บทนำ
ไอซีไทม์เมอร์ 555 เป็นชิปวงจรอเนกประสงค์ที่ใช้ในวงจรไทม์เมอร์ วงจรสร้างพัลส์ และวงจรออสซิลเลชัน เป็นหนึ่งในสิ่งประดิษฐ์ที่โดดเด่นและกำลังได้รับความนิยมในโลกเทคโนโลยีปัจจุบัน วงจรรวมไทม์เมอร์ 555 ได้รับการออกแบบครั้งแรกโดยฮันส์ คาเมนซินด์ วิศวกรอิเล็กทรอนิกส์ชาวสวิส คาเมนซินด์ใช้เวลาหลายเดือนในการออกแบบขั้นสุดท้ายเพื่อสร้างการทดสอบซ้ำต่างๆ ด้วยมือบนแผงทดลองที่มีส่วนประกอบแยกกัน ไอซีไทม์เมอร์ 555 เป็นชิปวงจรรวมอเนกประสงค์ที่นำไปใช้ในวงจรไทม์เมอร์ วงจรออสซิลเลชัน และวงจรสร้างพัลส์ เป็นหนึ่งในสิ่งประดิษฐ์ที่โดดเด่นและเป็นที่นิยมในโลกอิเล็กทรอนิกส์ วงจรไทม์เมอร์แบบโมโนลิธิก หรือ 555 ไทม์เมอร์ มีความน่าเชื่อถือและราคาถูกเทียบเท่ากับออปแอมป์ที่ทำงานในพื้นที่เดียวกัน สามารถผลิต
เมื่อการออกแบบเสร็จสมบูรณ์ คาเมนซินด์นั่งลงที่โต๊ะเขียนแบบและใช้มีดโกนตัดแบบวงจรลงในแผ่นพลาสติก โดยรวมแล้วใช้ BJT จำนวน 23 ตัว ตัวต้านทาน 15 ตัว และไดโอด 2 ตัว ตัดลงในพลาสติก จากนั้นจึงนำไปลดขนาดเพื่อสร้างหน้ากากกัดกรดสำหรับกัดลงบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน งานออกแบบตั้งแต่ต้นจนจบแบบนี้โดยคนคนเดียว ปัจจุบันถูกดำเนินการโดยทีมวิศวกรขนาดใหญ่ที่มีซอฟต์แวร์การออกแบบ การจำลอง การกำหนดเส้นทาง และการกัดกรดที่ซับซ้อน เพื่อรับมือกับงานอันยากลำบากของการออกแบบวงจรรวมสมัยใหม่
พื้นฐานไอซี 555 ไทม์เมอร์
555 Timer เป็นวงจรรวมแบบโมโนลิธิกดิจิทัลที่ทำหน้าที่เป็นตัวกำเนิดสัญญาณนาฬิกาอเนกประสงค์ในระบบอิเล็กทรอนิกส์ วงจรรวมนี้สามารถกำหนดค่าให้เป็นมัลติไวเบรเตอร์แบบเสถียรหรือแบบโมโนสเตเบิล ทำให้สามารถปรับใช้กับการใช้งานด้านการจับเวลาได้หลากหลาย 555 Timer IC พัฒนาขึ้นในปี พ.ศ. 1970 โดย Signetics Corporation และออกแบบโดย Hans Camenzind ในปี พ.ศ. 1971 โดยทำงานเป็นอุปกรณ์เชิงเส้นที่มีความเข้ากันได้ดีเยี่ยมกับวงจรดิจิทัลทั้งแบบ CMOS และ TTL วงจรรวม 555 Timer มาตรฐานประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ 25 ตัว ตัวต้านทาน 15 ตัว และไดโอด 2 ตัว บรรจุอยู่ในแพ็คเกจอินไลน์คู่ 8 พินขนาดกะทัดรัด จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวางผังวงจร (PCB) ที่มีพื้นที่จำกัด
สถาปัตยกรรมและพินเอาต์
สถาปัตยกรรมภายในของไอซีไทเมอร์ 555 ประกอบด้วยตัวต้านทานขนาด 5 กิโลโอห์มสามตัวที่ต่ออนุกรมกัน ก่อให้เกิดเครือข่ายตัวแบ่งแรงดัน ซึ่งเป็นที่มาของชื่อไอซีอันโด่งดัง ตัวต้านทานเหล่านี้สร้างแรงดันอ้างอิงที่หนึ่งในสามและสองในสามของแรงดันแหล่งจ่าย ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานของตัวเปรียบเทียบ ไอซีประกอบด้วยตัวเปรียบเทียบสองตัวที่ทำงานร่วมกับฟลิปฟล็อปภายในเพื่อควบคุมสถานะเอาต์พุต ในขณะที่ทรานซิสเตอร์ดิสชาร์จภายในทำหน้าที่เป็นเส้นทางควบคุมสำหรับการจับเวลาการดิสชาร์จของตัวเก็บประจุ
