NE555

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555 - circuito integrado , temporizador universal - un dispositivo para la formación (generación) de pulsos únicos y repetitivos con características temporales estables. Lanzado por primera vez en 1971 por Signetics bajo la designación NE555 . Los equivalentes funcionales del NE555 original están disponibles en una variedad de opciones bipolares y CMOS. La versión doble del 555 se produce bajo la designación 556, el quad, bajo la designación 558.

Es un flip-flop RS asíncrono con umbrales de entrada específicos, comparadores analógicos definidos con precisión y un divisor de voltaje incorporado .

Se utiliza para construir varios generadores, moduladores , relés de tiempo , dispositivos de umbral y otros componentes de equipos electrónicos. Como ejemplos del uso de un chip temporizador, se pueden indicar las funciones de restauración de una señal digital distorsionada en líneas de comunicación, filtros de rebote , reguladores de dos posiciones en sistemas de control automático , convertidores de tensión de pulso, dispositivos de regulación de ancho de pulso, temporizadores, etc. .

Historia del desarrollo y modificación

En el verano de 1970, Estados Unidos estaba en una crisis económica. La empresa de microelectrónica Signetics recortó la mitad de su personal. Entre los despedidos estaba Hans Camenzind , un ingeniero de circuitos que desarrolló chips PLL en Signetics . Camenzind continuó trabajando en circuitos analógicos en su garaje. Primero, depuró el circuito VCO integrado con una frecuencia que no dependía del voltaje de suministro. El circuito PLL, lanzado más tarde con el nombre NE566, contenía todos los componentes básicos del futuro temporizador 555: un divisor de voltaje, comparadores, un flip-flop y un interruptor analógico [1] . Generaba oscilaciones de forma triangular, cuya amplitud se establecía mediante un divisor interno, y la frecuencia se establecía mediante un circuito RC externo de configuración de frecuencia .

Kamenzind logró vender el desarrollo a un ex empleador y luego se ofreció a modificar el IS 566, convirtiéndolo en un multivibrador en espera , un generador de pulso único. La idea encontró resistencia: los opositores creían que un temporizador integrado barato socavaría el mercado establecido de amplificadores operacionales y diodos zener , y solo gracias a la intervención del jefe de ventas Art Fury, el proyecto fue aprobado. Fury y se le ocurrió el nombre NE555 (NE - el prefijo Sig ne tics) [2] . Durante mucho tiempo, Kamenzind no pudo empaquetar el circuito en un paquete barato de ocho pines: el 556 modificado resultó ser de nueve pines. La solución fue reemplazar el generador de corriente estable incorporado, que cargaba el capacitor de ajuste de tiempo, con una resistencia convencional. En el chip VCO, tal reemplazo era inaceptable, en el chip temporizador resultó estar justificado. Tomó otros cinco meses preparar el esquema depurado en el diseño para la producción. Durante este tiempo, los empleados de Signetics, que se dirigieron a la competencia junto con el desarrollo de Camenzind, lograron lanzarlo en una serie, pero con el inicio de las ventas del NE555 real, abandonaron este proyecto. Ante la insistencia de Fury, el NE555 se vendió a un precio inicial sin precedentes de 75 centavos para su época: en 1971, ninguno de los competidores estaba listo para competir en tal marca [3] . El microcircuito contenía 23 transistores, 16 resistencias y 2 diodos [4] .

A medida que la producción se volvió más barata, el 555 también fue dominado por los competidores. Los análogos rusos de los temporizadores tipo 555 son KR1006VI1, KR1008VI1 y KR1087VI2. KR1087VI3 - temporizador dual (analógico 556); KR1087VI1 - temporizador cuádruple (similar al 558). Cabe señalar que el temporizador KR1006VI1, en su lógica de funcionamiento, tiene una diferencia con el prototipo NE555, a saber, la entrada de parada R del microcircuito doméstico tiene prioridad sobre la entrada de inicio S, mientras que otros microcircuitos tienen lo contrario. Esta circunstancia no se refleja en la documentación oficial del chip KR1006VI1 y, por lo tanto, a menudo causaba problemas a los radioaficionados sin experiencia. Afortunadamente, en la mayoría de los diseños de temporizadores, las prioridades de las entradas R y S no importan. También se producen varias modificaciones rentables del temporizador utilizando la tecnología CMOS, por ejemplo, estos son los microcircuitos ICM7555IPA, GLC555 y su análogo doméstico KR1441VI1. La primera versión CMOS comenzó a producirse en la década de 1970 en Intersil [5] .

Descripción y principales parámetros del esquema

El microcircuito consta de un divisor de voltaje con dos voltajes de referencia para comparación, dos comparadores de precisión (niveles bajo y alto), un flip-flop RS con una entrada de reinicio adicional, un interruptor de transistor de colector abierto y un amplificador de potencia de salida para aumentar la capacidad de carga .

