Реле времени на 555 таймере своими руками: включения, отключения

Схема импульсного источника питания двухполярного напряжения

Он собран на одной микросхеме NE555 (рис.1), которая служит задающим генератором прямоугольных импульсов. Генератор собран по классической схеме. Частота следования выходных импульсов генератора 6,474…6,37 кГц. Она изменяется в зависимости от напряжения питания, которое может быть 3,6 В (3 аккумулятора в кассете питания) и 4,8 В (при 4 аккумуляторах в кассете). В схеме импульсного источника питания были использованы аккумуляторы ENERGIZER типоразмера АА емкостью 2500 мА-ч. Прямоугольные импульсы с выхода 3 МС 555 через ограничивающий резистор R5 подаются на базу транзисторного ключа VT1, нагрузкой которого является дроссель L1 индуктивностью 3 мГн. При резком запирании этого транзистора в дросселе L1 наводится большая ЭДС самоиндукции. Полученные таким образом высоковольтные импульсы поступают на два параллельных выпрямителя с удвоением напряжения, на выходах которых будут два разнополярных напряжения ±4,5…15 В.

Эти напряжения можно регулировать, изменяя скважность выходных импульсов с помощью потенциометра R1. Постоянное напряжение с движка R1 попадает на вывод 5 МС555 и меняет скважность, а следовательно, и выходные напряжение обоих выпрямителей

Выходные напряжения этого источника будут идеально равны только в том случае, когда скважность импульсов генератора будет равна 2 (длительность импульсов равна паузе между ними)

При другой скважности импульсов выходные напряжения источника в точках А и Б будут несколько разниться (до 1…2 В). Столь небольшая разница обеспечивается применением в схеме импульсного источника питания выпрямителей удвоения, конденсаторы которых заряжаются как положительными, так и отрицательными импульсами

Этот недостаток компенсируется простотой и дешевизной схемы.

В этой схеме импульсного источника питания можно использовать дроссели от электронных балластов негодных экономичных ламп дневного света. Разбирая эти лампы, старайтесь не повредить спиральные или U-образные стеклянные трубки, так как они содержат ртуть. Делать это лучше на открытом воздухе. На некоторых дросселях, особенно импортных, нанесена величина индуктивности в мГн (2.8, 2.2, 3.0, 3,6 и т.д.). Входные и выходные напряжения, потребляемый ток и частоты следования импульсов для схемы рис.1 приведены в табл.1.

Описание

Созданию микросхемы NE555, реализованному в 1970 году специалистами компании Signetics (США), предшествовали теоретические разработки Ганса Камензинда, который сумел доказать важность, не имевшего на тот момент времени аналогов, изобретения. Таймер NE555 явился первой и единственной «таймерной» микросхемой, доступной рядовым потребителям, которая позволяла собирать миниатюрные и недорогие устройства за счет плотной компановки элементов в кристалле микросхемы

Основные параметры ИМС серии 555

Микросхема NE 555 состоит из пяти функциональных узлов:

делителя напряжения;
двух прецизионных компараторов;
триггера;
транзистора с открытым коллектором на выходе

РИСУНОК 1

Устройство микросхемы NE 555

Параметры работы микросхемы во многом определяются качеством сборки аналогов. Для таймера NE 555 диапазон рабочих температур составляет: 0° — 70° С, а для SE 555 он шире: от -55°С до +125°С.

Существенное влияние на точность работы схемы NE555оказывает вариант исполнения: гражданский или «военный». У последнего выше точность и продолжительнее ресурс работы. Корпус выполнен из керамики или металла.

Питание микросхем

Рекомендуемый интервал питания микросхем 555 и их аналогов лежит в интервале 4,5 V — 16V. Для микросхемы с индексом SE может достигать 18V.

Потребляемый ток в норме составляет 2-5 мА, при пиковых значениях: 10-15 мА.

Выходной ток у китайских аналогов и отечественной микросхемы КР1006ВИ1 составляет не более 100 мА. У оригинальных импортных микросхем NE/SE 555 он около 200 мА.

Преимущества и недостатки микросхемы

У микросхемы 555 «таймерного» типа существует множество преимуществ. Именно поэтому она популярна столь долгое время.

Внутренний делитель задает верхний и нижний порог срабатывания для двух встроенных компараторов. Это одновременно является достоинством, та как не требуется вводить дополнительные элементы, одновременно это и недостаток: пороговым напряжением микросхемы нельзя управлять.

Кроме этого в процессе эксплуатации выявился и еще один недостаток: при каждом переключении возникает паразитный сквозной ток, достигающий в пиковых значениях силы в 400 мА. За счет этого увеличиваются тепловые потери. Микросхема нагревается.

