Özet

Genellikle 555 zamanlayıcı IC olarak adlandırılan NE555P, ilk olarak 1971 yılında İsviçreli mühendis Hans Camenzind tarafından Kaliforniya'da öncü bir yarı iletken şirketi olan Signetics için çalışırken tasarlanmış, yaygın olarak kullanılan ve çok yönlü bir entegre devredir (IC). Basitliği ve uyarlanabilirliği ile tanınan 555 zamanlayıcı, basit zamanlayıcılar ve darbe üretiminden darbe genişlik modülasyonu (PWM) ve osilatör devreleri gibi daha karmaşık görevlere kadar sayısız elektronik uygulamada temel bir bileşen haline gelmiştir. Sağlam performansı ve entegrasyon kolaylığı, hem eğitim hem de profesyonel elektronik ortamlarında temel bir unsur olarak statüsünü sağlamlaştırmıştır. NE555P'nin önemi sadece teknik özelliklerinde değil, aynı zamanda tarihsel etkisinde de yatmaktadır. IC'nin tasarımı, az sayıda harici bileşen gerektiren minimalist bir mimari kullanır ve hem mühendisler hem de hobiciler tarafından kolayca anlaşılmasına ve uygulanmasına olanak tanır. Tipik olarak 4,5V ila 18V arasında bir çalışma voltajı aralığına sahip olan 555 zamanlayıcı, çeşitli güç kaynakları ve elektronik sistemlerle etkileyici bir uyumluluk göstererek geniş bir koşul yelpazesinde güvenilir çalışma sağlar. Dahili konfigürasyonu 25 transistör, 2 diyot ve 15 dirençten oluşur ve zamanlayıcı, osilatör veya flip-flop devresi olarak etkili bir şekilde çalışmasını sağlar. NE555P'nin çok yönlülüğü, üç ana çalışma modu ile daha da örneklendirilmiştir: monostable, astable ve bistable. Tek kararlı modda, IC harici bir tetikleyiciye yanıt olarak tek bir çıkış darbesi üretir ve hassas zaman gecikmeleri gerektiren uygulamalar için uygundur. Astable modu, saat sinyalleri veya tekrarlayan darbeler üretmek için ideal olan sürekli osilasyonu kolaylaştırır. Bistable modu, 555 zamanlayıcının bir tetikleme sinyali alana kadar iki kararlı çıkış durumundan birini korumasını sağlar, geçiş uygulamaları ve temel bellek işlevleri için kullanışlıdır. Bu çalışma modları, 555 zamanlayıcının basit LED yanıp sönmelerinden tüketici elektroniği ve endüstriyel cihazlardaki karmaşık zamanlama devrelerine kadar bir dizi pratik ve yenilikçi uygulamada kullanılmasını sağlamıştır. Elektronik teknolojisindeki gelişmelere rağmen NE555P düşük maliyeti, yaygın kullanılabilirliği ve kanıtlanmış güvenilirliği nedeniyle tercih edilen bir seçenek olmaya devam etmektedir. Mirası, son elli yılda satılan milyarlarca ünite ile vurgulanmaktadır ve mühendislerin, eğitimcilerin ve elektronik meraklılarının araç setinde temel bir araç olmaya devam etmektedir. 555 zamanlayıcı IC'nin kalıcı popülaritesi, ustaca tasarımının ve dünya çapında elektronik devrelerin ve sistemlerin geliştirilmesi üzerindeki derin etkisinin bir kanıtıdır.

