Zhrnutie

NE555P, bežne označovaný ako časovač 555 IC, je široko používaný a všestranný integrovaný obvod (IC), ktorý pôvodne navrhol švajčiarsky inžinier Hans Camenzind v roku 1971, keď pracoval pre Signetics, priekopnícku polovodičovú spoločnosť v Kalifornii. Časovač 555, známy svojou jednoduchosťou a prispôsobivosťou, sa stal základnou súčasťou nespočetného množstva elektronických aplikácií, od jednoduchých časovačov a generovania impulzov až po zložitejšie úlohy, ako sú obvody pulzno-šírkovej modulácie (PWM) a oscilátorov. Jeho robustný výkon a jednoduchá integrácia upevnili jeho postavenie ako základného prvku vo vzdelávacom aj profesionálnom elektronickom prostredí. Význam NE555P spočíva nielen v jeho technických špecifikáciách, ale aj v jeho historickom vplyve. Konštrukcia integrovaného obvodu využíva minimalistickú architektúru, ktorá si vyžaduje len málo externých komponentov, čo umožňuje jeho jednoduché pochopenie a implementáciu tak inžiniermi, ako aj amatérmi. S rozsahom prevádzkového napätia typicky od 4,5 V do 18 V vykazuje časovač 555 pôsobivú kompatibilitu s rôznymi zdrojmi napájania a elektronickými systémami, čím zabezpečuje spoľahlivú prevádzku v širokom spektre podmienok. Jeho vnútorná konfigurácia pozostávajúca z 25 tranzistorov, 2 diód a 15 rezistorov mu umožňuje efektívne fungovať ako časovač, oscilátor alebo klopný obvod. Všestrannosť obvodu NE555P je ďalej ilustrovaná jeho tromi základnými prevádzkovými režimami: monostabilný, astabilný a bistabilný. V monostabilnom režime IC generuje jeden výstupný impulz v reakcii na externý spúšťač, čo je vhodné pre aplikácie vyžadujúce presné časové oneskorenie. Astabilný režim umožňuje nepretržitú osciláciu, ktorá je ideálna na generovanie hodinových signálov alebo opakovaných impulzov. Bistabilný režim umožňuje časovaču 555 udržiavať jeden z dvoch stabilných výstupných stavov, kým nedostane spúšťací signál, čo je užitočné pre prepínacie aplikácie a základné pamäťové funkcie. Tieto operačné režimy umožnili časovaču 555 použitie v celom rade praktických a inovatívnych aplikácií, od jednoduchých blikačov LED až po komplexné časovacie obvody v spotrebnej elektronike a priemyselných zariadeniach. Napriek pokroku v elektronických technológiách zostáva NE555P obľúbenou voľbou vďaka svojej nízkej cene, širokej dostupnosti a osvedčenej spoľahlivosti. Jeho dedičstvo podčiarkujú miliardy predaných kusov za posledných päť desaťročí a naďalej zostáva základným nástrojom v súprave nástrojov inžinierov, pedagógov a nadšencov elektroniky. Trvalá popularita integrovaného časovača 555 je dôkazom jeho geniálnej konštrukcie a hlbokého vplyvu, ktorý mal na vývoj elektronických obvodov a systémov na celom svete.

História

NE555P, všeobecne známy ako časovač 555 IC, má bohatú históriu, ktorá sa začína jeho vynálezcom Hansom Camenzindom. Camenzind sa narodil vo Švajčiarsku, emigroval do Spojených štátov, kde najprv pracoval v spoločnosti P. R. Mallory, známej výrobou suchých batérií, a v roku 1968 prešiel do spoločnosti Signetics.

