Устройства на таймере 555

Устройства на таймере 555

Примером создания электронной схемы, небольшой, но достаточно полезной во многих случаях, является придумка еще в 1970-е годы микрочипа универсального таймера 555. Что это, шедевр электронной схемотехники?

Электронные интегральные схемы — такая отрасль нашей науки и техники, возможности которой еще далеко не исчерпаны. Видимо, это и есть ростки того самого искусственного интеллекта, о котором так много уже сказано. Причем, если наш природный интеллект строится на элементах — нейронах — которые можно назвать электронно-химическими, то созданные руками человека интегральные схемы в природе не встречаются. Это чистое изобретение человеческого разума. Оно получено в результате долгой работы по совершенствованию самых обыкновенных электроприборов, которые понадобились людям сразу после открытия электричества — выключателей, резисторов, конденсаторов, полупроводниковых приборов. Совершенствование шло как в направлении усложнения схем, так и в стремлении уместить большое количество элементов на ограниченной площади или в ограниченном объеме. А также создать из все тех же схемных примитивов нечто универсальное, долгоиграющее и омниполезное.

Таймер NE555

История изобретения этого таймера показывает, что настоящие шедевры делаются не всегда в самые лучшие для изобретателей времена, и часто даже в совершенно не высокотехнологичных условиях. Ганс Камензинд в свои 33 года кроме служебных обязанностей имел мечту. Это не всегда бывает по вкусу начальству, и ему пришлось уволиться. Свой шедевр он придумал, сидя в гараже в 1971 году, а через год микросхема на восьми ножках бойко пошла в производство и продажу. Схема простая и, как оказалась, полезная. Быть может, не последнюю роль в удаче сыграло и название, которое толком и объяснить не могут: почему NE — от названия фирмы Signetics? Почему 555 — потому что им полюбилась пятерка? Таймер? — да, но не такой, как обычные. Те, что всегда только безостановочно тикают импульсами, а этот может выдать очень точный интервал времени, и не в каких-то привычных в импульсной технике микросекундах, а в достаточно ощутимом интервале: взять и включить лампочку на несколько секунд.

Устройства на таймере 555

Схема, как часто и все гениальное, оказалась на стыке двух техник: импульсной и аналоговой.

Аналоговые — операционные усилители — усиливают сигнал до нужного стандарта (2 на входах (двухпороговый компаратор) и 1 на выходе). А в середине работает импульсный RS-триггер, который может как генерировать импульсы (мультивибратор), так и выдавать одиночный импульс заданной протяженности (одновибратор).

И все очень легко регулируется — практически, соотношением параметров двух резисторов и одной емкости, подключенных к микросхеме на входах, а также подачей других сигналов на входы.

Устройства на таймере 555

Устройства на таймере 555

Видимо, схема имеет какое-то неуловимо удачное соотношение простоты управления и простоты конструкции, что в сочетании с неожиданным многообразием работы элементов и придало ей популярности на протяжении стольких лет. Потому что перечисленные свойства, как следствие, выразились в совсем даже невысокой стоимости и в применимости в разных схемах — и ширпотребовских, и профессиональных. Они хороши для использования в детских игрушках, реле времени, кодовых замках, космических аппаратах. А ежегодные продажи исчисляются до сих пор миллиардами штук по всему миру. Причем за все время схема не претерпела практически никаких изменений. По какой причине слово «эволюция» под рисунком выше и взято в кавычки. Таймер 555 выпускают многие фирмы по всему миру. Известны и отечественные аналоги NE555 — микросхема КР1006ВИ1 и ее КМОП вариант КР1441ВИ1.

Функциональная схема и описание прибора

Функционально таймер состоит из 5 компонентов. Выводов у схемы больше, чем внутренних блоков, что и говорит о возможной гибкости включения в различные схемные решения с участием данной микросхемы.

Устройства на таймере 555

Входной внутренний делитель напряжения задает опорные напряжения для двух компараторов — верхнего и нижнего. RS-триггер принимает их сигналы и формирует выходной сигнал, который отправляет на усилитель мощности. Еще имеется дополнительный транзистор с выведенным наружу коллектором, который используется для подключения внешней времязадающей цепочки.