Tarih

Genellikle 555 zamanlayıcı IC olarak bilinen NE555P, mucidi Hans Camenzind ile başlayan zengin bir geçmişe sahiptir. İsviçre'de doğan Camenzind, 1968'de Signetics'e geçmeden önce kuru hücre pilleriyle tanınan P. R. Mallory şirketinde çalıştığı Amerika Birleşik Devletleri'ne göç etti

. Signetics, elektroniğin geleceğinin transistörlerden ziyade entegre devrelerde yattığına inanan eski Fairchild mühendisleri tarafından kurulmuştur. 1971 yılında Camenzind, Signetics için sözleşmeli olarak çalışırken 555 zamanlayıcı IC'yi tasarladı. Bu sözleşme Camenzind için oldukça avantajlıydı çünkü ona bir yıl boyunca maaşının yarısını ve gerekli tüm elektronik ekipmana erişim sağladı. Bu ikonik IC, basit zamanlayıcılardan karmaşık darbe oluşturma görevlerine kadar çeşitli uygulamalarda hızla vazgeçilmez hale geldi. 555 zamanlayıcı IC, basitliği ve çok yönlülüğü ile ünlüdür ve yaygın olarak benimsenmesine yol açmıştır. Bugün hala birçok üretici tarafından orijinal bipolar formunda ve düşük güçlü CMOS varyantlarında üretilmektedir. Teknolojinin evrimine rağmen, 555 zamanlayıcı hem eğitim hem de profesyonel ortamlarda temel bir unsur olmaya devam etmekte ve elektronik alanındaki kalıcı etkisini göstermektedir. Hans Camenzind'in katkıları 555 zamanlayıcının ötesine uzanmaktadır. 1969 yılında entegre devrelere faz kilitlemeli döngü konseptini getirerek yenilikçi yeteneğini daha da ortaya koymuştur. Şirketi InterDesign'ı 1977 yılında sattıktan sonra, elektronik tarihini yazmak ve araştırmak da dahil olmak üzere çeşitli ilgi alanlarının peşinden gitti. 2007'de yayınlanan "Much Ado About Almost Nothing" adlı kitabı, elektronik teknolojisinin tarihi ve gelişimine duyduğu derin hayranlığı yansıtmaktadır. Camenzind 8 Ağustos 2012'de vefat etti, ancak mirası her yerde bulunan 555 zamanlayıcı ve elektronik alanına yaptığı sayısız katkı ile yaşamaya devam ediyor.

Tasarım ve Teknik Özellikler

Klasik 555 zamanlayıcı entegre devresinin bir çeşidi olan NE555P, basit bir mimariye ve minimum harici bileşenlere sahiptir, bu da elektronik devrelerde anlaşılmasını, entegre edilmesini ve sorun gidermeyi kolaylaştırır

. 555 zamanlayıcı ilk olarak 1971 yılında Hans Camenzind tarafından Kaliforniya'da bir yarı iletken şirketi olan Signetics'te çalışırken tasarlanmıştır. İlk tasarım 1971 yazında gözden geçirildi ve Camenzind sabit akım kaynağı yerine doğrudan direnç kullanmaya karar verdiğinde önemli bir revizyondan geçti, bu da gerekli pin sayısını 9'dan 8'e düşürdü. Bu tasarım değişikliği, IC'nin 14 pimli bir paket yerine 8 pimli bir pakette paketlenmesine izin vererek kullanımını ve üretimini basitleştirdi. NE555P, tipik olarak 4,5V ila 18V arasında geniş bir besleme gerilimi aralığında çalışır ve bu da onu çok çeşitli elektronik sistemler ve güç kaynakları ile uyumlu hale getirir. Sıcaklık değişimleri ve besleme voltajı dalgalanmaları da dahil olmak üzere çeşitli çalışma koşullarında sağlamlığı ve güvenilirliği ile bilinir. NE555P'nin iç mimarisi 25 transistör, 2 diyot ve 15 direnç içerir, bu da bir zamanlayıcı, osilatör veya flip-flop devresi olarak işlev görmesini sağlar. NE555P'nin en önemli özelliklerinden biri, 200 mA'ya kadar yükleri barındıran akım kaynağı veya bataryası olabilen çıkış devresidir. Bu özellik, basit zamanlama devrelerinden daha karmaşık darbe genişlik modülasyonu (PWM) kontrollerine kadar çeşitli uygulamalar için çok yönlü olmasını sağlar. Çıkış seviyeleri 5V ila 15V besleme aralığında iyi tanımlanmıştır ve 5V ile beslendiğinde TTL girişleriyle sorunsuz bir şekilde hizalanarak diğer dijital bileşenlerle uyumluluk sağlar. NE555P aynı zamanda düşük maliyeti ve yaygın kullanılabilirliği ile hobiciler, öğrenciler ve profesyoneller için erişilebilir olmasıyla da öne çıkmaktadır. Tasarımındaki basitlik ve esneklik, son 50 yılda satılan milyarlarca ünite ile elektronik camiasında bir elyaf haline gelmesini sağlamıştır. Zamanlayıcı, eğitim amaçlı ve servo kontrolörler, oyuncaklar, uzay uygulamaları ve D sınıfı amplifikatörler gibi çeşitli pratik uygulamalar için popüler bir seçim olmaya devam etmektedir.

