Lors du développement de dispositifs électroniques, il devient souvent nécessaire de générer des impulsions d'une longueur donnée ou de générer un signal rectangulaire avec une fréquence donnée et un certain rapport longueur/pause. Il ne sera pas difficile pour un concepteur expérimenté de concevoir un tel dispositif sur des éléments numériques séparés, mais il est plus pratique d'utiliser un microcircuit spécialisé à cet effet.
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Qu'est-ce que la puce NE555 et où peut-elle être utilisée
La puce NE555 a été développée dans les années 70 du siècle dernier et est toujours très populaire parmi les professionnels et les amateurs. C'est une minuterie enfermée dans un boîtier à 8 broches.Disponible en versions DIP ou diverses versions de montage en surface (SMD).
Le microcircuit contient deux comparateurs - supérieur et inférieur. A leurs entrées, une tension de référence est formée, égale à 2/3 et 1/3 de la tension d'alimentation. Le diviseur est formé de résistances résistance 5 kOhm. Les comparateurs commandent la bascule RS. Un amplificateur tampon et un commutateur à transistor sont connectés à sa sortie. Chaque comparateur a une entrée libre, il sert à fournir des signaux de commande externes. Le comparateur supérieur se déclenche lorsqu'un niveau haut apparaît et fait passer la sortie du microcircuit à un niveau bas. La "garde" inférieure abaisse la tension en dessous de 1/3 VCC et règle la sortie de la minuterie sur une unité logique.
Les principales caractéristiques de la puce NE555
Les caractéristiques de la minuterie de différents fabricants peuvent différer dans de petites limites, mais personne n'a d'écarts fondamentaux (à l'exception des microcircuits d'origine inconnue, vous pouvez en attendre n'importe quoi):
- La tension d'alimentation est normalement indiquée de +5 à +15 V, bien que les fiches techniques contiennent des limites de 4,5 ... 18 V.
- Le courant de sortie est de 200 mA.
- La tension de sortie est au maximum de VCC moins 1,6 V, mais pas inférieure à 2 V avec une tension d'alimentation de 5 V.
- La consommation de courant à 5 V ne dépasse pas 5 mA, à 15 V - jusqu'à 13 mA.
- L'erreur dans la formation de la durée d'impulsion n'est pas supérieure à 2,25%.
- La fréquence de fonctionnement maximale est de 500 kHz.
Tous les paramètres sont spécifiés pour une température ambiante de +25 °C.
Emplacement et objectif des épingles
Les sorties de minuterie sont disposées en standard, quelle que soit la conception du boîtier - dans l'ordre croissant à partir de la touche dans le sens antihoraire (vu du dessus), de 1 à 8. Chaque sortie a son propre objectif :
- Terre – fil commun d'alimentation de l'appareil.
- TRIGONOMÉTRIE - lorsqu'un niveau bas est appliqué, il démarre le deuxième comparateur (inférieur selon le schéma), une unité logique apparaît à sa sortie, mettant la bascule RS interne à 0. Un circuit RC de temporisation externe lui est connecté. A priorité sur THR.
- DEHORS - sortir. Le niveau haut du signal est légèrement inférieur à la tension d'alimentation, le niveau bas est de 0,25 V.
- RÉINITIALISER - réinitialiser. Indépendamment des signaux sur les autres entrées, s'il y a un niveau bas, il remet la sortie à 0 et désactive la minuterie.
- CTRL - la gestion. Il a toujours un niveau 2/3 de la tension du rail d'alimentation. Ici, vous pouvez appliquer un signal externe et moduler la sortie avec.
- THR - lorsqu'un niveau haut apparaît (plus des 2/3 de l'alimentation), le premier trigger (le plus haut selon le schéma) est mis à 1 et le bascule RS passe à l'état d'unité logique.