. Spoločnosť Signetics založili bývalí inžinieri spoločnosti Fairchild, ktorí verili, že budúcnosť elektroniky spočíva skôr v integrovaných obvodoch než len v tranzistoroch. V roku 1971 Camenzind, ktorý pracoval na základe zmluvy pre spoločnosť Signetics, navrhol integrovaný časovač 555. Táto zmluva bola pre Camenzinda pomerne výhodná, pretože mu zabezpečila polovičný plat na jeden rok a prístup ku všetkým potrebným elektronickým zariadeniam. Tento kultový IC sa rýchlo stal nepostrádateľným v rôznych aplikáciách, od jednoduchých časovačov až po zložité úlohy generovania impulzov. Časovač IC 555 sa preslávil svojou jednoduchosťou a všestrannosťou, čo viedlo k jeho širokému rozšíreniu. Dnes ho stále vyrába viacero výrobcov v jeho pôvodnej bipolárnej forme, ako aj vo variantoch CMOS s nízkou spotrebou energie. Napriek vývoju technológie zostáva časovač 555 základným prvkom vo vzdelávacom aj profesionálnom prostredí, čo dokazuje jeho trvalý vplyv na oblasť elektroniky. Prínos Hansa Camenzinda presahuje rámec časovača 555. V roku 1969 zaviedol do integrovaných obvodov koncepciu fázovo uzamknutej slučky, čím ďalej preukázal svoje inovačné schopnosti. Po predaji svojej spoločnosti InterDesign v roku 1977 sa venoval rôznym záujmom vrátane písania a výskumu histórie elektroniky. Jeho kniha "Much Ado About Almost Nothing" (Mnoho kriku takmer o ničom), ktorá vyšla v roku 2007, odráža jeho hlbokú fascináciu históriou a vývojom elektronickej technológie. Camenzind zomrel 8. augusta 2012, ale jeho odkaz žije ďalej prostredníctvom všadeprítomného časovača 555 a jeho početných príspevkov do oblasti elektroniky.

Dizajn a špecifikácie

NE555P, variant klasického integrovaného obvodu s časovačom 555, má jednoduchú architektúru a minimum externých komponentov, čo uľahčuje jeho pochopenie, integráciu a odstraňovanie problémov v elektronických obvodoch.

. Časovač 555 pôvodne navrhol Hans Camenzind v roku 1971, keď bol zamestnaný v kalifornskej spoločnosti Signetics, ktorá vyrábala polovodiče. Pôvodný návrh bol preskúmaný v lete 1971 a prešiel významnou revíziou, keď sa Camenzind rozhodol použiť priamy odpor namiesto zdroja konštantného prúdu, čím sa znížil potrebný počet pinov z 9 na 8. Táto konštrukčná zmena umožnila, aby bol integrovaný obvod zabalený do 8-pinového obalu namiesto 14-pinového, čím sa zjednodušilo jeho používanie a výroba. NE555P pracuje v širokom rozsahu napájacích napätí, typicky od 4,5 V do 18 V, vďaka čomu je kompatibilný so širokou škálou elektronických systémov a zdrojov napájania. Je známy svojou robustnosťou a spoľahlivosťou v rôznych prevádzkových podmienkach vrátane teplotných zmien a kolísania napájacieho napätia. Vnútorná architektúra NE555P obsahuje 25 tranzistorov, 2 diódy a 15 rezistorov, čo mu umožňuje fungovať ako časovač, oscilátor alebo klopný obvod. Jednou z kľúčových vlastností obvodu NE555P je jeho výstupný obvod, ktorý môže byť zdrojom alebo zdrojom prúdu, pričom môže byť zaťažený až do 200 mA. Táto schopnosť ho robí univerzálnym pre rôzne aplikácie, od jednoduchých časovacích obvodov až po zložitejšie riadenie šírkovo-pulznej modulácie (PWM). Výstupné úrovne sú dobre definované v rozsahu napájania 5 V až 15 V a pri napájaní 5 V sa bez problémov zosúlaďujú so vstupmi TTL, čím sa zabezpečuje kompatibilita s inými digitálnymi komponentmi. NE555P sa vyznačuje aj nízkou cenou a širokou dostupnosťou, vďaka čomu je dostupný pre hobbyistov, študentov aj profesionálov. Vďaka svojej konštrukčnej jednoduchosti a flexibilite sa stal základom v komunite elektronikov, pričom za posledných 50 rokov sa predali miliardy kusov. Časovač je naďalej obľúbenou voľbou pre vzdelávacie účely a rôzne praktické aplikácie, ako sú servoregulátory, hračky, vesmírne aplikácie a zosilňovače triedy D.

Funkčnosť

Integrovaný obvod (IC) 555 je univerzálna a široko používaná súčiastka v elektronike, ktorá dokáže pracovať v troch rôznych režimoch: monostabilný, astabilný a bistabilný, pričom každý z nich poskytuje jedinečné časovacie funkcie.

Monostabilný režim

V monostabilnom režime generuje časovač 555 jeden výstupný impulz v reakcii na externý spúšťací signál. Tento režim sa bežne využíva v aplikáciách, ako sú tlačidlá "TRY ME" v animatronických dekoráciách a motorizovaných rekvizitách, kde sa stlačením tlačidla spustí krátka animovaná sekvencia, ktorá zahŕňa svetlá, zvuky a pohyb, a potom sa systém sám resetuje.