İşlevsellik

555 zamanlayıcı entegre devresi (IC), elektronikte çok yönlü ve yaygın olarak kullanılan bir bileşendir ve üç farklı modda çalışabilir: monostable, astable ve bistable, her biri benzersiz zamanlama işlevleri sağlar.

Monostabil Mod

Tek kararlı modda, 555 zamanlayıcı harici bir tetikleme sinyaline yanıt olarak tek bir çıkış darbesi üretir. Bu mod genellikle animatronik süslemelerdeki ve motorlu aksesuarlardaki "BENİ DENE" düğmeleri gibi uygulamalarda kullanılır; burada bir düğmeye basıldığında sistem kendini sıfırlamadan önce ışıklar, sesler ve hareket içeren kısa bir animasyon dizisi başlatılır

. Çıkış darbesinin süresi, zamanlayıcıya bağlı harici bir direnç ve kondansatör tarafından belirlenir. Bu işlevsellik, motorlu sahne veya animatroniklerde zamanlanmış hareket aktivasyonu oluşturmak için de kullanışlıdır.

Astable Modu

Astable modu, sürekli osilasyon gerektiğinde kullanılır. Bu modda 555 zamanlayıcı, yüksek ve düşük durumlar arasında değişen sürekli bir kare dalga çıkışı üretir. Zamanlama bileşenleri, iki direnç (R1 ve R2) ve bir kapasitör (C1), yüksek durumun (T_high) ve düşük durumun (T_low) süresini belirler

.

• T_high = 0.
• T_low = 0.
• Toplam süre (T) = 0.
• Frekans (f) = 1 / T = 1. Astable modu özellikle saat darbeleri, ton üretimi ve kararlı ve tutarlı bir kare dalga sinyali gerektiren diğer uygulamalar için kullanışlıdır.

Bistable Modu

Flip-flop modu olarak da bilinen iki durumlu mod, 555 zamanlayıcının bir tetikleme veya sıfırlama darbesi alana kadar iki kararlı çıkış durumundan birini (yüksek veya düşük) korumasını sağlar. Bu konfigürasyonda, 555 zamanlayıcı zamanlama kapasitörleri olmadan çalışır, tetikleme (pin 2) ve sıfırlama (pin 4) girişlerindeki sinyallere göre çıkış durumunu değiştirir

. Bu mod, cihazları açıp kapatmak için manuel veya tetiklemeli bir kontrolün gerekli olduğu anahtarların debouncing'i ve temel bellek birimlerinin oluşturulması gibi uygulamalar için değerlidir. 555 zamanlayıcının dahili devresi, tanımlayıcı bir özellik olan ve adına katkıda bulunan voltaj bölücü ağında üç adet 5K direnç içerir. Ek olarak, IC diğer bileşenlerin yanı sıra iki karşılaştırıcı, bir flip-flop, bir deşarj transistörü ve bir çıkış aşaması içerir.