- DIS - la décharge du condensateur de mise à l'heure. Lorsqu'un déclencheur de haut niveau apparaît à la sortie, le transistor interne s'ouvre, une décharge rapide se produit. La minuterie est prête pour le prochain cycle de fonctionnement.
- VCC – puissance de sortie. Il peut être alimenté en tension de 5 à 15 V.
Description des modes de fonctionnement de la puce NE555
Bien que l'architecture de la minuterie lui permette d'être utilisée dans une variété de modes, il existe trois modes de fonctionnement typiques pour le NE555.
Vibreur unique (multivibrateur de secours)
Position de départ:
- entrée 2 niveau logique haut ;
- aux entrées R et S du déclencheur - zéros;
- sortie de déclenchement - 1 ;
- le transistor du circuit de décharge est ouvert, le condensateur C est shunté ;
- la sortie 3 est au niveau 0.
Lorsqu'un niveau zéro apparaît à l'entrée 2, le comparateur inférieur passe à 1, basculant la gâchette à 0. Un niveau haut apparaît à la sortie du microcircuit.Dans le même temps, le transistor se ferme, cessant de shunter le condensateur. Il commence à se charger à travers la résistance R. Dès que la tension à ses bornes atteint 2/3 de VCC, le comparateur supérieur fonctionnera, remettra le déclencheur à 1 et la sortie de la minuterie à 0. Le transistor s'allumera et déchargera la capacité . Ainsi, une impulsion positive sera formée à la sortie, dont le début est déterminé par un signal externe à l'entrée 2, et l'achèvement dépend du temps de charge du condensateur, qui est calculé par la formule t=1.1⋅R⋅ C
multivibrateur
A la mise sous tension, le condensateur se décharge, à l'entrée 2 (et 6) 0 logique, à la sortie du temporisateur 1 (ce processus est décrit dans la section précédente). Après avoir chargé la capacité via R1 et R2 au niveau de 2/3 VCC, un niveau haut à l'entrée 6 fera basculer la sortie 3 à zéro et le transistor de décharge s'allumera. Mais le condensateur ne sera pas déchargé directement, mais via R2. En conséquence, le circuit reviendra à sa position d'origine et le cycle se répétera encore et encore. D'après la description du processus, on peut voir que le temps de charge est déterminé par la somme des résistances R1, R2 et la capacité du condensateur, et le temps de décharge est défini par R1 et C. Au lieu de R1 et R2, vous pouvez mettre des résistances variables et contrôler rapidement la fréquence et le rapport cyclique des impulsions. Formules de calcul :
- durée d'impulsion t1=0,693⋅(R1+R2)⋅C ;
- durée de pause t2=0,693⋅R2⋅C ;
- fréquence de répétition des impulsions f=1/(0,693(R1+2⋅R2)⋅C.
Le temps de pause ne peut pas dépasser le temps d'impulsion. Pour contourner cette limitation, les circuits de décharge et de charge sont séparés en incluant une diode dans le circuit (cathode à la broche 6, anode à la broche 7).
Déclencheur de Schmitt
Sur la puce 555, vous pouvez construire un déclencheur de Schmitt.Cet appareil convertit un signal à évolution lente (sinusoïde, dent de scie, etc.) en une onde carrée. Ici, les circuits de temporisation ne sont pas utilisés, le signal est envoyé aux entrées 2 et 6, interconnectées. Lorsque le seuil de 2/3 VCC est atteint, la tension de sortie passe brusquement à 1, lorsqu'elle chute au niveau de 1/3, elle diminue aussi brusquement à zéro. La zone d'ambiguïté est de 1/3 de la tension d'alimentation.
Avantages et inconvénients
Le principal avantage de la puce NE555 est sa facilité d'utilisation - pour construire un circuit, une petite liaison suffit, ce qui se prête bien au calcul. Dans le même temps, le coût de l'appareil est faible.
