Hacer el temporizador 555 más rápido del mundo o usar una versión IC moderna
Si no está familiarizado con el temporizador 555, basta con decir que este circuito integrado versátil es probablemente el más exitoso jamás diseñado y se ha utilizado en innumerables diseños, muchos de los cuales están lejos de la intención original. Desde su introducción, el legendario 555 ha ganado el favor tanto de diseñadores profesionales como de aficionados, y sigue siendo utilizado en proyectos por ambos campos. Las nuevas versiones del IC aún están agotadas, y las versiones discretas están diseñadas para divertirse, una tentación que no pude resistir después del comienzo de este artículo.
Si cree que los 555 son iguales, piénselo de nuevo. En la actualidad, algunos fabricantes continúan produciendo el 555 en la fórmula bipolar original y en CMOS menos potentes. Si bien la versión de lata de metal ya no está disponible, el DIP-8 todavía está disponible, al igual que los nuevos paquetes de montaje en superficie hasta el chip. Algunos proveedores también han comenzado a crear variantes simplificadas para reducir la adición. Finalmente, puede armar su propia versión de algunas partes si necesita algo que las ofertas comerciales no sirven, o simplemente quiere un proyecto divertido de fin de semana. En mi caso, se me ocurrió lo que probablemente sea el 555 más rápido, aunque ahorré algunos gastos al hacerlo.
Siga para un recorrido por el estado actual del 555 y puede inspirarlo a diseñar algo completamente nuevo con esta pieza más versátil.
¿Qué hay en la caja?
Los primeros 555 temporizadores, NE555V / SE555T de Signetics, se produjeron hace más de 47 años. Diseñada por Hans Camenzind, esta pieza finalmente vendió más de mil millones de unidades al año y se usó en todo, desde juguetes para niños hasta naves espaciales; la tecnología bipolar original 555 no requería endurecimiento radial, solo pruebas muy rigurosas, para la calificación espacial. Hans, lamentablemente, falleció en 2012, pero puedes escuchar algunos clips de él discutiendo sobre el 555 en el sitio web del Transistor Museum. En esa entrevista, relata cómo Signetics decidió no patentar el diseño. En ese momento, Silicon Valley disfrutaba de una cultura de destrucción mutuamente asegurada en relación con la propiedad intelectual: las empresas eran libres de robarse ideas unas a otras, confiando en saber que el primero en presentar una patente recibiría una respuesta abrumadora a todas sus propias infracciones. Este entorno permitió que muchos proveedores trajeran versiones del 555, manteniendo los precios bajos y aumentando el atractivo de la fiesta para los diseñadores.
La Arte de la electrónica llamado el kit de piezas 555, y esa es probablemente la mejor descripción general que se le puede ocurrir. En el interior, encontrará un divisor de voltaje que produce referencias a 1/3 y 2/3 del voltaje de suministro. Uno de los dos comparadores se dispara cuando el voltaje en el pin TRIGger es menor que la referencia inferior o el del pin THREShold es mayor que el superior. Las salidas de los comparadores conducen a un cerrojo digital, que también se puede restablecer mediante una señal externa activa baja. Finalmente, la salida del perno acciona los pines ELITE y DISCHarge, este último generalmente se usa para descargar un capacitor externo durante la parte alta del ciclo de salida.
¿Qué puedes hacer con estas piezas? Quizás el uso más común sea como multivibrador constante o como oscilador de relajación RC. En esta función, una resistencia y un condensador externos establecen la constante de tiempo para la oscilación. Aunque el diseño bipolar original tenía dificultades para generar pulsos de salida hasta un ciclo de trabajo del 50%, las variantes CMOS pueden manejar esto usando una sola resistencia desde la salida hasta el capacitor. Si bien puede producir un oscilador flojo similar a partir de nada más que un inversor de disparo Schmitt (ST), la precisión de frecuencia resultante será pobre, ya que el nivel de histéresis en las entradas ST no está muy bien controlado: la sincronización varía de una parte a otra. Al utilizar el divisor de voltaje y la estructura de comparación de ventanas del 555, obtiene una mejor precisión y estabilidad de frecuencia, así como mucha flexibilidad de diseño.