Выводы схемы расположены одинаково, независимо от исполнения микросхемы

Устройства на таймере 555

Устройства на таймере 555

Описание выводов схемы

Приведенный ниже даташит содержит выводы и подаваемые на них сигналы, откуда становится немного понятной работа микросхемы. Хотя очень многое зависит от ее подключения.

Минусовой общий вывод питания

Плюсовой вывод питания – 8

Вход компаратора №2 (нижнего).

Сигнал низкого уровня – аналоговый или импульсный.

Таймер срабатывает на сигнал (аналоговый или импульсный) низкого уровня (порог – 1/3 Vпит)

На 3 выводе появляется выходной сигнал высокого уровня

Выходной сигнал (высокий уровень) зависит от питания: Vпит – 1,7 В

Низкий уровень (нет сигнала) – примерно 0,25 В

Временная характеристика выходного сигнала определяется внешней времязадающей цепочкой, состоящей из резистора (или резисторов) и емкости.

Срабатывает по сигналу низкого уровня (≤ 0,7 В)

Немедленный сброс выходного сигнала

Входной сигнал не зависит от напряжения питания

Управление опорным напряжением компаратора №1

Величина напряжения управляет длительностью выходных импульсов (одновибратор) или их частотой (мультивибратор).

Сбрасывающий сигнал высокого уровня – аналоговый или импульсный

Цепь разряда времязадающего конденсатора С

Плюсовой провод питания

Vпит = от 4,5 В до 18 В

Применение: варианты подключения NE555 (или NE555 аналогов)

Одновибратор

Устройства на таймере 555

Емкость С и резистор R задают длительность импульса t, выдаваемого схемой в ответ на сигнал по входу Input (вывод 2). Напряжение питания влияет не на длительность, а на амплитуду выходного сигнала. При выдаче импульса изменение входного сигнала схемой не воспринимается. Через время t схема выдает задний фронт выходного сигнала и возвращается в исходное состояние, после чего готова снова реагировать на входной сигнал. Таким образом, она может выделять информативные всплески (низкого уровня) на фоне помех, так как сигнал на входе в общем случае аналоговый. Может работать как антидребезговая схема.

Генератор импульсов (мультивибратор)

Мультивибратору не нужно подавать на вход никаких сигналов, он начинает работать сразу после включения питания.

Устройства на таймере 555

Разряженный в начале конденсатор С задает на вход низкий уровень, отчего таймер срабатывает, выдавая на выход высокий потенциал. Его длительность определяется зарядкой конденсатора C через резисторы R1 и R2. Далее происходит разрядка C через R2 и вход 7, что и определяет длительность паузы на таймере. После этого все повторяется, и на выходе получаются импульсы заданной напряжением питания амплитуды и длительностями t1 и t2, то есть частотой f

Устройства на таймере 555

и скважностью S = T/t1. Скважность в данном простейшем подключении более 2 быть не может, так как время импульса t1 всегда > времени паузы t2.

Устройства на таймере 555

Устройства на таймере 555

Устройства на таймере 555

555 — интегральная схема, универсальный таймер — устройство для формирования (генерации) одиночных и повторяющихся импульсов со стабильными временными характеристиками. Впервые выпущен в 1971 году компанией Signetics под обозначением NE555. Функциональные аналоги оригинального NE555 выпускаются во множестве биполярных и КМОП-вариантов. Сдвоенная версия 555 выпускается под обозначением 556, счетверенная — под обозначением 558.

Представляет собой асинхронный RS-триггер со специфическими порогами входов, точно заданными аналоговыми компараторами и встроенным делителем напряжения.

Применяется для построения различных генераторов, модуляторов, реле времени, пороговых устройств и прочих узлов электронной аппаратуры. В качестве примеров применения микросхемы-таймера можно указать функции восстановления цифрового сигнала, искажённого в линиях связи, фильтры дребезга, двухпозиционные регуляторы в системах автоматического регулирования, импульсные преобразователи напряжения, устройства широтно-импульсного регулирования, таймеры и др.