. Trvanie výstupného impulzu je určené externým odporom a kondenzátorom pripojeným k časovaču. Táto funkcia je užitočná aj na vytváranie časovanej aktivácie pohybu v motorizovaných rekvizitách alebo animatronike .

Režim Astable

Astabilný režim sa používa, keď sa vyžaduje nepretržité kmitanie. V tomto režime časovač 555 produkuje nepretržitú štvorcovú vlnu, ktorá sa strieda medzi vysokým a nízkym stavom. Časovacie komponenty, dva rezistory (R1 a R2) a kondenzátor (C1), určujú trvanie vysokého stavu (T_high) a nízkeho stavu (T_low)

.

• T_high = 0.
• T_low = 0.
• Celková perióda (T) = 0.
• Frekvencia (f) = 1 / T = 1. Astabilný režim je obzvlášť užitočný na generovanie hodinových impulzov, generovanie tónov a iné aplikácie vyžadujúce stabilný a konzistentný signál štvorcovej vlny.

Bistabilný režim

Bistabilný režim, známy aj ako flip-flop režim, umožňuje časovaču 555 udržiavať jeden z dvoch stabilných výstupných stavov (vysoký alebo nízky), kým nedostane spúšťací alebo resetovací impulz. V tejto konfigurácii časovač 555 pracuje bez časovacích kondenzátorov a prepína svoj výstupný stav na základe signálov na vstupoch trigger (pin 2) a reset (pin 4).

. Tento režim je cenný pri aplikáciách, ako je odpojovanie spínačov a vytváranie základných pamäťových jednotiek, kde je potrebné manuálne alebo spúšťané ovládanie na zapnutie a vypnutie zariadení. Vnútorné zapojenie časovača 555 obsahuje tri 5K rezistory v sieti deliča napätia, čo je charakteristická vlastnosť a prispieva k jeho názvu. Okrem toho integrovaný obvod obsahuje okrem iných súčiastok dva komparátory, flip-flop, vybíjací tranzistor a výstupný stupeň .

Aplikácie

Časovač NE555P IC od spoločnosti Texas Instruments je veľmi univerzálny komponent, ktorý sa široko používa v rôznych elektronických aplikáciách. Vďaka štandardizovanej konfigurácii pinov a podrobným údajom sa dá jednoducho integrovať do elektronických obvodov, čo zvyšuje jednoduchosť jeho používania.

. Tento integrovaný obvod sa vďaka svojej spoľahlivosti a stabilnej prevádzke používa v mnohých hobby projektoch aj komerčných aplikáciách. NE555P sa často využíva v časovacích funkciách, ktoré sa dajú aplikovať v širokej škále praktických projektov. Používa sa napríklad pri konštrukcii nízkovýkonných audio zosilňovačov schopných poháňať malé reproduktory, obvodov hračkárskych organov, ktoré napodobňujú zvuky klavíra, a obvodov digitálnych stopiek na počítanie sekúnd. Okrem toho je NE555P nevyhnutnou súčasťou pri vytváraní obvodov 3x3x3 LED kocky a jednoduchých obvodov blikajúcich LED, ktoré sú obľúbené medzi nadšencami elektroniky. Okrem toho sa NE555P nachádza v zložitejších aplikáciách, ako sú IR spínače diaľkového ovládania pre domáce spotrebiče, obvody stráženia parkovacích miest v autách, ktoré detekujú prekážky pomocou infračervených senzorov, a PWM LED stmievače pre nastaviteľné riešenia osvetlenia. Jeho všestrannosť sa rozširuje aj na priemyselné použitie, vrátane programovateľných časovačov zapnutia a vypnutia s možnosťou diaľkového ovládania RF a kontroliek rýchlosti pre diaľnice. Prispôsobivosť NE555P rôznym napájacím zdrojom a jeho schopnosť udržiavať stabilnú prevádzku oscilátora pri napájacích napätiach od 4,5 V do 16 V ďalej zvyšuje jeho využiteľnosť v rôznych projektoch. Tento integrovaný obvod je naďalej preferovanou voľbou pre mnohé aplikácie vďaka svojej komplexnej dokumentácii, jednoduchému používaniu a spoľahlivému výkonu.

Varianty

Časovač NE555 IC, pôvodne vyvinutý v 70. rokoch minulého storočia, sa v priebehu rokov dočkal mnohých variantov, z ktorých každý bol prispôsobený rôznym aplikáciám a požiadavkám na výkon. Medzi nimi vynikajú modely NE555N a NE555P vďaka identickej konfigurácii vývodov, ktorá zjednodušuje ich zameniteľnosť v rôznych obvodoch bez potreby zásadných úprav

. Hoci všetky IC z rodiny 555 majú rovnaké vývody, nemusia mať rovnaké špecifikácie.