Uygulamalar

Texas Instruments'ın NE555P zamanlayıcı IC'si, çeşitli elektronik uygulamalarda yaygın olarak kullanılan çok yönlü bir bileşendir. Standartlaştırılmış pin konfigürasyonları ve ayrıntılı veri sayfaları, elektronik devrelere entegre edilmesini kolaylaştırarak kullanım kolaylığını artırır

. Bu IC, güvenilirliği ve kararlı çalışması nedeniyle hem hobi projelerinde hem de ticari uygulamalarda çok sayıda kullanılmaktadır. NE555P genellikle çok çeşitli pratik projelere uygulanabilen zamanlama işlevlerinde kullanılır. Örneğin, küçük hoparlörleri çalıştırabilen düşük güçlü ses amplifikatörlerinin, piyano seslerini taklit eden oyuncak org devrelerinin ve saniyeleri saymak için dijital kronometre devrelerinin yapımında kullanılır. Ayrıca NE555P, elektronik meraklıları arasında popüler olan 3x3x3 LED küp devrelerinin ve basit LED yanıp sönme devrelerinin oluşturulmasında önemli bir bileşendir. Ayrıca NE555P, ev aletleri için IR uzaktan kumanda anahtarları, kızılötesi sensörler kullanarak engelleri algılayan araba park koruma devreleri ve ayarlanabilir aydınlatma çözümleri için PWM LED dimmerler gibi daha sofistike uygulamalarda bulunabilir. Çok yönlülüğü, RF uzaktan kumanda özelliklerine sahip programlanabilir açma-kapama zamanlayıcıları ve otoyollar için hız kontrol cihazları dahil olmak üzere endüstriyel kullanımlara kadar uzanır. NE555P'nin çeşitli güç kaynaklarına uyarlanabilirliği ve 4,5V ila 16V arasında değişen besleme voltajları ile kararlı bir osilatör çalışmasını sürdürme yeteneği, farklı projelerdeki kullanımını daha da artırır. Bu IC, kapsamlı dokümantasyonu, kullanım kolaylığı ve güvenilir performansı sayesinde birçok uygulama için tercih edilen bir seçenek olmaya devam etmektedir.

Varyantlar

İlk olarak 1970'lerde geliştirilen NE555 zamanlayıcı IC, yıllar içinde her biri farklı uygulamalara ve performans gereksinimlerine göre uyarlanmış çok sayıda varyant görmüştür. Bunlar arasında NE555N ve NE555P, önemli değişiklikler gerektirmeden çeşitli devrelerde değiştirilebilirliklerini kolaylaştıran özdeş pin konfigürasyonları nedeniyle öne çıkmaktadır

. 555 ailesindeki tüm IC'ler aynı pinout'u paylaşırken, aynı özellikleri paylaşmaları gerekmez.

Bipolar ve CMOS Versiyonları

Başlangıçta NE555, bipolar bağlantı transistörleri (BJT'ler) kullanan bipolar bir IC idi. Bu versiyon, NE555 IC gibi, sağlam performansıyla bilinir, ancak daha yüksek güç dağılımı ve akım ani yükselmeleri nedeniyle düşük güçlü uygulamalar için daha az uygundur

. Bu sınırlama, 555 zamanlayıcının TI TLC555 ve 7555 gibi CMOS versiyonlarının geliştirilmesine yol açmıştır. Tamamlayıcı metal-oksit-yarı iletken (CMOS) teknolojisini kullanan CMOS varyantları, bipolar muadillerine kıyasla daha geniş güç kaynağı toleransı, azaltılmış sürücü gereksinimleri ve önemli ölçüde daha düşük akım çekimi gibi önemli avantajlar sunar.