ตารางคำอธิบาย Pinout
| 1 | กราวด์ (GND) | เชื่อมต่อกับกราวด์วงจรและทำหน้าที่เป็นจุดอ้างอิงแรงดันไฟฟ้า การต่อกราวด์ PCB ที่ถูกต้องเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานที่เสถียร |
| 2 | ทริกเกอร์ | เริ่มวงจรจับเวลาเมื่อแรงดันไฟฟ้าลดลงต่ำกว่าหนึ่งในสามของ Vcc กำจัดสัญญาณรบกวนจากวงจรด้วยการเดินสาย PCB อย่างระมัดระวัง |
| 3 | เอาท์พุต | จ่ายสัญญาณเอาต์พุตแบบตั้งเวลา จ่ายกระแสหรือซิงก์ได้สูงสุด 200mA สามารถขับ LED รีเลย์ หรือโหลดกระแสปานกลางได้โดยตรง |
| 4 | รีเซ็ต | อินพุตแบบแอคทีฟโลว์ที่รีเซ็ตตัวจับเวลาเมื่อแรงดันไฟต่ำกว่า 0.7V เชื่อมต่อกับ Vcc ผ่านตัวต้านทานแบบดึงขึ้นเพื่อการทำงานปกติ |
| 5 | ควบคุมแรงดันไฟฟ้า | ให้การเข้าถึงตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าภายในที่ Vcc สองในสาม บายพาสกราวด์ด้วยตัวเก็บประจุ 0.01µF เพื่อป้องกันสัญญาณรบกวน |
| 6 | ธรณีประตู | สิ้นสุดรอบการจับเวลาเมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินสองในสามของ Vcc ตัวเก็บประจุจับเวลาเชื่อมต่อที่นี่ในการกำหนดค่าส่วนใหญ่ |
| 7 | ปล่อย | เชื่อมต่อกับตัวเก็บประจุแบบดิสชาร์จภายใน ทำหน้าที่ควบคุมเส้นทางดิสชาร์จสำหรับตัวเก็บประจุแบบตั้งเวลา |
| 8 | vcc | แรงดันไฟฟ้าบวก (4.5V–16V) วางตัวเก็บประจุเซรามิกแบบแยกส่วน 0.1µF ไว้ใกล้กับพินนี้บน PCB |
ตัวเลือกแพ็คเกจ PCB
ไอซีไทเมอร์ 555 มีให้เลือกทั้งแบบ DIP 8 พินสำหรับการติดตั้งแบบทะลุผ่านรู และ SOIC 8 พินสำหรับการติดตั้งแบบพื้นผิว แพ็คเกจ DIP มีระยะห่างระหว่างแถว 0.3 นิ้ว พร้อมรูขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.8-1.0 มม. การติดตั้งแบบพื้นผิวต้องใช้ขนาดแพดที่แม่นยำเพื่อการสร้างรอยประสานที่ถูกต้อง ควรติดเครื่องหมายทิศทางและตัวบ่งชี้ขา 1 ไว้บน PCB เสมอเพื่อป้องกันข้อผิดพลาดในการประกอบ
โหมดการทำงาน
วงจรรวมไทม์เมอร์ 555 ทำงานในสามโหมดที่แตกต่างกัน แต่ละโหมดตอบสนองความต้องการด้านไทม์เมอร์และออสซิลเลชันที่แตกต่างกันในการใช้งาน PCB IC ทำงานในช่วงแรงดันไฟฟ้ากว้างตั้งแต่ 4.5V ถึง 15V DC จึงเหมาะสำหรับการกำหนดค่าแหล่งจ่ายไฟที่หลากหลาย
โหมดโมโนสเตเบิ้ล
ในการกำหนดค่าแบบโมโนสเตเบิล ไอซีไทเมอร์ 555 จะสร้างพัลส์เอาต์พุตเดี่ยวเมื่อถูกทริกเกอร์ ช่วงเวลาของไทม์มิ่งถูกกำหนดโดยค่าตัวต้านทานและตัวเก็บประจุภายนอกโดยใช้สูตร T = 1.1 × R × C เพื่อการทำงานที่เชื่อถือได้บน PCB ให้วางอุปกรณ์ไทม์มิ่งไว้ใกล้กับไอซีโดยมีเส้นวงจรสั้นเพื่อลดความไวต่อสัญญาณรบกวน ติดตั้งตัวเก็บประจุบายพาส 0.01µF บนพินแรงดันไฟฟ้าควบคุมเพื่อแรงดันอ้างอิงที่เสถียร โหมดนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการสร้างพัลส์ วงจรหน่วงเวลา และสวิตช์ที่สั่งงานด้วยการสัมผัส
