Mindkét változat egyszerű felépítésű, minimális külső alkatrészt igénylő, így könnyen integrálható és hibaelhárítható elektronikus áramkörökbe. A tápfeszültségek széles tartományában működnek (jellemzően 4,5V és 18V között), ami lehetővé teszi a különböző elektronikus rendszerekkel és áramforrásokkal való kompatibilitást. Emellett ezek a változatok ismertek robusztusságukról és megbízhatóságukról a legkülönbözőbb működési körülmények között, beleértve a hőmérséklet-változásokat és a tápfeszültség-ingadozásokat.
2. NA555, SE555 és NE555: Ezek a változatok az áramkörök tervezéséhez elengedhetetlenül fontos működési jellemzők széles skáláját mutatják be. Például az időzítési intervallum kezdeti hibája 25°C-on mérve az NE555 esetében 1%, az SE555 esetében 1,5%, az NA555 esetében pedig 0,5%. Az időzítési intervallum hőmérsékleti együtthatója is változik, az NE555 esetében 50 ppm/°C, az SE555 esetében 100 ppm/°C, az NA555 esetében pedig 30 ppm/°C.

Csomagok és modern adaptációk

Míg az 555-ös időzítő fémdobozos változata már nem kapható, a DIP-8-as ház továbbra is használatban van. Emellett újabb, akár chipméretű, felületre szerelhető csomagok is megjelentek. Egyes gyártók egyszerűsített változatokat is létrehoztak a pinout csökkentésére, a modern elektronikai tervek speciális igényeinek kielégítésére. Ezen fejlesztések ellenére az 555-ös időzítő továbbra is sokoldalú alkatrész marad, és a rajongók egyedi alkalmazásokhoz vagy tanulási projektként egyedi változatokat állíthatnak össze.

.

Összehasonlítás más időzítőkkel

A Texas Instruments által kifejlesztett NE555P egy rendkívül sokoldalú és gyakran használt időzítő a barkácselektronikában kompakt mérete, megfizethetősége és sokoldalú alkalmazásai miatt.

. Más időzítő áramkörökkel összehasonlítva az NE555P kiemelkedik a különböző üzemmódok - monostabil, bistabil és asztabil - képességével, amelyek mindegyike egyedi tulajdonságokkal és funkciókkal rendelkezik, és így alkalmazások széles körére alkalmas. Monostabil üzemmódban az NE555P egylövéses időzítőként működik, egyetlen impulzusnyi áramot produkálva, amikor elindul. Ezt az üzemmódot gyakran használják pontos időkésleltetések létrehozására, például egy LED pontosan 5 másodperccel egy gombnyomás után történő kikapcsolására. Ezzel szemben az asztabil üzemmódja folyamatos oszcillációt tesz lehetővé, így alkalmas órajelek, frekvenciamoduláció és impulzusszélesség-modulációs (PWM) jelek generálására motorvezérléshez. A bistabil üzemmódot viszont olyan kapcsoló alkalmazásokhoz használják, ahol a kimenetnek két állapot között kell váltania. Más időzítők, mint például a 4017B és 4020B évtizedes osztók, kibővített időzítési képességeket kínálnak, de gyakran bonyolultabb konfigurációkat és további alkatrészeket igényelnek. Például egy praktikus relé-kimeneti időzítő áramkör létrehozható az 555-ös időzítő és a 4020B 14 fokozatú osztó kombinációjával, amely egy perctől 100 percig terjedő időkésleltetést tesz lehetővé. Még hosszabb, akár 20 órás késleltetések esetén a 4017B az 555 kimenete és a 4020B bemenete közé integrálható, így 81 920-as teljes osztási arány érhető el. Ezek a konfigurációk rávilágítanak az 555-ös időzítő rugalmasságára és választékára a bonyolultabb időzítő tervekben. Ezenkívül az NE555P-t különösen nagyra értékelik a könnyű használhatósága miatt olyan alapvető időzítő áramkörök létrehozásában, amelyek egy ellenállás-kondenzátor (RC) töltőáramkörből, egy komparátorból és egy kimeneti egységből állnak. Az ellenállás által vezérelt kondenzátor töltési ideje döntő fontosságú az időzítési intervallumok meghatározásában, és ez az egyszerűség teszi elérhető választássá mind a kezdők, mind a haladó felhasználók számára.