El voltaje de suministro nominal de la versión básica del microcircuito puede estar en el rango de 4.5 ... 16.5 V. Algunas modificaciones son operables hasta 18 V. Las versiones CMOS se distinguen por la capacidad de trabajar con un voltaje de suministro reducido (desde 2 V).

La corriente consumida por el microcircuito puede llegar a 6 ... 15 mA dependiendo de la tensión de alimentación (6 mA a V CC = 5 V y 15 mA a V CC = 15 V). El consumo típico es menor y suele ser de 3…10 mA en estado bajo y de 2…9 mA en estado alto. El consumo actual de las versiones CMOS del temporizador no supera los cientos de microamperios.

La corriente de salida máxima para las versiones domésticas KR1006VI1 y CMOS del temporizador es de 100 mA. La mayoría de los análogos extranjeros producidos actualmente con tecnología bipolar permiten una corriente de salida de hasta 200 mA o más.

Características y desventajas

El circuito aplicado de un divisor de voltaje interno no conmutable en la entrada del comparador ternario hace que sea imposible establecer de forma independiente los voltajes de comparación de los comparadores superior e inferior, lo que reduce el área de posible aplicación del microcircuito. En estos casos, puede usar un chip comparador dual con dos elementos lógicos 3I-NOT integrados para construir un flip-flop RS NE521 [6] .

Las desventajas del temporizador bipolar también incluyen un consumo significativo de corriente de pulso (hasta 300-400 mA) en el momento de cambiar el temporizador. Esta corriente es causada por las corrientes de paso de la etapa de salida del microcircuito. Esta característica está asociada a la recomendación de conectar un condensador de bloqueo de 0,01 ... 0,1 μF entre el pin 5 ("control del divisor") y el negativo de la fuente de alimentación. Protege el divisor interno del microcircuito de la interferencia inducida en el circuito de alimentación en el momento de cambiar el temporizador, lo que elimina la inestabilidad de su inicio y aumenta la confiabilidad general del circuito. Para fines similares, se recomienda derivar el microcircuito a lo largo del circuito de alimentación con un condensador cerámico de 1 μF, que se encuentra muy cerca del microcircuito. Cabe señalar que esta desventaja prácticamente se elimina en las versiones CMOS del temporizador, por lo que generalmente no se requiere el uso de condensadores adicionales con ellos.

La ubicación de las conclusiones y la designación en los diagramas

El NE555 suele estar disponible en paquetes PDIP8 y SO8, pero también hay otras opciones de paquetes disponibles. En los diagramas, generalmente se indica como un rectángulo con la inscripción "G1 / GN", que representa un generador especializado que se usa para formar pulsos únicos o series de pulsos. El pinout es estándar para todos los mismos tipos de microcircuitos:

Número de pin NE555	Número de pin NE556	Designacion	Designación alternativa _	Objetivo	Descripción
una	7	TIERRA	-T	General	Cable común, menos potencia
2	6 / 8	TRIGONOMETRÍA	S	lanzar	Cuando el voltaje en este pin cae por debajo de 1/3 de VCC, la salida sube y comienza el tiempo.
3	5 / 9	AFUERA	Q o sin designación	Salida	Este pin genera uno de dos voltajes, aproximadamente correspondiente a GND y V CC - 1.5 V, dependiendo del estado del temporizador.
cuatro	4/10	REINICIAR	mi	Restablecer (permiso de lanzamiento)	Cuando se aplica un voltaje de menos de 0,7 V a esta entrada, la salida del microcircuito se ve obligada a bajar (cambia a GND). Esto sucede independientemente del estado de las otras entradas, es decir, esta entrada tiene la prioridad más alta. En otras palabras, un nivel de voltaje alto en esta entrada (más de 0,7 V) permite que el temporizador se inicie, de lo contrario, se deshabilita el inicio.
5	3/11	CONTROL	TU _	Control (control del divisor)	Conectado directamente al divisor de voltaje interno. En ausencia de señal externa, tiene una tensión de 2/3 de V CC . Define los umbrales de inicio y fin.
6	2/12	THR	R	Deténgase	Cuando el voltaje en este pin excede el voltaje en el pin CTRL, la salida baja y el intervalo termina. La parada es posible si la entrada TRIG no recibe una señal de inicio, ya que la entrada TRIG tiene prioridad sobre THR (excepto el microcircuito KR1006VI1).
7	1/13	DIS	◊ o ¤<	Descarga	Una salida de colector abierto , normalmente utilizada para descargar un condensador de temporización entre intervalos. Los estados de esta salida repiten los estados de la salida principal OUT, por lo que es posible conectarlos en paralelo para aumentar la capacidad de carga del temporizador en función de la corriente de entrada.
ocho	catorce	CCV _	+u	Alimento	Además de comida. 4,5…18 V.

Modos de funcionamiento del NE555

Gatillo Schmitt de precisión

Cuando se ingresan las entradas THRES y TRIG conectadas, el NE555 funcionará como un disparador Schmitt de precisión inversor . El valor de histéresis está determinado por el divisor integrado y es igual a un tercio de la tensión de alimentación.