โหมด Astable
โหมด Astable สร้างเอาต์พุตคลื่นสี่เหลี่ยมต่อเนื่องโดยไม่มีการกระตุ้นจากภายนอก เหมาะสำหรับการสร้างสัญญาณนาฬิกาและการใช้งานออสซิลเลเตอร์ ความถี่ขึ้นอยู่กับตัวต้านทานสองตัวและตัวเก็บประจุหนึ่งตัว คำนวณได้จาก f = 1.44 / ((R1 + 2×R2) × C) ควรใช้ตัวเก็บประจุชนิดเสถียร เช่น โพลีเอสเตอร์หรือเซรามิกเพื่อให้ได้ความถี่ที่สม่ำเสมอ วางส่วนประกอบการจับเวลาไว้ใกล้กันบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) เพื่อลดผลกระทบของความจุที่กระจัดกระจาย ตรวจสอบให้แน่ใจว่าพินเอาต์พุตมีความกว้างของเส้นที่เพียงพอ และรวมตัวต้านทานแบบอนุกรมเมื่อขับ LED โดยตรง การเชื่อมต่อกราวด์ควรมาบรรจบกันที่จุดเดียวใกล้กับ IC เพื่อป้องกันการเกิดการสั่นของเวลา
โหมด Bistable
โหมดไบสเตเบิลจะสร้างวงจรฟลิปฟล็อปที่มีสองสถานะเสถียร โดยตอบสนองต่ออินพุตทริกเกอร์และรีเซ็ต เอาต์พุตจะยังคงอยู่ในสถานะสั่งการสุดท้ายอย่างไม่มีกำหนด โดยไม่มีส่วนประกอบจับเวลา โหมดนี้มีประโยชน์สำหรับวงจรแลตชิ่ง สวิตช์สัมผัส และส่วนประกอบหน่วยความจำแบบง่าย เมื่อใช้งานบนแผงวงจรพิมพ์ ควรรวมวงจรดีบาวน์สำหรับอินพุตสวิตช์เชิงกล และตัวต้านทานแบบพูลอัพสำหรับระดับลอจิกที่กำหนด
รูปแบบและทางเลือก
เวอร์ชัน CMOS เช่น LMC555 และ TLC555 มีข้อได้เปรียบเหนือไทเมอร์ไบโพลาร์ 555 มาตรฐานอย่างมาก โดยใช้พลังงานไมโครแอมแปร์แทนที่จะเป็นมิลลิแอมแปร์ และทำงานที่แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่า 1.5 โวลต์ เวอร์ชันเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการออกแบบ PCB ที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่และลดการเกิดความร้อนให้น้อยที่สุด 556 Dual Timer IC บรรจุวงจร 555 ที่สมบูรณ์สองวงจรในแพ็คเกจ 14 พิน ช่วยประหยัดพื้นที่บอร์ดสำหรับการออกแบบที่ต้องการฟังก์ชันการจับเวลาหลายรายการ ไมโครคอนโทรลเลอร์สมัยใหม่สามารถจำลองฟังก์ชันการทำงานของ 555 ได้พร้อมความสามารถในการตั้งโปรแกรมที่เพิ่มขึ้น แม้ว่า ไอซีไทเมอร์ 555 ยังคงคุ้มค่ากว่าสำหรับการใช้งานการจับเวลาแบบง่าย
ตารางเปรียบเทียบ: 555 Timer IC รุ่นต่างๆ
| ลักษณะ | มาตรฐาน 555 | CMOS555 | 556 คู่ |
| การจ่ายแรงดัน | 4.5V - 16V | 1.5V - 15V | 4.5V - 16V |
| การจ่ายกระแสไฟ | 3–6 มิลลิแอมป์ | 100–250 µA | 6–12 มิลลิแอมป์ |
| ความถี่สูงสุด | เฮิร์ทซ์ 500 | เมกะเฮิรตซ์ 3 | เฮิร์ทซ์ 500 |
| เอาท์พุทปัจจุบัน | mA 200 | mA 100 | 200 มิลลิแอมป์ต่อตัว |
| ที่ดีที่สุดสำหรับ | เวลาโดยทั่วไป | แบตเตอรี่ขับเคลื่อน | ช่องสัญญาณคู่ |
แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการออกแบบ PCB
