Книга Электроника для начинающих (2-е издание) - Чарльз Платт

присутствует положительный сигнал.

Компаратор В через контакт 6 отслеживает увеличение напряжения на конденсаторе. Когда напряжение на конденсаторе составит 2/3 от величины напряжения питания, компаратор В переключит триггер обратно в исходное верхнее положение. Это разрядит конденсатор через вывод 7. Кроме того, триггер прервет положительный выходной сигнал и соединит контакт 3 с отрицательной шиной питания. Так таймер 555 возвращается в исходное состояние.

Резюмируем описанную последовательность событий:

• Вначале триггер заземляет конденсатор и выход (контакт 3).

• При снижении напряжения на контакте 2 до 1/3 от напряжения питания (или меньше) выходной сигнал (вывод 3) становится положительным, одновременно конденсатор С начинает заряжаться через резистор R.

• Когда напряжение на конденсаторе достигает значения 2/3 от напряжения питания, конденсатор разряжается через контакт 7, а выходной сигнал на контакте 3 снова становится низким.

Подавление паразитного импульса

При подаче питания на таймер, работающий в моностабильном режиме, на выходе может самопроизвольно появиться один импульс, прежде чем схема перейдет в «спящий» режим и будет снова ждать запуска. Во многих случаях это причиняет неудобства.

Один из способов избежать этого – подключить конденсатор емкостью 1 мкФ между контактом сброса и отрицательной шиной. Конденсатор забирает ток от вывода сброса при первой подаче питания и удерживает этот вывод в низком состоянии всего на долю секунды – достаточно долго, чтобы не позволить таймеру сгенерировать паразитный импульс. После того как конденсатор зарядится, он больше не участвует в работе, а резистор номиналом 10 кОм поддерживает положительный уровень на контакте сброса, и таким образом он не будет влиять на работу таймера. В последующих экспериментах мы используем этот способ подавления нежелательного импульса.

Варианты применения таймера 555

В ждущем режиме таймер 555 будет выдавать одиночный импульс фиксированной (но программируемой) длительности. Как это можно использовать на практике? Подумайте, как с помощью таймера управлять каким-либо другим компонентом. Пусть это будет, например, автомат управления освещением. Когда инфракрасный датчик «видит» что-то движущееся, включается свет, но только на определенный период, который можно задать с помощью таймера 555.

Другое применение – тостер. Когда кто-то опускает кусочек хлеба, замыкается переключатель, запуская цикл работы тостера. Чтобы регулировать длительность цикла, можно предусмотреть потенциометр с ручкой, который будет задавать степень зарумянивания тоста. Как только цикл работы тостера завершается, таймер выдает сигнал, поступающий на мощный транзистор, который включает соленоид (похожий на реле без переключающих контактов), чтобы вытолкнуть тост.

Щетки стеклоочистителя, работающие в циклическом режиме, также могут управляться от таймера 555, и в старых моделях автомобилей так и было. Частота, с которой повторяется символ при удерживании нажатой клавиши на клавиатуре компьютера, также могла задаваться таймером 555 – и в компьютере Apple II так и было.

А как насчет охранной сигнализации из эксперимента 15? В одном из пунктов моего технического задания было указано, что устройство должно ждать определенное время, пока вы его отключите, прежде чем начать подавать сигнал тревоги. Об этом тоже может позаботиться таймер 555.

Эксперимент, который вы только что выполнили, может показаться тривиальным, но он раскрывает огромный спектр возможностей.

Бистабильный режим

Есть еще один вариант использования таймера – бистабильный (триггерный) режим. Он влечет за собой отключение основных функций. Зачем это может понадобиться? Далее я все объясню.

На рис. 4.18 показан макет схемы, который вы можете собрать за несколько минут. Попробуйте. Два резистора слева – это нагрузочные резисторы, каждый по 10 кОм. Нижний резистор с номиналом 470 Ом предназначен для защиты светодиода. Добавьте две кнопки, сам таймер – и готово.

Как только вы соберете схему на макетной плате, нажмите и отпустите верхнюю кнопку, светодиод зажжется. Надолго ли? Пока подано напряжение питания. Выходной сигнал таймера длится бесконечно.

Теперь нажмите и отпустите нижнюю кнопку, и светодиод погаснет. Надолго? Как пожелаете. Он не зажжется, пока вы снова не нажмете верхнюю кнопку.

Я уже говорил, что внутри таймера есть триггер. Иными словами, вся микросхема может работать как один большой триггер. Он переключается в состояние «включено», когда вы заземляете контакт 2, и остается в этом состоянии. Он переключается в состояние «выключено», когда вы заземляете контакт 4, и остается в этом положении. Триггеры играют важную роль в цифровых схемах, как я расскажу чуть позже, но сейчас давайте разберемся, как все работает и почему это может вам понадобиться.

Взгляните на схему, изображенную на рис. 4.19. Вы можете заметить, что с правой стороны нет ни резистора, ни конденсатора. Резистивноемкостная цепочка отсутствует. Таким образом, эта схема не имеет времязадающих компонентов. Обычно, когда вы запускаете таймер, импульс на выходе заканчивается, когда напряжение на времязадающем конденсаторе (на контакте 6) достигает 2/3 величины напряжения питания. Но здесь контакт 6 заземлен, и таким образом напряжение на нем никогда не достигнет значения 2/3 напряжения питания. Следовательно, когда вы запустите таймер, выходной импульс никогда не закончится.

Рис. 4.18. Установка, в которой таймер 555 работает как триггер

Рис. 4.19. Схема исследования таймера 555 в бистабильном режиме

Безусловно, вы можете прервать выходной сигнал, подав низкий уровень напряжения на вывод сброса (контакт 4). Но после этого таймер останется в выключенном состоянии, пока вы не запустите его снова.

Этот режим называется бистабильным, потому что он стабилен, когда выход находится либо в высоком состоянии, либо в низком. Триггер такого типа называют защелкой.

Выводы:

• Подача импульса низкого уровня на контакт 2 устанавливает высокий уровень на выходе и фиксирует его в этом состоянии.

• Подача импульса низкого уровня на контакт 4 устанавливает низкий уровень на выходе и фиксирует его в этом состоянии.

На интервале между подачей запускающих импульсов на выводах 2 и 4 должен поддерживаться высокий уровень. Именно для этого в схеме предусмотрены подтягивающие резисторы.

Контакт 5 таймера можно оставить неподключенным, поскольку в триггерном режиме любые случайные сигналы будут игнорироваться.

Если вы недоумеваете, зачем могло бы понадобиться использование таймера таким способом, то удивитесь, насколько полезным может оказаться бистабильный режим. Я собираюсь далее использовать его в трех экспериментах. На самом деле таймер 555 не предназначен для работы в режиме триггера, но это может оказаться удобным.

Как появился интегральный таймер

В далеком 1970 году, когда полдесятка корпоративных «саженцев» пустили свои корни в благодатную почву Кремниевой долины, компания Signetics выкупила у инженера Ганса Камензинда (Hans Camenzind) (рис. 4.20) его разработку. Она не являлась каким-либо большим прорывом – всего лишь 23 транзистора и горстка резисторов, которые