Műszaki korlátozások

Az NE555P széles körű használata és sokoldalúsága ellenére bizonyos technikai korlátozásokkal jár. Az egyik figyelemre méltó korlátozás az, hogy egyes változatokban nem minden funkció kerül ki a csapokra, például az 558-as chip, amelyet elsősorban monostabil multivibrátor alkalmazásokhoz terveztek.

. Továbbá, bár az NE555P megbízható és stabil teljesítményt nyújt, a gyártási folyamat nem feltétlenül tartalmazza az összes paraméter tesztelését. Ez különösen fontos lehet a pontos és kimerítő paramétertesztelést igénylő alkalmazások esetében. A Texas Instruments megjegyzi, hogy a termékek a szabványos garancia feltételei szerint megfelelnek a specifikációknak, és a gyártás során nem minden paramétert lehet tesztelni. Egy másik korlátozás a rendelkezésre álló csomagtípusokkal kapcsolatos. Az NE555-öt eredetileg 9 tűs konfigurációval tervezték, de később 8 tűsre módosították, ami hatással lehet a tervezési választásokra és az egyes alkalmazások integrálására. Kritikus alkalmazások esetén a felhasználóknak ajánlott tisztában lenniük ezekkel a korlátozásokkal, és a paraméterek tesztelésére és a megfelelőségre vonatkozó aktuális információkért ellenőrizni a legfrissebb adatlapokat és gyártási adatokat.

Figyelemre méltó megvalósítások

Az 555-ös időzítőt, amelyet Hans Camenzind talált fel 1971-ben, amikor a Signetics cégnél dolgozott, széles körben használták különböző területeken, a kereskedelmi termékektől a hobbiprojektekig. A kezdeti konstrukció annyira robusztus és sokoldalú volt, hogy több mint 40 éven keresztül nagyrészt változatlan maradt, így a történelem egyik leghosszabb ideje használt konstrukciója.

. Az 555-ös időzítő egyik legkorábbi és leghíresebb megvalósítása a Commodore 64 számítógépben volt, ahol időzítési és vezérlési alkalmazásokban használták. A számítástechnikán túl az 555-ös időzítő játékokban, sőt űrhajókban is alkalmazásra került, bizonyítva megbízhatóságát és sokoldalúságát változatos és igényes környezetben. Az eredeti bipoláris technológiájú 555-ös nem igényelt sugárzási keményítést, csak szigorú tesztelést ahhoz, hogy űrmissziókra alkalmas legyen. Az 555-ös időzítő három elsődleges üzemmódban működik: monostabil (együtemű), asztabil (oszcillátor) és bisztabil (flip-flop), amelyek az alkalmazások széles körét alapozzák meg. Ezek az üzemmódok lehetővé teszik, hogy az 555-ös időzítő számtalan áramkörben időzítési, impulzusgenerálási és oszcillációs funkciókban használható legyen. Könnyű kezelhetősége, megbízhatósága és egyszerűsége az elektronikai ipar egyik alapelemévé tette, és az olyan változatokhoz, mint az NE555N és NE555P részletes adatlapok könnyen elérhetők. Bár a modern kereskedelmi termékek az 555-ös időzítőt nagyrészt System on a Chip (SoC) kialakítással helyettesítették az alkatrészek számának és költségének csökkentése érdekében, az 555-ös időzítő továbbra is népszerű a hobbisták körében. Megfizethetőségének és az elektronikus áramkörökbe való egyszerű integrálhatóságának köszönhetően a barkácselektronika szerelmeseinek egyik legkedveltebb alkatrésze. Az 555-ös időzítő tartós népszerűsége zseniális kialakításának és alkalmazásainak messzemenő hatásának bizonyítéka.