Sin embargo, el 555 no es solo un oscilador. También se puede usar en modo monoestable (monomodo), produciendo un ancho de pulso de salida fijo en respuesta a una señal baja en la entrada de SALIDA. En este modo, aplicar voltaje al pin CONTrol le permite modular el ancho del pulso de salida. Me sorprende la frecuencia con la que se usa: en la última semana, escuché de dos personas que descubrieron que los 555 se usan para LED de atenuación PWM en productos comerciales. Más allá de lo básico, el 555 se puede usar para generadores de secuencia de tiempo, modulación de posición de pulso, retardos de tiempo, generadores de rampa con la adición de una fuente de corriente y una gran cantidad de otras aplicaciones.
El hecho de que se use con tanta frecuencia no significa que el 555 sea amado universalmente. Una columna de EDN de 2011 comparte algunas lecciones poco aprendidas sobre 555 fallas y el hecho de que a una leyenda analógica, Bob Pease, no le gustó el papel en absoluto. Sin embargo, es barato, fácil de usar y lo suficientemente bueno para muchas, muchas aplicaciones.
¿Por qué no un microcontrolador?
Debido a su versatilidad, no es de extrañar que este circuito integrado continúe encontrando uso. Pero, a la edad de microcontroladores de $ 0.03, uno tiene que preguntarse si el 555 eventualmente perderá terreno. Además de la increíble variedad de diseños innovadores y trucos para construir, todavía hay muchas razones para elegir esta pieza en lugar de una solución de microcontrolador, que incluyen:
- No se requiere programación
- Sin software
- Sin costos NRE (ingeniería no recurrente) por programación y depuración
- Sin código de carga de tiempo de fabricación
- Voltaje de suministro amplio
- Sin bitrot de memoria flash o errores leves de rayos cósmicos o picos de voltaje
- Sin estados de programa bloqueados o bloqueados; no se necesita un perro guardián
David dice:
Estoy buscando un multivibrador monoestable reinstalable con un ancho de pulso de 500ns, cualquier idea que necesite para conectarse a tierra en ese momento ... gracias a todos
Moryc dice:
PIC10F320 por ejemplo ...
Ted Yapo dice:
74HC123? Dependiendo de qué tan "conectado" a tierra necesite la salida, es posible que necesite un MOSFET externo para cambiar su carga a tierra para corrientes más altas.
David dice:
muy baja corriente es el pin IDE PATA .. gracias por la entrada
micro piedra dice:
Comience con un inversor Schmitt dual 74LVC2G14. Conecte su señal de entrada (pulso alto) a la entrada de un inversor, luego conecte una resistencia de 10k entre ese nodo y la entrada del segundo inversor. Conecte un condensador de 50pF entre la entrada del segundo inversor y GND.
Cuando la entrada es baja, ambas salidas serán altas. Cuando envía la entrada alta, la salida del primer inversor bajará y la salida del segundo inversor bajará unos 500ns más tarde. El ancho de pulso es en gran medida independiente del retardo de propagación a través de los inversores, ya que ambos inversores tendrán aproximadamente el mismo retardo (<10ns para lógica LVC).
Conecte la fuente de P-mosfet a la salida del segundo inversor y su puerta a la salida del primer inversor. Conecte una resistencia de 10k entre el drenaje y GND.
Cuando la entrada es baja y ambas salidas son altas, el Vgs del P-mosfet es 0V, por lo que el mosfet se cerrará. Su voltaje de drenaje será 0V.
Cuando la entrada es alta, el voltaje de la puerta del mosfet cae a 0 V, lo enciende y envía el voltaje de vacío a VCC. 500ns más tarde, el voltaje de la fuente cae a 0V, tirando del voltaje de vacío y Vgs a 0V.
Por sí solo, ese circuito no se reinicia. Para agregar la reinstalación, coloque una tapa de 50pF en paralelo con una resistencia de 10k entre la entrada del primer inversor y GND, luego conecte un diodo entre la señal de entrada y la entrada del primer inversor. Cuando la entrada es alta, cargará el nuevo límite de 50pF, manteniendo alta la entrada del primer inversor durante aproximadamente 500ns. Si la entrada baja y sube nuevamente, simplemente recargará la tapa, proporcionando un reencendido.
El factor limitante del ancho del pulso es el tiempo de encendido / apagado del P-mosfet.