Содержание

История разработки и модификации [ править | править код ]

Летом 1970 года США находились в экономическом кризисе. Микроэлектронная компания Signetics сократила половину персонала. Среди уволенных оказался и схемотехник Ганс Камензинд, разрабатывавший на Signetics микросхемы ФАПЧ. Камензинд продолжил работу над аналоговыми схемами у себя в гараже. Вначале он отладил схему интегрального ГУН с частотой, не зависевшей от напряжения питания. Схема ФАПЧ, впоследствии выпускавшаяся под именем NE566, содержала все структурные блоки будущего таймера 555 — делитель напряжения, компараторы, триггер и аналоговый ключ [1] . Она вырабатывала колебания треугольной формы, амплитуда которых была задана внутренним делителем, а частота — внешней частотозадающей RC-цепью.

Камензинд сумел продать разработку бывшему работодателю, а затем предложил доработать ИС 566, превратив её в ждущий мультивибратор — генератор одиночных импульсов. Идея встретила сопротивление: оппоненты полагали, что дешёвый интегральный таймер подорвёт сложившийся рынок операционных усилителей и стабилитронов, и только благодаря вмешательству руководителя продаж Арта Фьюри проект получил одобрение. Фьюри и придумал ему название NE555 (NE — префикс Signetics) [2] . Долгое время Камензинду не удавалось упаковать схему в дешёвый восьмивыводной корпус — модифицированный 556 получался девятивыводной. Решением стала замена встроенного генератора стабильного тока, заряжавшего времязадающий конденсатор, на обычный резистор. В микросхеме ГУН такая замена была недопустимой, в микросхеме таймера она оказалась оправданной. Ещё пять месяцев заняла подготовка отлаженной на макете схемы к производству. За это время сотрудники Signetics, ушедшие к конкурентам вместе с разработкой Камензинда, успели запустить её в серию, но с началом продаж настоящего NE555 отказались от этого проекта. По настоянию Фьюри NE555 продавался по беспрецедентно низкой для своего времени стартовой цене в 75 центов — в 1971 году никто из конкурентов не был готов к соперничеству на такой отметке [3] . Микросхема содержала 23 транзистора, 16 резисторов и 2 диода [4] .

По мере удешевления производства выпуск 555 освоили и конкуренты. Российскими аналогами таймеров типа 555 являются КР1006ВИ1, КР1008ВИ1 и КР1087ВИ2. КР1087ВИ3 — сдвоенный таймер (аналог 556); КР1087ВИ1 — счетверённый таймер (аналог 558). Следует заметить, что таймер КР1006ВИ1 по своей логике работы имеет одно отличие от прототипа NE555, а именно вход останова R отечественной микросхемы имеет приоритет над входом запуска S, тогда как у других микросхем — наоборот. Данное обстоятельство не отражено в официальной документации к микросхеме КР1006ВИ1 и потому нередко становилось причиной проблем у неискушённых радиолюбителей. К счастью, в большинстве конструкций, где используется таймер, приоритеты входов R и S не играют роли. Также выпускаются различные экономичные модификации таймера, выполненные по КМОП-технологии, например это микросхемы ICM7555IPA, GLC555 и их отечественный аналог КР1441ВИ1. Первую КМОП-версию начали выпускать ещё в 1970-е годы на Intersil [5] .

Описание и основные параметры схемы [ править | править код ]

Микросхема состоит из делителя напряжения с двумя опорными напряжениями для сравнения, двух прецизионных компараторов (низкого и высокого уровней), RS-триггера с дополнительным входом сброса, транзисторного ключа с открытым коллектором и выходного усилителя мощности для увеличения нагрузочной способности.

Номинальное напряжение питания базовой версии микросхемы может находиться в пределах 4,5…16,5 В. Некоторые модификации работоспособны до 18 В. КМОП-версии отличаются возможностью работы при пониженном напряжении питания (от 2 В).