Как избавиться от недостатков

Решение проблемы давно найдено. Оно заключается в установке между проводом вывода управления и общим проводом полярного конденсатора небольшой емкости (до 0,1 мкФ). Этот конденсатор стабилизирует работу микросхемы при запуске.

Помехоустойчивость работы микросхемы достигается установкой в цепь питания неполярного конденсатора емкостью 1 мкФ. Вариации микросхемы NE 555, собранные на КМОП-транзисторах, не несут в себе указанных недостатков. Для их стабильной работы нет необходимости устанавливать внешние конденсаторы.

Цоколевка

Распиновка NE555 остается неизменной на протяжении долгих лет её использования в различных приложениях. Классическая версия выпускается приимущественно в пластиковом корпусе DIP-8. Оформление для поверхностного монтажа (SOP-8, SOIC-8) появились значительно позже. Однако расположение выводов осталось прежним: 1 (земля, минус); 2 (запуск); 3 (выход); 4 (сброс); 5 (контроль); 6 (останов); 7 (разряд); 8 (плюс источника питания). Первый из них всегда маркируется небольшим круглым углублением или выпуклой точкой.

Раньше существовала версия в круглом металлическом корпусе (LM555CH), но её уже давно никто не изготавливает. Структурно представляет собой управляющий RS-триггер, два компаратора, разрядный транзистор для времязадающего конденсатора и инвертирующий усилитель.

Режимы работы устройства

Основные режимы использования микросхемы 555 серии – одновибратор, мультивибратор и триггер Шмитта.

Первый применяется для создания единовременного сигнала заданной длительности при подаче входного напряжения на стартовый контакт чипа.

Второй – для генерации множества автоколебательных импульсов прямоугольной формы.

Третий, благодаря эффекту памяти предыдущего сигнала и трех вариантов исходящих согласно внутренней логики, в системах задержки и цифровых устройствах.

Одновибратор

В этой схеме, при подаче сигнала любой формы на второй вход 555 серии, будет генерироваться импульс на третьем ее выходе. Его длительность зависит от характеристик сопротивления R и емкости C. Вычислить необходимое время действия исходящего сигнала можно по формуле t=1,1*C*R.

Схема одновибратора

Мультивибратор

В отличие от предыдущей схемы, мультивибратору для начала постоянной генерации не нужна подача внешнего сигнала. Достаточно только произвести подключение питания. На выходе импульсы прямоугольной формы с изменением состояния в течение t2 и с периодом действия t1.

Их время рассчитываться от параметров R1 и R2 по формулам:

Период и частота:

Чтобы достичь времени импульса большего, чем время паузы, используют диод, соединяющий катодом 7 контакт микросхемы (разряд), с 6 (останов) через свой анод.

Мультивибратор

Прецизионный триггер Шмитта

Функциональность в рамках инвертирующего прецизионного переключателя в 555 серии обеспечивается наличием двух порогового компаратора и RS — триггера. Напряжение на входе разделяется на три части, при достижении пороговых значений которых и изменяется состояние выдачи сигнала устройством.

Разграничение делается по полярности, причем для переключения достаточно 1/3 общего вольтажа питания любого из полюсов. На выходе, при получении порогового сигнала на входе, возникает импульс, инвертированный полярно относительно изначального. Его уровень постоянен и длится он ровно то время, которое действует инициирующий импульс.

Используется подобная схема в системах, где требуется избавление от излишнего шума и приведение его последовательностей к необходимым пороговым значениям.

Схема триггера Шмитта с графиком выравниваемых уровней сигнала

Устройство с функцией задержки включения

Перейдем непосредственно к реле времени. В этой статье мы разберем с одной стороны схему максимально простую, но с другой стороны не имеющую гальванической развязки.

Устройство является источником опасности, так как в нем присутствует опасное для жизни напряжение. Такое устройство в своей конструкции имеет 15 элементов и делится на две части:

Узел формирования питающего напряжения или блок питания;
Узел с временным контроллером.

Блок питания работает по бестрансформаторному принципу. В его конструкцию входят компоненты R1, C1, VD1, VD2, C3 и VD3. Само напряжение питания 12 В формируется на стабилитроне VD3 и сглаживается конденсатором C3.

Во вторую часть схемы включены интегральный таймер с обвеской. Роль конденсатора C4 и резистора R2 мы описали выше, и теперь по указанной ранее формуле мы можем вычислить значение времени задержки реле:T = 1.1 * R2 * C4 = 1.1 * 680000 * 0.0001 = 75 секунд ≈ 1.5 минуты Изменив номиналы R2-C4, вы можете самостоятельно определить необходимое вам время задержки и своими руками переделать схему на любой временной интервал. Принцип работы схемы следующий. После включения устройства в сеть и появления напряжения питания на стабилитроне VD3, а, следовательно, и на микросхеме NE555, конденсатор начинает заряжаться до тех пор, пока напряжение на входах 2 и 6 чипа NE555 не опустится ниже 1/3 от питающего, то есть, примерно до 4 В. После наступления этого события на выходе OUT появится управляющее напряжение, которое запустит (включит) реле K1. Реле, в свою очередь, замкнет нагрузку HL1.