Spesifik Varyantlar ve Özellikleri

1. NE555N ve NE555P: Bu varyantların her ikisi de minimum harici bileşen gerektiren basit bir mimariye sahiptir, bu da elektronik devrelere entegre edilmelerini ve sorun gidermelerini kolaylaştırır. Geniş bir besleme gerilimi aralığında (tipik olarak 4,5V ila 18V) çalışırlar, bu da çeşitli elektronik sistemler ve güç kaynakları ile uyumluluk sağlar. Ayrıca, bu varyantlar sıcaklık değişimleri ve besleme voltajı dalgalanmaları dahil olmak üzere çeşitli çalışma koşulları altında sağlamlıkları ve güvenilirlikleri ile bilinir.
2. NA555, SE555 ve NE555: Bu varyantlar, devre tasarımı için çok önemli olan bir dizi çalışma özelliği gösterir. Örneğin, 25°C'de ölçülen zamanlama aralığının başlangıç hatası NE555 için 1%, SE555 için 1,5% ve NA555 için 0,5%'dir. Zamanlama aralığının sıcaklık katsayısı da NE555'te 50 ppm/°C, SE555'te 100 ppm/°C ve NA555'te 30 ppm/°C olacak şekilde değişir.

Paketler ve Modern Uyarlamalar

555 zamanlayıcının metal kutu versiyonu artık mevcut olmasa da, DIP-8 paketi kullanımda kalmaya devam etmektedir. Ayrıca, çip ölçeğine kadar inen daha yeni yüzey montajlı paketler de piyasaya sürülmüştür. Bazı üreticiler, modern elektronik tasarımların özel ihtiyaçlarını karşılamak üzere pin çıkışını azaltmak için basitleştirilmiş varyantlar da yaratmıştır. Bu gelişmelere rağmen 555 zamanlayıcı, meraklıların benzersiz uygulamalar için veya bir öğrenme projesi olarak özel versiyonları bir araya getirme seçeneğiyle çok yönlü bir bileşen olmaya devam etmektedir

.

Diğer Zamanlayıcılarla Karşılaştırma

Texas Instruments tarafından geliştirilen NE555P, kompakt boyutu, uygun fiyatı ve çok yönlü uygulamaları nedeniyle DIY elektronik alanında çok yönlü ve yaygın olarak kullanılan bir zamanlayıcıdır

. Diğer zamanlayıcı devreleriyle karşılaştırıldığında NE555P, çeşitli modlarda (tek kararlı, iki kararlı ve astable) çalışabilme özelliğiyle öne çıkar; her biri, onu çok çeşitli uygulamalar için uygun kılan benzersiz özellikler ve işlevler sunar. Tek kararlı modda NE555P, tetiklendiğinde tek bir akım darbesi üreten tek atımlı bir zamanlayıcı olarak çalışır. Bu mod genellikle bir düğmeye basıldıktan tam 5 saniye sonra bir LED'i kapatmak gibi hassas zaman gecikmeleri oluşturmak için kullanılır. Buna karşılık, astable modu sürekli salınıma izin vererek saat sinyalleri, frekans modülasyonu ve motor kontrolü için darbe genişliği modülasyonu (PWM) sinyalleri üretmek için uygun hale getirir. Bistable modu ise çıkışın iki durum arasında geçiş yapması gereken toggling uygulamaları için kullanılır. 4017B ve 4020B onluk bölücüler gibi diğer zamanlayıcılar, genişletilmiş zamanlama özellikleri sunar, ancak genellikle daha karmaşık yapılandırmalar ve ek bileşenler gerektirir. Örneğin, 555 zamanlayıcı ve 4020B 14 kademeli bölücü kombinasyonu kullanılarak pratik bir röle çıkışlı zamanlayıcı devresi oluşturulabilir ve bir dakika ile 100 dakika arasında değişen zaman gecikmeleri sağlanabilir. Daha da uzun gecikmeler için, 20 saate kadar, 4017B, 555'in çıkışı ile 4020B'nin girişi arasına entegre edilerek 81.920'lik bir genel bölme oranı elde edilebilir. Bu konfigürasyonlar, 555 zamanlayıcının daha ayrıntılı zamanlayıcı tasarımlarındaki esnekliğini ve aralığını vurgulamaktadır. Ayrıca NE555P, bir direnç-kapasitör (RC) şarj devresi, bir karşılaştırıcı ve bir çıkış biriminden oluşan temel zamanlayıcı devrelerinin oluşturulmasında kullanım kolaylığı nedeniyle özellikle değerlidir. Direnç tarafından kontrol edilen kapasitörün şarj süresi, zamanlama aralıklarının belirlenmesinde kritik öneme sahiptir ve bu basitlik, onu hem yeni başlayanlar hem de ileri düzey kullanıcılar için erişilebilir bir seçim haline getirir.