Потребляемый микросхемой ток может достигать величины 6…15 мА в зависимости от напряжения питания (6 мА при VCC = 5 В и 15 мА при VCC = 15 В). Типовое потребление бывает меньше и обычно составляет 3…10 мА в состоянии низкого уровня и 2…9 мА — в состоянии высокого. Ток потребления КМОП-версий таймера не превышает сотен микроампер.

Максимальный выходной ток для отечественной КР1006ВИ1 и КМОП-версий таймера составляет 100 мА. Большинство ныне выпускаемых зарубежных аналогов, выполненных по биполярной технологии, допускает выходной ток до 200 мА и более.

Особенности и недостатки [ править | править код ]

Применённая схема неотключаемого внутреннего делителя напряжения на входе троичного компаратора делает невозможным независимую установку напряжений сравнения верхнего и нижнего компараторов, что уменьшает область возможного применения микросхемы. В этих случаях можно применить микросхему двойного компаратора с двумя встроенными логическими элементами 3И-НЕ для построения RS-триггера NE521 [6] .

К недостаткам биполярного таймера также можно отнести значительный импульсный ток потребления (до 300—400 мА) в моменты переключения таймера. Этот ток вызван сквозными токами выходного каскада микросхемы. С данной особенностью связана рекомендация подключать между выводом 5 («контроль делителя») и минусом питания блокирующий конденсатор на 0,01…0,1 мкФ. Он защищает внутренний делитель микросхемы от помех, наводимых по цепи питания в моменты переключения таймера, что устраняет нестабильность его запуска и повышает общую надёжность схемы. Для аналогичных целей микросхему рекомендуется шунтировать по цепи питания керамическим конденсатором ёмкостью 1 мкФ, который располагается в непосредственной близости к микросхеме. Следует заметить, что указанный недостаток практически устранён в КМОП-версиях таймера, поэтому применение с ними дополнительных конденсаторов обычно не требуется.

Расположение выводов и обозначение на схемах [ править | править код ]

NE555 чаще всего выпускается в корпусе PDIP8 и SO8, но встречаются и другие варианты корпуса. На схемах обычно обозначается в виде прямоугольника с надписью «G1/GN», которая расшифровывается как специализированный генератор, используемый для формирования одиночных импульсов или серий импульсов. Расположение выводов является стандартным для всех однотипных микросхем:

  1. Земля –
  1. Запуск
  1. Выход
  1. Сброс
  1. Контроль
  1. Останов
  1. Разряд
  1. Питание +
Читайте также:  Точилка для сверл по металлу
№ вывода
NE555
№ вывода
NE556
ОбозначениеАльтер-
нативное
обозначение
НазначениеОписание
17GND-UОбщийОбщий провод, минус питания
26 / 8TRIGSЗапускКогда напряжение на этом выходе становится ниже 1/3 от VCC, на выходе появляется напряжение высокого уровня, начинается отсчёт времени.
35 / 9OUTQ или без
обозначения
ВыходНа этом выводе формируется одно из двух напряжений, примерно соответствующих GND и VCC — 1,5 В, в зависимости от состояния таймера.
44 / 10RESETEСброс (разрешение запуска)При подаче на этот вход напряжения менее 0,7 В выход микросхемы принудительно переходит в состояние низкого уровня (переключается на GND). Это происходит независимо от состояния других входов, то есть данный вход имеет наивысший приоритет. Другими словами, высокий уровень напряжения на данном входе (более 0,7 В) разрешает запуск таймера, в противном случае запуск запрещён.
53 / 11CTRLURУправление (контроль делителя)Подключен напрямую к внутреннему делителю напряжения. При отсутствии внешнего сигнала имеет напряжение 2/3 от VCC. Определяет пороги останова и запуска.
62 / 12THRRОстановКогда напряжение на этом выводе превышает напряжение на выводе CTRL, на выходе устанавливается напряжение низкого уровня, интервал заканчивается. Останов возможен, если на вход TRIG не поступает сигнал запуска, так как вход TRIG имеет приоритет над THR (исключение — микросхема КР1006ВИ1).
71 / 13DIS или ¤ Режимы работы NE555 [ править | править код ]

Прецизионный триггер Шмитта [ править | править код ]

Если на соединенные входы THRES и TRIG подать входной сигнал, то NE555 будет работать в режиме инвертирующего прецизионного триггера Шмитта. Величина гистерезиса определяется встроенным делителем и равна трети напряжения питания.

