Майк Тули - Справочное пособие по цифровой электронике

Упрощенная схема таймера 555 приведена на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Упрощенное внутреннее устройство таймера 555.

По существу, таймер состоит из двух операционных усилителей, используемых в качестве компараторов, и RS-триггера. Кроме того, предусмотрен инвертирующий выходной буфер, обеспечивающий достаточно высокую нагрузочную способность. Для быстрого разряда внешнего времязадающего конденсатора имеется транзисторный ключ TR1.

На рис. 4.3 показано включение стандартного таймера 555 в качестве астабильного генератора импульсов.

Рис. 4.3. Астабильная конфигурация таймера 555 .

Предположим, что на Выходе (контакт 3 ) первоначально действует напряжение высокого уровня и транзистор выключен. Тогда конденсатор С начнет заряжаться от источника питания через резисторы R1 и R2.

Когда напряжение на входе Порог (контакт 6 ) превысит две трети напряжения питания, состояние на входе верхнего компаратора изменится, RC-триггер сбросится (0) и на выходе Q¯ появится напряжение высокого уровня, которое включает транзистор TR1. Из-за наличия инвертирующего буфера на Выходе (контакт 3 ) формируется напряжение низкого уровня.

Теперь конденсатор С будет разряжаться током, который протекает через резистор R2 и транзистор TR1.

Через некоторое время напряжение на входе Запуск (контакт 2 ) уменьшится до одной трети напряжения источника питания и нижний компаратор изменит свое состояние, возвратив триггер в исходное состояние (1). На выходе Q¯ образом, весь цикл работы таймера повторяется непрерывно.

Форма выходного сигнала схемы, показанной на рис. 4.3, аналогична сигналу на рис. 4.1. Основные параметры генератора рассчитываются следующим образом:

Для получения симметричного прямоугольного сигнала следует выбрать резистор R2 намного больше R1.

На рис. 4.4 показан стандартный таймер 555, работающий в моностабильном режиме. Для получения выходного импульса на входного импульса на вход Запуск подается спадающий

Рис. 4.4. Моностабильная конфигурация таймера 555 .

Запуск подается спадающий фронт, т. е. осуществляется переход от 1 к 0. Когда действует этот сигнал и запускающее входное напряжение уменьшается ниже одной трети напряжения питания, на выходе нижнего компаратора появляется напряжение высокого уровня и триггер переводится в состояние 1. На выходе Q¯ триггера формируется напряжение низкого уровня, транзистор TR1 выключается, и на выходе схемы (контакт 3 ) появляется напряжение высокого уровня.

После этого конденсатор С заряжается от источника питания через резистор R до тех пор, пока напряжение Порога не достигнет двух третей напряжения питания. В этот момент напряжение на выходе верхнего компаратора изменяется и триггер сбрасывается. На его выходе Q¯ оказывается напряжение высокого уровня, транзистор TR1 включается, а на выходе (контакт 3 ) формируется напряжение низкого уровня. Следовательно, схема переводится в пассивное состояние и ожидает следующего запускающего импульса.

Для этого режима справедливы следующие расчетные соотношения:

временной интервал, в течение которого на выходе действует напряжение высокого уровня, t= 1,1 x RС;

рекомендуемая ширина запускающего импульса t зап < t вкл/4.

Стандартный таймер 555 выпускается в 8-контактном корпусе типа DIP (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Разводка контактов одиночного таймера 555

Диапазон рабочего напряжения питания составляет от 4,5 до 15 В. Он перекрывает обычный диапазон TTЛ-схем, поэтому таймер может работать вместе с ними. Выпускаются также и другие разновидности стандартного таймера 555.

Маломощный КМОП-таймер 555 (например, ICM7555IPA). Эта микросхема является аналогом стандартного таймера, но изготавливается по КМОП-технологии. Благодаря этому расширяется диапазон напряжения питания (от 2 до 18 В) и уменьшается потребляемый ток (120 мкА при питании 18 В). Несмотря на то что выходная нагрузочная способность микросхемы уменьшается, все же допускается подключать к схеме до двух стандартных ТТЛ-нагрузок.

Сдвоенный таймер 555 (например, NE556A). Это просто сдвоенный вариант стандартной микросхемы 555, выпускаемый в 14-контактном корпусе (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Разводка контактов сдвоенного таймера 555

Оба таймера можно использовать независимо друг от друга; они обладают такими же электрическими характеристиками, как и стандартный таймер 555.

Маломощный сдвоенный таймер (например, ICM7556IPA). Микросхема представляет собой сдвоенный вариант КМОП-таймера 555 и оформлена в 14-контактном корпусе, так же как и приведенная на рис. 4.6. Оба таймера автономны и обладают электрическими характеристиками, аналогичными КМОП-таймеру 555.

Определить неисправности в схемах с таймерами довольно просто. Прежде всего требуется выяснить, в каком режиме (астабильном или моностабильном) работает таймер. Затем следует сделать обоснованное предположение о длительности выходного импульса. При этом можно воспользоваться приведенными выше соотношениями либо номограммами, приведенными на рис. 4.7 и 4.8.

Рис. 4.7. Номограмма для определения частоты импульсов таймера 555в астабильном режиме. При С= 0,22мкФ и R = R1= R2= 10 кОм частота составляет около 400 кГц.

Рис. 4.8. Номограмма для определения ширины импульса таймера 555в моностабильном режиме. При С= 0,1 мкФ и R =47 кОм ширина импульса составляет около 5 мс.

Выходное состояние таймера (сигнал на контакте 3 , см. рис. 4.6) определяется с помощью логического пробника (схема самодельного пробника дана в приложении 2 ) или осциллографа, если, конечно, он есть. В астабильном режиме логический пробник при касании его зондом контакта 3 стандартного таймера должен показать наличие непрерывной импульсной последовательности (индикация светодиодами логических 0 и 1). По относительной яркости свечения светодиодов можно даже грубо оценить коэффициент заполнения импульсов.