Диод VD4 ускоряет разрядку конденсатора C4 после отключения питания для того, чтобы после быстрого повторного включения в сеть устройства время сработки не сократилось. Диод VD5 гасит индуктивный выброс от K1, чем защищает схему. C2 служит для фильтрации помех по питанию NE555.

Если правильно подобраны детали и без ошибок выполнен монтаж элементов, то устройство в проведении настройки не нуждается.

При испытании схемы, чтобы не выжидать полторы минуты, необходимо сопротивление R1 снизить до значения 68–100 кОм.

Вы, наверное, обратили внимание, что в схеме нет транзистора, который бы включал реле K1. Сделано это не из экономии, а по причине достаточной надежности выхода 3 (OUT) микросхемы DD1

Микросхема NE555 выдерживает на выходе OUT максимальную нагрузку до ±225 мА.

Такая схема идеально подходит для контроля времени работы вентиляционных приборов, установленных в санузлах и других подсобных помещениях. За счет ее наличия вентиляторы включаются только при условии присутствия в помещении в течение длительного времени. Такой режим значительно снижает расход электрической энергии, и продлевает срок службы вентиляторов за счет меньшего износа трущихся деталей.

Схемы включения ne555

Сама по себе данная микросхема это как бы «незавершенное» изделие с возможностью реализации на нем двух режимов эксплуатации — таймера запуска (моностабильный) и генератора одиночных импульсов (мультивибратора). Чтобы заставить её функционировать в одном из них, необходима небольшая доработка. Для этого межу контактами 1 и 8 добавляется RC-цепочка (она же времязадающая), для которой заранее подбираются резистор и конденсатор. Их значения будут задавать необходимую частоту и периодичность прямоугольных сигналов «включения/выключения» на выходе микросхемы после подачи на неё питания. Для повышения точности в работе и избегания влияния внешних помех 5 пин (контроль) рекомендовано шунтировать ёмкостью, величина которой должна быть не более 0,1 мкФ.

Моностабильный режим

Рассмотрим принцип работы в режиме таймера. Для его реализации необходимы дополнительные элементы — один резистор Rt и пара ёмкостей. После подачи питания, на третьей ножке относительно земли будет около 0В. Времязадающий конденсатор Сt полностью разряжен и в таком состоянии схема может находиться достаточно долго, пока на контакт 2 (запуск) не поступит положительный сигнал. Его величина должна быть в три раза меньшей питающего напряжения (Ucc/3).

После подачи сигнала на контакт 2 (запуск), на выходе микросхемы появляется напряжение аналогичное питающему (высокий уровень). Его длительность зависит от времени заряда Сt до уровня 2/3 от Ucc через резистор Rt. Как только это произойдет, выходное напряжение снизится практически до 0В и Сt разрядится.

Важным моментом в этой схеме является то, что после её включения, любые воздействия на контакт 2 (запуск) больше не будут вилять на высокий уровень на выходе. Но его все же можно сбросить, если подать сигнал на четвертую ножку (сброс). Временной интервал выходного импульса (Т) рассчитывается по формуле T=1.1*Rt*Ct.

Две схемы реле времени с задержкой выключения на 220в

Режим мультивибратора

В режиме мультивибратора микросхема ne555 выдает серию прямоугольных сигналов, периодичность которых также определяются значениями времязадающей RC-цепочки. Как видно из рисунка ниже, конструкция немного изменена и в неё добавлено еще одно сопротивление. Контакт 7 (разряд) физически соединен между резисторами Ra и Rb, но логически он отключен внутри универсального таймера.

После подачи питания на микросхему, на 3 пине (выходе) появится высокий уровень относительно земли, а конденсатор Сt начинает заряжается через Ra и Rb. Как только Сt достигнет заряда 2/3 от величины питающего напряжения, схема переключится и на её выходе будет около 0В. При этом включится контакт 7 (разряд) и через резистор Rb будет разряжаться Сt.

После того как конденсатор Ct разрядится на 1/3 схема снова переключится, и на её выходе появится высокий уровень. Разъединится контакт 7 (разряд) и Ct начнет опять заряжаться через Ra и Rb. Результатом такой работы станет серия прямоугольных импульсов, длительность которых будет определяться величинами элементов Ra, Rb и Сt. Промежуток между началом каждого из импульсов называют общим периодом ТП. Его можно увеличивать до 30 секунд путем повышения ёмкости Ct. Частоту колебаний определяют по формуле F = 1/ТП.