Одновибратор [ править | править код ]

Устройства на таймере 555

Входной импульс низкого уровня на входе INPUT вызывает переключение таймера в режим отсчёта времени (на выходе OUTPUT высокий уровень), который длится заданный промежуток времени t = 1 , 1 ⋅ R ⋅ C <displaystyle t=1,1cdot Rcdot C> Устройства на таймере 555, а затем таймер переключается обратно в стабильное состояние (низкий уровень на выходе OUTPUT).
Стоит отметить два факта:

  1. Появление низкого уровня на входе RESET переключает таймер в стабильное состояние и переводит выход OUTPUT на низкий уровень.
  2. Пока на входе INPUT остаётся низкий уровень, выход OUTPUT всегда имеет высокий уровень.

Мультивибратор [ править | править код ]

Устройства на таймере 555

Напряжение на выходе OUTPUT периодически меняется, генерируются прямоугольные импульсы, описываемые следующими уравнениями:
Длительность высокого уровня t 1 = ln ⁡ 2 ⋅ ( R 1 + R 2 ) ⋅ C = 0 , 693 ⋅ ( R 1 + R 2 ) ⋅ C <displaystyle t_<1>=ln 2cdot (R1+R2)cdot C=0,693cdot (R1+R2)cdot C> Устройства на таймере 555,
низкого — t 2 = ln ⁡ 2 ⋅ R 2 ⋅ C = 0 , 693 ⋅ R 2 ⋅ C <displaystyle t_<2>=ln 2cdot R2cdot C=0,693cdot R2cdot C> Устройства на таймере 555
Период T = ln ⁡ 2 ⋅ ( R 1 + 2 ∗ R 2 ) ⋅ C = 0 , 693 ⋅ ( R 1 + 2 ∗ R 2 ) ⋅ C <displaystyle T=ln 2cdot (R1+2*R2)cdot C=0,693cdot (R1+2*R2)cdot C> Устройства на таймере 555
Частота f = 1 ln ⁡ 2 ⋅ ( R 1 + 2 ∗ R 2 ) ⋅ C <displaystyle f=<frac <1><ln 2cdot (R1+2*R2)cdot C>>> Устройства на таймере 555
Например, при номиналах

R 1 = 5 k O h m = 5000 O h m <displaystyle R1=5kOhm=5000Ohm> Устройства на таймере 555, R 2 = 2 k O h m = 2000 O h m <displaystyle R2=2kOhm=2000Ohm> Устройства на таймере 555, C = 47 μ F = 0 , 000047 F <displaystyle C=47mu F=0,000047F> Устройства на таймере 555имеем: t 1 = ln ⁡ 2 ⋅ ( R 1 + R 2 ) ⋅ C = 0 , 693 ⋅ 7000 ⋅ 0 , 000047 = 0 , 227997 ( s e c ) <displaystyle t_<1>=ln 2cdot (R1+R2)cdot C=0,693cdot 7000cdot 0,000047=0,227997(sec)> Устройства на таймере 555t 2 = ln ⁡ 2 ⋅ R 2 ⋅ C = 0 , 693 ⋅ 2000 ⋅ 0 , 000047 = 0 , 065142 ( s e c ) <displaystyle t_<2>=ln 2cdot R2cdot C=0,693cdot 2000cdot 0,000047=0,065142(sec)> Устройства на таймере 555T = ln ⁡ 2 ⋅ ( R 1 + 2 ∗ R 2 ) ⋅ C = 0 , 693 ⋅ 9000 ⋅ 0 , 000047 = 0 , 293139 <displaystyle T=ln 2cdot (R1+2*R2)cdot C=0,693cdot 9000cdot 0,000047=0,293139> Устройства на таймере 555f = 1 ln ⁡ 2 ⋅ ( R 1 + 2 ∗ R 2 ) ⋅ C = 1 0 , 693 ⋅ 9000 ⋅ 0 , 000047 = 1 0 , 293139 = 3 , 41135 ( H z ) <displaystyle f=<frac <1><ln 2cdot (R1+2*R2)cdot C>>=<frac <1><0,693cdot 9000cdot 0,000047>>=<frac <1><0,293139>>=3,41135(Hz)> Устройства на таймере 555