Le principal inconvénient de la minuterie est la forte dépendance de la durée d'impulsion à la tension d'alimentation. Cela est dû au fait que le condensateur du circuit vibrateur ou multivibrateur unique est chargé via une résistance (ou via deux) et que la borne supérieure de la résistance est connectée au bus d'alimentation. Le courant à travers la résistance est formé par la tension VCC - plus il est élevé, plus le courant est élevé, plus le condensateur se chargera rapidement, plus le comparateur fonctionnera tôt, plus l'intervalle de temps généré sera court. Pour une raison inconnue, ce moment n'est pas dans la documentation technique, mais il est bien connu des développeurs.
Un autre inconvénient du temporisateur est que les tensions de seuil des comparateurs sont constituées par des diviseurs internes et ne sont pas réglables. Cela limite les possibilités d'application du NE555.
Et une autre caractéristique désagréable. En relation avec le schéma push-pull pour la construction de l'étage de sortie, au moment de la commutation (lorsque le transistor supérieur est déjà ouvert et que le transistor inférieur n'est pas encore fermé, ou vice versa) il y a une impulsion de courant traversant. Sa durée est courte, mais elle entraîne un échauffement supplémentaire du microcircuit et génère des parasites dans les circuits de puissance.
Quels sont les analogues
Pendant l'existence de la minuterie, un grand nombre de clones ont été développés et publiés. Ils sont produits par diverses sociétés, mais ils contiennent tous le numéro 555. Parmi les usines produisant des analogues, il existe à la fois des fabricants populaires de composants électroniques et des fabricants inconnus d'Asie du Sud-Est. Si les premiers fournissent les paramètres déclarés, aucune garantie ne doit être attendue des seconds. Les écarts par rapport aux caractéristiques déclarées peuvent être importants.
En URSS, une minuterie similaire KR1006VI1 a été développée. Sa fonctionnalité est exactement la même que celle d'origine, à une exception près : sa sortie 2 est prioritaire sur la sortie 6 (et non l'inverse, comme NE555). Ceci doit être pris en compte lors de la conception des schémas. Et encore une chose: l'indice КР signifie que le microcircuit est produit uniquement dans le boîtier DIP8.
Exemples d'utilisation pratique
Le champ d'application pratique de la minuterie est large ; dans le cadre de cet examen, il ne sera pas possible de couvrir entièrement le sujet. Mais les exemples les plus courants méritent d'être pris en considération.
En mode vibreur unique sur plusieurs microcircuits, il est possible de construire une serrure à code avec une limite de temps pour composer le code. Une autre façon est de l'utiliser comme dispositif de signalisation pour atteindre un niveau seuil (éclairement, niveau de remplissage du réservoir, etc.) en association avec différents capteurs.
En mode multivibrateur (mode astable), la minuterie trouve l'application la plus large. Sur plusieurs temporisateurs, vous pouvez construire un interrupteur de guirlande avec régulation séparée de la fréquence de clignotement, du temps de marche et du temps de pause.Il est possible d'utiliser le NE555 comme base pour un relais temporisé et de former un temps d'enclenchement du consommateur de 1 à 25 secondes. Vous pouvez construire un métronome pour un musicien. C'est le mode puce le plus utilisé, et il est impossible de décrire toutes les applications.
En tant que déclencheur de Schmitt, la minuterie est rarement utilisée. Mais en mode bistable sans éléments de réglage de fréquence, le NE555 sert d'anti-rebond ou d'interrupteur à deux boutons en mode start-stop. En fait, seule la bascule RS intégrée est utilisée. Il est également connu de construire un contrôleur PWM basé sur le temporisateur.
Il existe des collections de circuits qui décrivent diverses applications de la minuterie NE555. Ils décrivent des milliers de façons d'utiliser la puce. Mais même cela peut ne pas suffire à l'esprit curieux du concepteur, et il trouvera une utilisation supplémentaire de la minuterie qui n'a encore été décrite nulle part. Les possibilités prévues par les développeurs du microcircuit le permettent.
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