การนำ IC จับเวลา 555 ไปใช้งานให้ประสบความสำเร็จต้องอาศัยความระมัดระวัง PCB โครงร่าง วางไอซีไว้ตรงกลาง โดยให้ส่วนประกอบจับเวลาอยู่ห่างจากขาที่เกี่ยวข้องไม่เกิน 1-2 ซม. วางตัวเก็บประจุแยกตัว 0.1µF ไว้ติดกับขาจ่ายไฟทันที โดยใช้เส้นวงจรที่สั้นและกว้าง จัดวางเส้นวงจรอินพุตทริกเกอร์ให้ห่างจากขาจ่ายไฟและขาจ่ายไฟเพื่อป้องกันการทริกเกอร์ผิดพลาด ใช้กราวด์เพลนสำหรับเส้นทางกลับที่มีอิมพีแดนซ์ต่ำและการป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้า ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีน้ำหนักทองแดงเพียงพอสำหรับการจัดการกระแสเอาต์พุต และรวมการระบายความร้อนสำหรับการบัดกรีด้วยมือ เลือกวัสดุ FR-4 สำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ โดยการเดินสายวงจรที่ถูกต้องเพื่อรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณและป้องกันสัญญาณรบกวน
การแก้ไขปัญหาและการทดสอบ
ปัญหาที่พบบ่อยของไอซีไทเมอร์ 555 ได้แก่ ความไม่เสถียรของไทม์มิ่งจากแหล่งจ่ายไฟที่มีสัญญาณรบกวน หรือการแยกสัญญาณที่ไม่เพียงพอ ควรวางตัวเก็บประจุเซรามิกขนาด 0.1µF ไว้ใกล้กับพินจ่ายไฟ และเพิ่มตัวเก็บประจุขนาด 0.01µF บนพินควบคุมแรงดันไฟฟ้า ความคลาดเคลื่อนของส่วนประกอบมีผลต่อความแม่นยำอย่างมาก ดังนั้นควรใช้ตัวต้านทาน 1% และตัวเก็บประจุแบบฟิล์มคุณภาพสูงเพื่อการไทม์มิ่งที่แม่นยำ ทดสอบวงจรโดยการตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าที่พิน 8 ตรวจสอบการต่อกราวด์ที่พิน 1 และใช้ออสซิลโลสโคปเพื่อสังเกตรูปคลื่นเอาต์พุต ตรวจสอบแรงดันที่พินขีดจำกัดและทริกเกอร์ระหว่างการทำงาน เพื่อตรวจสอบการทำงานของตัวเปรียบเทียบที่ถูกต้อง
การใช้งานจริง
ไอซีไทเมอร์ 555 โดดเด่นในด้านวงจรจับเวลาที่แม่นยำสำหรับงานอุตสาหกรรมที่ใช้ส่วนประกอบที่ชดเชยอุณหภูมิ การออกแบบการจัดการพลังงานใช้ประโยชน์จากความสามารถ PWM สำหรับแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งและตัวควบคุมความเร็วมอเตอร์ การใช้งานด้านเสียงประกอบด้วยเครื่องกำเนิดเสียง ไซเรน และออสซิลเลเตอร์ควบคุมแรงดันไฟฟ้าสำหรับเอฟเฟกต์ดนตรี สเตจเอาต์พุตที่แข็งแกร่งของไอซีสามารถขับมอสเฟตกำลังได้โดยตรงโดยไม่ต้องบัฟเฟอร์เพิ่มเติม การใช้งานมีตั้งแต่ไฟกระพริบ LED ธรรมดาไปจนถึงระบบควบคุมที่ซับซ้อน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของวงจรรวมแบบคลาสสิกนี้ในการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) สมัยใหม่
สรุป
ไอซีไทเมอร์ 555 ยังคงเป็นส่วนประกอบสำคัญในการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) มานานกว่าห้าสิบปีหลังจากการประดิษฐ์ ความยืดหยุ่นของไอซีนี้ครอบคลุมการสร้างพัลส์แบบโมโนสเตเบิล การสั่นแบบอะสเตเบิล และการทำงานของฟลิปฟล็อปแบบไบสเตเบิล โดยมีส่วนประกอบภายนอกที่ลดลง ความเข้าใจในเทคนิคการจัดวางแผงวงจรพิมพ์ การเลือกส่วนประกอบ และโหมดการทำงานที่เหมาะสม ช่วยให้นักออกแบบสามารถสร้างวงจรไทม์มิ่งที่เชื่อถือได้และใช้งานได้จริง วงจร CMOS และแพ็คเกจไทม์มิ่งแบบคู่ช่วยเพิ่มความเป็นไปได้ในการออกแบบ ในขณะเดียวกันก็ยังคงความเข้ากันได้กับสถาปัตยกรรมดั้งเดิม