Если необходимая длительность низкого уровня больше длительности высокого (Скважность >2) необходимо дополнить приведённую схему диодом, анод которого подключен к выводу 7, а катод к выводу 6 микросхемы NE555. В этом случае конденсатор С будет заряжаться через резистор R1 (а R2 при этом будет накоротко замкнут диодом) и длительность высокого уровня будет определяться формулой
t 1 = ln ⁡ 2 ⋅ R 1 ⋅ C = 0 , 6931472 ⋅ R 1 ⋅ C <displaystyle t_<1>=ln 2cdot R1cdot C=0,6931472cdot R1cdot C> Устройства на таймере 555,
При разрядке же ток будет протекать от конденсатора С , через резистор R2 до контакта 7 микросхемы — DISCHARGE, как раз предназначенного для разрядки конденсатора. Резистор R1 в разрядке не участвует и, соответственно, длительность низкого уровня составит :
t 2 = ln ⁡ 2 ⋅ R 2 ⋅ C = 0 , 6931472 ⋅ R 2 ⋅ C <displaystyle t_<2>=ln 2cdot R2cdot C=0,6931472cdot R2cdot C> Устройства на таймере 555
Полный период T = ln ⁡ 2 ⋅ ( R 1 + R 2 ) ⋅ C = 0 , 69314172 ⋅ ( R 1 + R 2 ) ⋅ C <displaystyle T=ln 2cdot (R1+R2)cdot C=0,69314172cdot (R1+R2)cdot C> Устройства на таймере 555
Частота f = 1 ln ⁡ 2 ⋅ ( R 1 + R 2 ) ⋅ C <displaystyle f=<frac <1><ln 2cdot (R1+R2)cdot C>>> Устройства на таймере 555
Таким образом, подключив переменный резистор к выводам микросхемы 8 — Vcc и 2 — TRIGGER, а скользящий контакт к выводу 7 — DISCHARGE, можно получить простейший ШИМ регулятор с постоянной частотой и плавной регулировкой коэффициента заполнения в диапазоне 1..99 %
Например, при

R 1 = 2 , 5 k O h m = 2500 O h m <displaystyle R1=2,5kOhm=2500Ohm> Устройства на таймере 555, R 2 = 7 , 5 k O h m = 7500 O h m <displaystyle R2=7,5kOhm=7500Ohm> Устройства на таймере 555, C = 147 μ F = 0 , 000147 F <displaystyle C=147mu F=0,000147F> Устройства на таймере 555имеем: t 1 = ln ⁡ 2 ⋅ R 1 ⋅ C = 0 , 6931472 ⋅ 2500 ⋅ 0 , 000147 = 0 , 2547316 ( s e c ) <displaystyle t_<1>=ln 2cdot R1cdot C=0,6931472cdot 2500cdot 0,000147=0,2547316(sec)> Устройства на таймере 555t 2 = ln ⁡ 2 ⋅ R 2 ⋅ C = 0 , 6931472 ⋅ 7500 ⋅ 0 , 000147 = 0 , 7641948 ( s e c ) <displaystyle t_<2>=ln 2cdot R2cdot C=0,6931472cdot 7500cdot 0,000147=0,7641948(sec)> Устройства на таймере 555T = ln ⁡ 2 ⋅ ( R 1 + R 2 ) ⋅ C = 0 , 6931472 ⋅ 10000 ⋅ 0 , 000147 = 1 , 0189264 <displaystyle T=ln 2cdot (R1+R2)cdot C=0,6931472cdot 10000cdot 0,000147=1,0189264> Устройства на таймере 555f = 1 ln ⁡ 2 ⋅ ( R 1 + R 2 ) ⋅ C = 1 0 , 6931472 ⋅ 10000 ⋅ 0 , 000147 = 1 1 , 0189264 = 0 , 9814252 ( H z ) <displaystyle f=<frac <1><ln 2cdot (R1+R2)cdot C>>=<frac <1><0,6931472cdot 10000cdot 0,000147>>=<frac <1><1,0189264>>=0,9814252(Hz)> Устройства на таймере 555