Se necesitará aproximadamente 1 us para que la salida del segundo inversor vuelva a ser alta después de que finalice un pulso, ya que el condensador retardado de 50pF debe descargarse con sus propios 10k y los 10k del circuito de reinstalación.
[TheDarkTiger] dice:
Ese es un comentario muy informativo. Gracias por explicarlo paso a paso.
Hoy en día no se usa tanto una analogía, y explicar su forma de pensar es agradable.fractura dice:
Gracias por esta publicación. Ahora he aprendido algunos trucos nuevos 🙂
David dice:
Gracias por tus consejos tendrás que probarlo!
Mike apedreado dice:
¿No tendría esto una huella más grande, una sincronización más pobre y un consumo de corriente peor que la solución de microprocesador al mismo precio?
Murray dice:
Como estudiante, uno de mis usos favoritos para el 555 fue como conductor de motor barato. Los disquetes muy antiguos usaban marcapasos NEMA23 grandes con alto voltaje. Empujar 180 mA a 12 V fue suficiente para controlar estos pasos y al alcance del NE555. Con 4 555, estos fueron los controladores de pasos más baratos que jamás haya construido.
B dice:
"Baste decir que este circuito integrado versátil es probablemente el más exitoso jamás diseñado"
Me pregunto cómo sería el concurso por este título. Defina el "éxito" como quiera y defina su causa.
Si podemos relajarnos, el "debe tener un bit constante en el número de pieza", ¿sugeriría que el amplificador operativo podría proyectarse más y enviar más piezas?
Ted Yapo dice:
Sí, Hans Camenzind habló precisamente sobre este punto en la entrevista vinculada anteriormente:
P: "¿Hay otros chips con tanta popularidad?"
R: "Se podría decir que el amplificador operacional es más grande, pero hay tantos amplificadores operacionales diferentes que tienen que especializarse; no hay un amplificador operacional perfecto, así que lo optimizas para diferentes parámetros. Debe haber 500 tipos de operación diferentes . "
Johan Carlsson dice:
Cuando traté de generar una onda cuadrada de 1.3 MHz con el LMC555, obtuve algo de modulación de baja frecuencia. Tuve más suerte con el TLC555, que también cuesta la mitad. Nunca escuché hablar del MIC1555, ¡pero acabas de hacerme pedir un puñado!
Comenzando con Forth dice:
Un poco de diversión: consulte el 555 con una interfaz en serie en https://www.elektormagazine.de/labs/simple-digital-timer
Max Brown dice:
Me pregunto si la proporción de activación de Schmitt corresponde a la proporción de oro; 1 / phi [~.618] y 1- (1 / phi) [~.382] podría tener algún significado cuando se usa junto con elementos discretos con valores en la misma proporción (oro). ¿Se comportaría el circuito de manera diferente a usar umbrales de 1/3 y 2/3?
micro piedra dice:
Sería un poco más difícil predecir la hora.
El tiempo 555 está controlado por curvas de carga / descarga RC, que son exponenciales. Cuando carga una tapa a través de una resistencia, el voltaje a través de la resistencia cae a 1 / e desde su valor original después de una constante RC (cada uno el valor de la resistencia más que el valor del condensador). 1 / e = 0,368, que se acerca bastante a 1/3.
Si comienza con 0 V a través de un condensador y lo conecta a una resistencia de voltaje a VCC, la tapa se cargará a 2/3 VCC a aproximadamente una constante RC. Si comienza con una tapa cargada a VCC y la conecta a una resistencia plegable a GND, el voltaje de la tapa caerá a 1/3 VCC a aproximadamente una constante RC.
Si carga continuamente una tapa de 1/3 VCC a 2/3 VCC, luego la descarga a 1/3 VCC nuevamente, el voltaje a través de la resistencia que carga la tapa cambia en un 50% en ambas direcciones. Se necesitan aproximadamente 0,7 RC tiempos constantes para esto, lo que facilita el cálculo de la frecuencia.
Enero 42 dice:
"Una cultura de destrucción mutuamente asegurada en relación con la propiedad intelectual: las empresas se han robado ideas libremente",
y eso es exactamente lo que se necesita, y por qué China se ha apoderado (y ha pasado por algunas cosas) de Estados Unidos. El actual sistema de patentes de EE. UU., Que se basa en abogados, no en innovación, y que obligan a otros países a seguir, acaba con la competencia ...