Teknik Sınırlamalar

NE555P'nin yaygın kullanımına ve çok yönlülüğüne rağmen, bazı teknik sınırlamalarla birlikte gelir. Dikkate değer bir sınırlama, öncelikle monostable multivibratör uygulamaları için tasarlanmış olan 558 çip gibi bazı varyantlarda tüm işlevlerin pinlere getirilmemesidir

. Ayrıca NE555P güvenilir ve istikrarlı bir performans sunarken, üretim sürecinde tüm parametrelerin test edilmesi gerekmez. Bu durum, hassas ve kapsamlı parametre testi gerektiren uygulamalar için özellikle önemli olabilir. Texas Instruments, ürünlerin standart garanti şartlarına göre spesifikasyonlara uygun olduğunu ve üretimde tüm parametrelerin test edilemeyebileceğini belirtmektedir. Bir başka sınırlama da mevcut paket tipleriyle ilgilidir. NE555 başlangıçta 9 pinli bir konfigürasyonla tasarlanmıştı ancak daha sonra 8 pinli bir pakete revize edildi, bu da belirli uygulamalar için tasarım seçimlerini ve entegrasyonu etkileyebilir. Kritik uygulamalar için, kullanıcıların bu kısıtlamaların farkında olmaları ve parametre testi ve uyumluluk hakkında güncel bilgiler için en son veri sayfalarını ve üretim verilerini kontrol etmeleri önerilir.

Kayda Değer Uygulamalar

Hans Camenzind tarafından 1971 yılında Signetics ile çalışırken icat edilen 555 zamanlayıcı, ticari ürünlerden hobi projelerine kadar çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanıldı. İlk tasarım o kadar sağlam ve çok yönlüdür ki 40 yılı aşkın bir süredir büyük ölçüde değişmeden kalmış ve tarihteki en uzun soluklu tasarımlardan biri haline gelmiştir

. En eski ve en ünlü 555 zamanlayıcı uygulamalarından biri Commodore 64 bilgisayarında zamanlama ve kontrol uygulamalarında kullanılmıştır. Bilgisayarın ötesinde, 555 zamanlayıcı oyuncaklarda ve hatta uzay araçlarında uygulama alanı bulmuş, farklı ve zorlu ortamlarda güvenilirliğini ve çok yönlülüğünü göstermiştir. Orijinal bipolar teknolojili 555, uzay görevlerine uygun hale gelmek için radyasyon sertleştirmesi gerektirmiyordu, sadece sıkı testlerden geçiriliyordu. 555 zamanlayıcı üç ana modda çalışır: monostable (tek vuruşlu), astable (osilatör) ve bistable (flip-flop), geniş uygulama yelpazesinin temelini oluşturur. Bu modlar, 555 zamanlayıcının sayısız devrede zamanlama, darbe üretimi ve osilasyon işlevlerinde kullanılmasına olanak tanır. Kullanım kolaylığı, güvenilirliği ve basitliği, NE555N ve NE555P gibi varyantlar için hazır bulunan ayrıntılı veri sayfaları ile elektronik endüstrisinde bir elyaf haline getirmiştir. Modern ticari ürünler, bileşen sayısını ve maliyeti azaltmak için 555 zamanlayıcıyı büyük ölçüde Çip Üzerinde Sistem (SoC) tasarımlarıyla değiştirmiş olsa da, 555 zamanlayıcı hobi topluluğunda popüler olmaya devam etmektedir. Uygun fiyatlı olması ve elektronik devrelere kolayca entegre edilebilmesi, onu DIY elektronik meraklıları için vazgeçilmez bir bileşen haline getirmektedir. 555 zamanlayıcının kalıcı popülaritesi, ustaca tasarımının ve uygulamalarının geniş kapsamlı etkisinin bir kanıtıdır.