Микросхема серии 555 (NE555, SE555, NA555, SA555 и их аналоги) представляет собой доступный и дешевый таймер – устройство для генерации импульсов с определенными временными характеристиками. На базе этих микросхем может быть построено множество простых устройств – от регулятора оборотов электродвигателя до реле времени и стабилизатора напряжения.
В статье речь пойдет об одном из наиболее распространенных применений NE555 – диммере для регулировки яркости светодиодов, который можно приспособить под самодельный ночник.

Часть 1. Электроника.

Схема устройства представлена ниже:

Устройства на таймере 555

Диоды VD1 и VD2 можно брать любые, например 1N4148. R1 регулирует яркость светодиодов VD3-VD9. Переменный резистор можно взять совмещенный с выключателем, такой вариант будет хорошо смотреться в стилизации под старые керосиновые лампы, в которых яркость пламени контролировалась специальной ручкой. Если же вы не планируете менять яркость светильника, то подойдет любой подстроечный резистор, выставленный на подходящее значение. Конденсатор C3 может быть и меньшего номинала, либо его вообще может не быть – схема все равно запустится, однако в таком случае диммер будет издавать едва слышимый писк.

Устройства на таймере 555

Устройства на таймере 555

Светодиоды разделены на две группы по 4 и 3 светодиода. Их, конечно же, может быть больше или меньше, но нужно помнить, что от количества и мощности светодиодов зависит выбор транзистора VT1. Для небольшого количества маломощных светодиодов, как у меня, подойдет любой NPN транзистор, даже КТ315 или его зарубежные аналоги. Для более “прожорливой” нагрузки (например, светодиодной ленты и мощных светодиодов) лучше выбрать транзистор типа EB13005, который можно найти в любой энергосберегающей лампе, или широко распространенный полевой транзистор IRFZ44N.

NE555 обладает широким диапазоном питающего напряжения, поэтому для схемы можно использовать любой подходящий блок питания (например от ноутбука) или зарядку от телефона. Питать диммер от батареек или акумуляторов не рекомендуется, так как схема включения светодиодов с ограничительными резисторами не предполагает достаточно высокого КПД, и источник питания быстро разрядятся.

От напряжения будет зависеть количество светодиодов и сопротивление их токоограничительных резисторов. Если вы знаете, как оно расчитывается, смело переходите к следующей части, если нет – потратьте пару минут на прочтение краткого руководства.

Итак, сопротивление вычисляется по формуле:
R = Uпит – Uсв / Iсв, где
R – сопротивление токоограничительного резистора;
Uпит – напряжение питания схемы;
Uсв – падение напряжения на светодиоде;
Iсв – ток питания светодиода.

Значения Uсв и Iсв различаются в зависимости от цвета и мощности светодиодов, его следует уточнять в документации к конкретной модели. Если же документации нет (что норма для подавляющего большинства китайской продукции), то можно воспользоваться усредненными значениями из таблицы:

Падение напряжения на светодиоде (вольт)

Ток питания светодиода (ампер)

Читайте также:  Правило для ножей как называется

* Для светодиодов 1 Ватт и более необходим радиатор для охлаждения.
** Ток в 0.05-0.07 А требуется для сверхярких белых светодиодов.

Представленные в таблице параметры приблизительны. Так, например, у 5-миллиметровых светодиодов ток питания может варьироваться в достаточно широком диапазоне – от 5 до 35 мА, однако при минимальном значении они будут светиться тускло, а при максимальном быстро перегреются и выйдут из строя.

Теперь воспользуемся приведенной выше формулой и рассчитаем сопротивление резистора для цепочки из четырех последовательно соединенных светодиодов: трех желтых и одного белого. Пусть напряжение питания схемы составляет 12 вольт.