Bipolárne a CMOS verzie

Pôvodne bol NE555 bipolárny integrovaný obvod, ktorý používal tranzistory s bipolárnym prechodom (BJT). Táto verzia, rovnako ako IC NE555, je známa svojím robustným výkonom, ale je menej vhodná pre aplikácie s nízkou spotrebou energie kvôli vyššiemu rozptylu energie a prúdovým špičkám

. Toto obmedzenie viedlo k vývoju CMOS verzií časovača 555, ako sú TI TLC555 a 7555. Varianty CMOS, ktoré využívajú technológiu komplementárnych polovodičov s oxidmi kovov (CMOS), ponúkajú významné výhody vrátane širšej tolerancie napájania, menších požiadaviek na pohon a výrazne nižšieho odberu prúdu v porovnaní s ich bipolárnymi náprotivkami.

Špecifické varianty a ich vlastnosti

1. NE555N a NE555P: Oba tieto varianty majú jednoduchú architektúru, ktorá vyžaduje minimum externých komponentov, čo uľahčuje ich integráciu a odstraňovanie problémov v elektronických obvodoch. Pracujú v širokom rozsahu napájacích napätí (zvyčajne od 4,5 V do 18 V), čo umožňuje kompatibilitu s rôznymi elektronickými systémami a zdrojmi napájania. Okrem toho sú tieto varianty známe svojou robustnosťou a spoľahlivosťou v rôznych prevádzkových podmienkach vrátane teplotných zmien a kolísania napájacieho napätia.
2. NA555, SE555 a NE555: Tieto varianty demonštrujú celý rad prevádzkových charakteristík, ktoré sú rozhodujúce pre navrhovanie obvodov. Napríklad počiatočná chyba časového intervalu meraná pri 25 °C je 1% pre NE555, 1,5% pre SE555 a 0,5% pre NA555. Teplotný koeficient časového intervalu sa tiež líši, pričom pre NE555 je 50 ppm/°C, pre SE555 100 ppm/°C a pre NA555 30 ppm/°C.

Balíky a moderné úpravy

Hoci verzia časovača 555 v kovovej plechovke už nie je k dispozícii, balenie DIP-8 sa naďalej používa. Okrem toho boli zavedené novšie obaly na povrchovú montáž až do veľkosti čipu. Niektorí výrobcovia vytvorili aj zjednodušené varianty na zmenšenie vývodov, ktoré vyhovujú špecifickým potrebám moderných elektronických návrhov. Napriek týmto pokrokom zostáva časovač 555 univerzálnym komponentom, pričom nadšenci si môžu zostaviť vlastné verzie pre jedinečné aplikácie alebo ako učebný projekt.

.

Porovnanie s inými časovačmi

NE555P, vyvinutý spoločnosťou Texas Instruments, je veľmi všestranný a bežne používaný časovač v oblasti elektroniky pre domácich majstrov vďaka svojej kompaktnej veľkosti, cenovej dostupnosti a mnohostrannému využitiu.

. V porovnaní s inými časovacími obvodmi sa NE555P vyznačuje schopnosťou pracovať v rôznych režimoch - monostabilnom, bistabilnom a astabilnom - pričom každý z nich ponúka jedinečné vlastnosti a funkcie, vďaka ktorým je vhodný pre širokú škálu aplikácií. V monostabilnom režime pracuje NE555P ako jednorazový časovač, ktorý po spustení vytvára jeden prúdový impulz. Tento režim sa často používa na generovanie presných časových oneskorení, napríklad na vypnutie LED diódy presne 5 sekúnd po stlačení tlačidla. Naproti tomu jeho astabilný režim umožňuje nepretržitú osciláciu, vďaka čomu je vhodný na generovanie hodinových signálov, frekvenčnej modulácie a signálov šírkovo-pulznej modulácie (PWM) na riadenie motorov. Na druhej strane bistabilný režim sa používa na prepínanie aplikácií, kde je potrebné prepínať výstup medzi dvoma stavmi. Iné časovače, ako napríklad dekádové deliče 4017B a 4020B, ponúkajú rozšírené možnosti časovania, ale často vyžadujú zložitejšie konfigurácie a ďalšie komponenty. Napríklad praktický obvod časovača s reléovým výstupom možno vytvoriť pomocou kombinácie časovača 555 a 14-stupňového deliča 4020B, ktorý umožňuje časové oneskorenie od jednej minúty do 100 minút. Pre ešte dlhšie oneskorenia, až do 20 hodín, možno medzi výstup 555 a vstup 4020B integrovať 4017B, čím sa dosiahne celkový deliaci pomer 81 920. Tieto konfigurácie zdôrazňujú flexibilitu a rozsah časovača 555 v zložitejších konštrukciách časovačov. Okrem toho je NE555P obzvlášť cenený pre svoje jednoduché použitie pri vytváraní základných obvodov časovača, ktoré pozostávajú z obvodu nabíjania rezistor-kondenzátor (RC), komparátora a výstupnej jednotky. Čas nabíjania kondenzátora, riadený rezistorom, je rozhodujúci pri určovaní časových intervalov a táto jednoduchosť z neho robí prístupnú voľbu pre začiatočníkov aj pokročilých používateľov.