At Wonderful PCBเราเชี่ยวชาญในการผลิตแผงวงจรคุณภาพสูงที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานไอซีไทเมอร์ 555 ทีมงานผู้เชี่ยวชาญของเรารับประกันการจัดวางส่วนประกอบ การจัดเส้นทาง และการจัดการความร้อนอย่างเหมาะสมเพื่อประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ ไม่ว่าคุณจะต้องการแผงวงจรต้นแบบหรือการผลิตเต็มรูปแบบ ความสามารถในการผลิตขั้นสูงของเรามอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่มีความแม่นยำและตรงตามข้อกำหนดของคุณ ติดต่อ Wonderful PCB วันนี้เพื่อหารือเกี่ยวกับข้อกำหนดของโครงการของคุณและนำการออกแบบ IC ไทม์เมอร์ 555 ของคุณให้มีชีวิตชีวาด้วยคุณภาพระดับมืออาชีพและความน่าเชื่อถือ
คำถามที่พบบ่อย
ตัวจับเวลา 555 สามารถใช้กับแอพพลิเคชั่นความถี่สูงได้หรือไม่
ไทเมอร์ไบโพลาร์ 555 แบบมาตรฐานทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือถึง 500 kHz ในขณะที่ CMOS รุ่นต่างๆ เช่น LMC555 ทำงานได้ถึง 3 MHz หากความถี่สูงกว่านี้ ให้พิจารณาใช้ไอซีออสซิลเลเตอร์เฉพาะ การวางผัง PCB ที่มีระยะเทรลสั้นและการต่อกราวด์ที่เหมาะสมมีความสำคัญอย่างยิ่งที่ความถี่สูง
ข้อกำหนดเค้าโครง PCB สำหรับการจับเวลาอย่างแม่นยำคืออะไร
ใช้ตัวต้านทานความคลาดเคลื่อน 1% และตัวเก็บประจุที่ทนต่ออุณหภูมิ ติดตั้งภายในระยะ 1-2 ซม. จากขา IC กำหนดให้มีการแยกสัญญาณ 0.1µF ที่ขาจ่ายไฟ และ 0.01µF ที่ขาควบคุมแรงดันไฟฟ้า ควรใช้กราวด์เพลนหรือสตาร์กราวด์เพื่อลดสัญญาณรบกวน
ไทม์เมอร์ 555 สามารถขับโหลดกระแสสูงโดยตรงได้หรือไม่?
เอาต์พุตสามารถจ่ายหรือจ่ายกระแสได้ 200 มิลลิแอมป์ เพียงพอสำหรับ LED และรีเลย์ขนาดเล็ก สำหรับกระแสสูงหรือโหลดเหนี่ยวนำ ควรใช้ทรานซิสเตอร์ไดรเวอร์ภายนอกที่มีไดโอดฟลายแบ็กเพื่อป้องกัน
ฉันจะป้องกันวงจรจับเวลา 555 จาก ESD บน PCB ได้อย่างไร
เพิ่มตัวต้านทานแบบอนุกรม (10-100 kΩ) บนขาอินพุต และไดโอด TVS บนขั้วต่อภายนอก ใช้แผ่นกราวด์สำหรับการป้องกัน และตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการติดตั้งกราวด์ของตู้หุ้มอย่างเหมาะสมสำหรับผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์
ข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับความร้อนสำหรับเค้าโครง PCB ของตัวจับเวลา 555 มีอะไรบ้าง
ไบโพลาร์ 555 แบบมาตรฐานสร้างความร้อนจากกระแสไฟฟ้านิ่ง ทรานซิสเตอร์ CMOS ช่วยลดการใช้พลังงานได้อย่างมาก สำหรับการใช้งานกำลังสูง ควรใช้แผ่นทองแดงขนาดใหญ่ขึ้น รูระบายความร้อน และระยะห่างที่เหมาะสมจากส่วนประกอบที่ไวต่อความร้อน