Vibrador individual

Un pulso de entrada de bajo nivel en la entrada INPUT hace que el temporizador cambie al modo de temporización (SALIDA alta ) durante un período de tiempo específico y luego el temporizador vuelve a un estado estable (SALIDA baja). Vale la pena señalar dos hechos: $t = 1.1\cdot R\cdot C$

La aparición de un nivel bajo en la entrada RESET cambia el temporizador a un estado estable y transfiere la salida de SALIDA a un nivel bajo.
Mientras la ENTRADA permanezca baja, la SALIDA siempre será alta.

Multivibrador

El voltaje en la salida SALIDA cambia periódicamente , se generan bajo período Frecuencia de,
Duración de nivel alto, descritos por las siguientes ecuaciones:pulsos $t_{1}=\ln 2\cdot (R_{1}+R_{2})\cdot C$
$t_{2}=\ln 2\cdot R_{2}\cdot C$
$T=\ln 2\cdot (R_{1}+2R_{2})\cdot C$
${\displaystyle f={\frac {1}{T}}=1/({\ln 2\cdot (R_{1}+2\cdot R_{2})\cdot C)))$
$R_{1}$ $R_{2}$ $C$

t_{1}\aprox. 0,693\cdot 7000\cdot 0,000047\aprox. 0,228

Con

t_{2}\aprox. 0,693\cdot 2000\cdot 0,000047\aprox. 0,0651

Con

T\aprox. 0,693\cdot 9000\cdot 0,000047\aprox. 0,293

Con

f\aprox. {\frac {1,44}{9000\cdot 0,000047}}\aprox. 3,41

Si la duración requerida del nivel bajo es mayor que la duración del nivel alto (el ciclo de trabajo es mayor que 2), es necesario complementar el circuito anterior con un diodo , cuyo ánodo está conectado al pin 7, y el cátodo al pin 6 del chip NE555. En este caso, el condensador C se cargará a través de la resistencia R1 (y el diodo cortocircuitará R2) y la duración del nivel alto estará determinada por la fórmula Al descargarse , la corriente fluirá desde el condensador C a través de la resistencia R2 hacia pin 7 del microcircuito - DESCARGA, solo diseñado para descargar el capacitor. La resistencia R1 Frecuencia completoperíodono está involucrada en la descarga y, en consecuencia, la duración del nivel bajo será: del ciclo de trabajo en el rango de 1 ... 99% Por ejemplo, cuando
$t_{1}=\ln 2\cdot R_{1}\cdot C\approx 0,693\cdot R_{1}\cdot C$

$t_{2}=\ln 2\cdot R_{2}\cdot C\approx 0,693\cdot R_{2}\cdot C$
$T=\ln 2\cdot (R_{1}+R_{2})\cdot C\approx 0.693\cdot (R_{1}+R_{2})\cdot C$
$f=1/({\ln 2\cdot (R_{1}+R_{2})\cdot C})$

R_{1}

\u003d 2,5 kOhm \u003d 2500 Ohm, \u003d 7,5 kOhm \u003d 7500 Ohm, \u003d 147 uF \u003d 0,000147 F tenemos:

R_{2}

C

t_{1}\aprox. 0,693\cdot 2500\cdot 0,000147\aprox. 0,254

Con

t_{2}\aprox. 0,693\cdot 7500\cdot 0,000147\aprox. 0,764

Con

T\aprox. 0,693\cdot 10000\cdot 0,000147\aprox. 1,019

Con

f\aprox. {\frac {1}{0,6931472\cdot 10000\cdot 0,000147}}\aprox. 0,981

Notas

↑ Camenzind, 2005 , pág. 11-1.
↑ Camenzind, 2005 , págs. 11-2,11-3.
↑ Camenzind, 2005 , pág. 11-3.
↑ Brian Santo . Signetics NE555 Timer (1971) , 25 microchips que estremecieron al mundo , IEEE Spectrum (1 de mayo de 2009). Archivado desde el original el 30 de marzo de 2014. Consultado el 9 de diciembre de 2015.
↑ Camenzind, 2005 , pág. 11-7.
↑ Amplificador de detección/comparador de doble diferencial de alta velocidad NE521 . Consultado el 15 de agosto de 2016. Archivado desde el original el 22 de agosto de 2016. (indefinido)

Fuentes

Camenzind, H. Diseño de circuitos analógicos. - Virtualbookworm Publishing, 2005. - 244 p. — ISBN 9781589397187 .
Evseev A. N. Dispositivos electrónicos para el hogar. - M. : Radio, 1994. - 144 p.
Gavrilov K. Aplicación del chip KR1441VI1: Radio. - 2011. - Nº 6 . - S. s. 34-36 .

Enlaces

KR1006VI1
Análisis y síntesis de un circuito 555 en modo multivibrador astable - calculadora en línea (enlace inaccesible)