Technické obmedzenia

Napriek širokému využitiu a všestrannosti modelu NE555P má určité technické obmedzenia. Jedným z významných obmedzení je, že v niektorých variantoch nie sú na piny vyvedené všetky funkcie, ako napríklad v prípade čipu 558, ktorý je určený predovšetkým pre aplikácie monostabilných multivibrátorov

. Okrem toho, hoci NE555P ponúka spoľahlivý a stabilný výkon, jeho výrobné spracovanie nemusí nevyhnutne zahŕňať testovanie všetkých parametrov. To môže byť dôležité najmä pri aplikáciách, ktoré si vyžadujú presné a vyčerpávajúce testovanie parametrov. Spoločnosť Texas Instruments upozorňuje, že výrobky zodpovedajú špecifikáciám podľa podmienok ich štandardnej záruky a nie všetky parametre sa môžu testovať vo výrobe. Ďalšie obmedzenie súvisí s dostupnými typmi obalov. Model NE555 bol pôvodne navrhnutý s 9-pinovou konfiguráciou, ale neskôr bol prepracovaný na 8-pinové balenie, čo môže ovplyvniť výber konštrukcie a integráciu pre konkrétne aplikácie. V prípade kritických aplikácií sa používateľom odporúča, aby si boli vedomí týchto obmedzení a skontrolovali najnovšie katalógové listy a výrobné údaje, aby získali aktuálne informácie o testovaní parametrov a zhode.

Významné implementácie

Časovač 555, ktorý vynašiel Hans Camenzind v roku 1971 počas spolupráce so spoločnosťou Signetics, sa široko používa v rôznych oblastiach, od komerčných produktov až po amatérske projekty. Pôvodná konštrukcia bola taká robustná a univerzálna, že sa v podstate nezmenila viac ako 40 rokov, čo z nej robí jeden z najdlhšie používaných dizajnov v histórii

. Jedna z prvých a najznámejších implementácií časovača 555 bola v počítači Commodore 64, kde sa používal v aplikáciách na časovanie a riadenie. Okrem počítačov našiel časovač 555 uplatnenie v hračkách a dokonca aj v kozmických lodiach, čo dokazuje jeho spoľahlivosť a všestrannosť v rôznych a náročných prostrediach. Pôvodný časovač 555 s bipolárnou technológiou si nevyžadoval radiačnú ochranu, iba prísne testovanie, aby mohol byť použitý na vesmírne misie. Časovač 555 pracuje v troch základných režimoch: monostabilný (jednorazový), astabilný (oscilátor) a bistabilný (flip-flop), ktoré sú základom jeho širokého spektra aplikácií. Tieto režimy umožňujú použitie časovača 555 v časovaní, generovaní impulzov a oscilačných funkciách v nespočetných obvodoch. Vďaka jednoduchému použitiu, spoľahlivosti a jednoduchosti sa stal základom v elektronickom priemysle, pričom pre varianty ako NE555N a NE555P sú ľahko dostupné podrobné súbory údajov. Hoci moderné komerčné produkty z veľkej časti nahradili časovač 555 konštrukciami SoC (System on a Chip), aby sa znížil počet komponentov a náklady, časovač 555 je v komunite nadšencov stále populárny. Jeho cenová dostupnosť a jednoduchá integrácia do elektronických obvodov z neho robia komponent, ktorý je určený pre nadšencov elektroniky typu "urob si sám". Trvalá popularita časovača 555 svedčí o jeho dômyselnej konštrukcii a ďalekosiahlom vplyve jeho aplikácií.