Для начала узнаем падение напряжения на всей цепочке по формуле
Uсв = U1 + U2 + . + Un, где
U1, U2, Un – напряжение падения на каждом светодиоде цепочки.
Uсв = 1.9 + 1.9 + 1.9 + 2.5 = 8.2 вольт.

Ток при последовательном соединии не изменяется, то есть на всех элементах цепи его значение будет равно 0.02 А.

Переходим к расчету сопротивления:
R = 12 – 8.2 / 0.02 = 3.8 / 0.02 = 190 Ом.
Подбираем из стандартной линейки резистор, близкий к полученному результату – 200 Ом.

Заодно неплохо бы рассчитать и минимальную мощность резистора:
P = (Uпит – Uсв) * Iсв
P = (12 – 8.2) * 0.02 = 3.8 * 0.02 = 0.076 Вт
Ближайший по мощности – 0.125 Вт, но можно выбрать и с запасом – 0.25 Вт.

Резистор может быть и большего сопротивления (в разумных пределах). При сборке схемы я не нашел у себя резистор в 300 Ом и заменил его на 470 Ом, ограничив ток до 0.015 А. Благодаря тому, что соотношение ток/яркость у светодиодов носит нелинейный характер, такая замена не сильно сказалась на конечном результате.

Теперь вы знаете, как самостоятельно расчитать номиналы, подходящие под ваши нужды. Комбинируя различные цвета, можно получить красивые сочетания и оттенки, которые сделают ночник более “волшебным”. Так сочетание оранжевого и теплого белого дают приятный персиковый цвет, а из желтого и зеленого получится мягкий цвет “зеленой лужайки”.

Читайте также:  Когда изобрели нержавеющую сталь

Часть 2. Внешний вид.

Как известно, собранная и рабочая плата – это только половина устройства. Не менее важно и оформление, а с ним зачастую возникают проблемы. Хорошо, если у вас есть подходящий корпус от какого-нибудь китайского ночника за $1, но если нет, не нужно отчаиваться, простые и оригинальные решения могут найтись в самом неожиданном месте. Например, в ванной.
Итак, нам понадобятся:
1. Пустая пластиковая банка (к примеру, от кондиционера для волос) – 1 шт.
2. Крышки от этой и еще одной такой же банки – 2 шт.
3. Матовая самоклейка с рисунком.
4. Кусочек наждачной бумаги.
5. Жидкость для снятия лака или ацетон.

Устройства на таймере 555

1. Освобождаем банку от наклеенной бумажки. С помощью жидкости для снятия лака удаляем остатки клея. Не забывайте хорошо проветривать помещение! Избавившись от клея, промываем банку теплой водой с мылом и высушиваем ее.
2. Мелкой шкуркой матируем поверхность банки. Отрезаем кусочек самоклейки подходящей длины и ширины, обклеиваем им банку по окружности. Подбирайте такой рисунок, который будет хорошо и красиво рассеивать свет.
3. Теперь приклеиваем одну крышку к нижней части банки – это будет “дно” лампы. Вы можете предварительно окрасить крышки из баллончика, а можете оставить как есть – тогда они будут просвечиваться светодиодами, создавая дополнительный эффект.

Устройства на таймере 555

4. Во второй крышке сверлим отверстие под провод питания (и, если нужно, под переменный резистор). Их расположение зависит от выбранной конструкции: в подвесном светильнике отверстие под провод лучше располагать в центре крышки, в настольном – сбоку. Кроме того, в настольном варианте плату удобнее располагать внизу светильника, то есть приклеенное “дно” окажется сверху, а прикручиваемая крышка с платой внутри – снизу, так как незаметно лежащий на столе провод выглядит эстетичнее, чем свисающий откуда-то сверху. Продеваем провод в отверстие и припаиваем его к плате. Не забудьте также про разъем для подключения к блоку питания и выключатель, их можно сделать навесными. Саму плату можно закрепить с обратной стороны крышки силиконовым клеем.

5. Прикручиваем верхнюю крышку.

Устройства на таймере 555

Осталось только соорудить какое-нибудь крепление, если вы планируете делать ночник подвесным.
Светильник готов!