Создание самого быстрого в мире таймера 555 или использование современной версии микросхемы

Oct 11, 2023

Если вы не знакомы с таймером 555, достаточно сказать, что эта универсальная интегральная схема, вероятно, является самой успешной из когда-либо созданных и использовалась в бесчисленных проектах, многие из которых очень далеки от первоначального замысла. С момента своего появления легендарная модель 555 завоевала расположение как профессиональных дизайнеров, так и любителей, и продолжает использоваться в проектах обоих лагерей. Новые версии микросхемы все еще выпускаются, а дискретные версии создаются ради развлечения — искушение, которому я просто не смог устоять, начав эту статью.

Если вы думаете, что все 555 одинаковы, подумайте еще раз. Сегодня ряд производителей продолжают выпускать 555 в оригинальной биполярной конструкции, а также с КМОП меньшей мощности. Хотя версия в металлическом корпусе больше не доступна, DIP-8 все еще существует, как и новые корпуса для поверхностного монтажа вплоть до масштаба чипа. Некоторые производители также начали создавать упрощенные варианты, чтобы уменьшить количество распиновок. Наконец, вы можете собрать свою собственную версию из нескольких частей, если вам нужно что-то, чего не могут предложить коммерческие предложения, или вы просто хотите развлечься на выходных. В моем случае я придумал, вероятно, самый быстрый 555-й вариант, хотя при этом я не пожалел денег.

Следуйте инструкциям по текущему состоянию модели 555 и, возможно, вдохновитесь на создание чего-то совершенно нового с помощью этой самой универсальной детали.

Первые таймеры 555, NE555V/SE555T от Signetics, были произведены более 47 лет назад. Эта деталь, разработанная Гансом Каменциндом, в конечном итоге продавалась более миллиарда единиц в год и использовалась во всем: от детских игрушек до космических кораблей; Оригинальная биполярная технология 555 не нуждалась в радиационной защите, а только в очень строгих испытаниях для космической квалификации. К сожалению, Ганс скончался в 2012 году, но вы можете услышать несколько аудиоклипов, где он обсуждает 555-й, на сайте Музея транзисторов. В этом интервью он рассказывает, как Signetics решила не патентовать эту конструкцию. В то время в Кремниевой долине царила культура гарантированного взаимного уничтожения интеллектуальной собственности: компании свободно воровали идеи друг у друга, будучи уверенными в том, что первый, кто подаст патентный иск, получит подавляющую реакцию на все свои собственные нарушения. Такая среда позволяла поставлять версии 555 нескольким поставщикам, сохраняя низкие цены и повышая привлекательность детали для дизайнеров.

В журнале Art of Electronics 555 называется набором деталей, и это, пожалуй, лучшее общее описание, которое вы можете придумать. Внутри вы найдете делитель напряжения, создающий опорное напряжение на уровне 1/3 и 2/3 напряжения питания. Один из двух компараторов срабатывает, когда напряжение на выводе TRIGger меньше нижнего опорного напряжения или напряжение на выводе THREShold больше верхнего. Выходы компараторов подключены к цифровой защелке, которую также можно сбросить внешним сигналом активного низкого уровня. Наконец, выходной сигнал защелки управляет выводами OUTput и DISCHarge, причем последний обычно используется для разряда внешнего конденсатора во время высокой части выходного цикла.

Что можно сделать с этими частями? Возможно, наиболее распространенное использование — в качестве нестабильного мультивибратора или RC-релаксационного генератора. В этой роли внешний резистор и конденсатор устанавливают постоянную времени колебаний. Хотя исходная биполярная конструкция имела трудности с генерацией выходных импульсов с рабочим циклом до 50%, варианты КМОП могут справиться с этой проблемой, используя один резистор на выходе обратно к конденсатору. Хотя вы можете сделать аналогичный релаксационный генератор не более чем из инвертора с триггером Шмитта (ST), результирующая точность частоты будет плохой, поскольку уровень гистерезиса на входах ST не очень хорошо контролируется: время будет варьироваться от части к -часть. Используя делитель напряжения и структуру оконного компаратора модели 555, вы получаете лучшую точность и стабильность частоты, а также большую гибкость конструкции.

Однако 555 — это не просто осциллятор. Его также можно использовать в моностабильном (однократном) режиме, генерируя выходной импульс фиксированной ширины в ответ на низкий сигнал на входе TRIGger. В этом режиме подача напряжения на вывод CONTROL позволяет модулировать ширину выходного импульса. Я удивлен, как часто это используется: только на прошлой неделе я получил известие от двух человек, которые обнаружили, что 555-е используются для ШИМ-регулирования яркости светодиодов в коммерческих продуктах. Помимо базовых функций, 555 можно использовать для генераторов временных последовательностей, позиционно-импульсной модуляции, временных задержек, генераторов линейного изменения с добавлением источника тока и множества других приложений.