Integrovaný obvod NE555 je analogový obvod, který byl poprvé uveden do prodeje v roce 1971 firmou Signetics (pokud se chcete dozvědět více informací o vzniku a historii tohoto obvodu, na stránkách semiconductormuseum.com je anglicky psaný rozhovor s tvůrcem obvodu Hansem Camenzindem).
Od dob svého uvedení se stal velmi oblíbený a dodnes se používá. Jeho vnitřní zapojení se téměř nezměnilo, pouze vznikly různé varianty (například klasická varianta v pouzdru DIL8, SMD verze v pouzdru SO8, případně více obvodů v jednom pouzdru NE556, a mnoho dalších). Díky jeho popularitě je i cena velmi příjemná — jednotky korun — a dá se běžně koupit v prodejnách s elektronickými součástkami.
NE555 je pro svou jednoduchost a univerzálnost vhodný pro začátečníky. S jeho pomocí se totiž dají sestavit velmi zajímavé obvody (od nejrůznějších blikačů, bzučáků až po časovače a spínače) a díky nízké ceně se začátečník nemusí bát experimentovat.
Zapojení vývodů
Jak již bylo řečeno v úvodu, obvod NE555 je analogový a má celkem 8 vývodů (vyrábí se v pouzdru DIL8, případně SO8). Na prvním obrázku je rozmístění jednotlivých pinů i jejich zkratka (anglické označení jejich funkce). Z nákresu je patrné, že první vývod (uzemnění, GND) je v levém horním rohu, který lze identifikovat díky zámku (malé tečce) vyraženém v plastovém pouzdře (platí pro pouzdro DIL8).
V následující tabulce lze nalézt anglické označení jednotlivých pinů i jejich stručný popis.
| Pin | Zkratka | Popis |
|---|---|---|
| 1 | GND | Zem (ground) obvodu. |
| 2 | TRIG | Invertující vstup druhého komparátoru. Spouštění (trigger). |
| 3 | OUT | Výstup (output) obvodu. |
| 4 | RESET | Invertovaný resetovací vstup. |
| 5 | CTRL | Řídící (control) napětí, které ovlivňuje překlápění komparátorů. |
| 6 | THR | Neinvertující vstup prvního komparátoru. Práh (threshold). |
| 7 | DIS | Kolektor tranzistoru. Vybíjení (discharge) |
| 8 | UCC | Napájecí napětí obvodu (od 4 do 15 voltů). |
Napájení je tedy na prvním a osmém pinu. Dva vstupy (připojené na invertující a neinvertující vstupy komparátoru, viz dále) jsou na pinech 2 a 6 a jeden výstup pak na vývodu 3. V následující části si podrobně popíšeme funkci obvodu a zjednodušeném blokovém schématu.
Vnitřní zapojení obvodu
Na obrázku níže je zjednodušené blokové schéma obvodu 555. Jak lze na první pohled vidět, obvod se skládá ze tří rezistorů stejných hodnot, dvou komparátorů, jednoho klopného obvodu RS (se dvěma resetovacími vstupy), jednoho invertoru a nakonec tranzistoru NPN. Ještě jednou připomínám, že se jedná o blokové (logické) schéma obvodu, opravdové zapojení vypadá jinak a je mnohem složitější.
Po zapojení obvodu do napájení (které může být v rozsahu od 4 do 16 V; přesná čísla se mohou lišit u různých výrobců, pokud ale použijete 5 V, není co pokazit) se na jednotlivých rezistorech objeví přesně 1/3 napájecího napětí. V bodě A (na obrázku níže) se tak objeví 2/3 Ucc a v bodě B pak 1/3 Ucc. Díky tomu se zároveň nastaví komparační úrovně na obou komparátorech.
Tyto pevně nastavené úrovně komparátorů (jedna a dvě třetiny napájecího napětí) lze díky vstupu 5 (CTRL) libovolně měnit. Řekněme, že obvod napájíme 5 V a chceme aby komparační úrovně byly 3 a 6 voltů. Na vstup 5 tak stačí přivést 4 V.
Pojďme se podívat na funkci komparátorů. Abychom totiž pochopili co se v obvodu 555 děje a jak funguje, je nutné znát funkci komparátoru.
Na obrázku výše je operační zesilovač — komparátor. Ten má dva vstupy označené jako + a -. Vstup + označujeme jako neinvertující a vstup – jako invertující. Pro naši potřebu stačí vědět, že pokud přivedeme na neinvertující vstup větší napětí než na invertující, na výstupu komparátoru se objeví kladné napájecí napětí, v opačném případě záporné. Vyjádřeno matematicky, vypadá předchozí věta takto:
Z vnitřního zapojení obvodu 555 je vidět, že pin 6 je připojen na neinvertující vstup prvního komparátoru. Pokud na tento pin (také označován jako THRESH) přivedeme napětí větší jak 2/3 Ucc, bude na výstupu komparátoru kladné napětí, v opačném případě bude na výstupu záporné.
To samé platí i pro vstup číslo 2 (TRIG), který je připojen na invertující vývod komparátoru. Pokud na tento pin přivedeme napětí větší jak 1/3 Ucc, na výstupu druhého komparátoru se objeví záporné napětí, v opačném případě je na výstupu kladné.
Tím se dostáváme až ke klopnému obvodu RS (KO RS), ke kterému jsou připojeny výstupy obou komparátorů. Tento obvod patří mezi bistabilní klopné obvody a na jeho výstupu je buď logická jedna (kladné napětí), nebo logická nula (0 V).
Pokud na vstup KO RS, který je označen jako S (anglicky set, nastav), přivedeme logickou jedničku (kladné napětí), obvod se překlopí a na výstupu je logická jedna. Pokud na vstup označený jako R přivedeme logickou jedničku, KO se překlopí a na výstupu je logická nula. Možné vstupní kombinace a odpovídající výstup je vidět na obrázku níže.
Pro úplnost uveďme, že KO RS v obvodu 555 má dva resetovací vstupy, z nichž jeden je invertovaný (to znamená, že je aktivní při logické nule). Tento druhý R vstup je připojen na pin 4, takže pro správnou činnost obvodu je nutné tento pin připojit na kladné napětí (nejčastěji se připojuje společně s pinem 8 na napájecí napětí).
Výstup tohoto klopného obvodu je dále připojen na invertor a ten posléze na výstupní pin číslo 3. Zároveň je výstup RS spojen s bází tranzistoru. Pokud je KO RS nastaven (na vstup S je přivedeno kladné napětí a na výstupu je tedy logická jedna), je tranzistor se otevře a tím se spojí pin 7 (DIS) se zemí.
Závěr
Tímto jste dokončili popis vnitřního zapojení a funkce integrovaného obvodu 555. S tímto obvodem se dají zkonstruovat nejrůznější zapojení a v některých dalších článcích si je také popíšeme.
Prakticky si můžete NE555 vyzkoušet s krabičkou začátečníka, kterou nabízím v eshopu.