Cuando el sistema se centra más en lo que puede dejar de hacer a otras personas, en lugar de lo que puede hacer usted mismo, se rompe.
Mdl dice:
Este es un comentario subestimado. No.
Jamie Montgomerie (@th_in_gs) dice:
Estaba interesado en estos (pero no lo suficiente como para comprar algunos):
Micropower 555-like: https://www.jameco.com/z/CSS555-ID-Custom-Silicon-Solutions-CSS555-Micropower-Timer-DIP-8_2146433.html?CID=MERCH
Y su primo con límite de tiempo interno: https://www.jameco.com/z/CSS555C-ID-Custom-Silicon-Solutions-CSS555C-Micropower-Timer-with-Internal-Timing-Capacitor-DIP-8_2146450.html? CID = MERCH
Ambos también tienen contadores internos y cierto nivel de configuración.
individual dice:
De acuerdo, lea este artículo anoche, luego en la clase de hoy (primer año EE) se les enseñó todo sobre los comparadores y cómo funciona. Extraña coincidencia
Ren dice:
¡Podría hacerlo con 555!
Oh espera ...Mate dice:
Hola, estás diciendo que los modelos Microchip MIC1555 / 57 no se pueden usar para PWM, por supuesto que pueden hacerlo con el circuito de soporte adecuado. Subí 4 diagramas de circuitos a imgbb (aquí https://ibb.co/VjDtzCN, por favor, eche un vistazo); en realidad, es muy simple ajustar la relación marca / espacio incluso con una operación reducida.
Alister dice:
Buscando inspiración para impulsar el ultrasonido sin DDS o FPGA. No necesito los típicos voltajes altos, pero aún tengo que usar una interfaz de intercambio que necesita una lógica triste o un pwm de banda muerta. Quick uc podría hacer. Pero eso tiene todos los gastos indicados de los que podría prescindir.
Después de recibir la señal que necesita ... Yip. Comparador.
Tengo una visión de 3 de 555 y opamp.
Gracias por la inspiración.
Entonces, una vez que hayamos decidido optar por un circuito de tipo 555, es hora de mirar a nuestro alrededor y ver qué está disponible en 2019. Si bien aún puede comprar la receta original bipolar 555 con su límite de frecuencia de 100 kHz de varios proveedores. , las nuevas versiones de CMOS parecen ser la acción. Miré dos de esas propuestas.
TI LMC555
Paquete DSBGA a escala de chip LMC555. Las barras oscuras en el fondo son marcas de 1 mm según la regla del maquinista. (Click para agrandar)
El LMC555 de TI afirma ser el 555 con todas las funciones más pequeño y rápido disponible. Esta es una variante CMOS, con una frecuencia máxima de 3 MHz según la hoja de datos. Está disponible en una variedad de paquetes de 8 pines, incluidos DIP, SOIC y VSSSOP, en orden descendente de tamaño.
También está disponible la peor pesadilla del aficionado: 555 en un paquete BGA (juego de cuadrícula de bolas). Esta parte es más pequeña que dos resistencias 0603 una al lado de la otra. Si bien una versión incomprensible de DSBGA sería una gran hazaña, la existencia de un paquete tan pequeño plantea algunas preguntas interesantes. ¿Dónde se usa ahora este pequeño 555, y qué piratas informáticos usarían este nivel de miniaturización?
Tenga en cuenta también que si tiene acceso a un microscopio, puede tirar esta versión en su parte posterior y mirar los dados; no se necesitan ácidos fuertes ni aserrín. Puede ver el logotipo de National Semiconductor si mira lo suficientemente cerca. (TI compró NS en 2011).
Microchip "IttyBitty" MIC1555 / 57
Microchip ofrece su propia versión del concepto 555 con los temporizadores MIC1555 / 57, ambos en paquetes SOT23-5 pequeños pero relativamente pirateados. El precio que se paga por la huella más pequeña es la eliminación de algunos pines. El MIC1555, que se puede usar en el oscilador tradicional o en roles unilaterales, carece de las entradas de voltaje de contacto, DESCARGA y RESTABLECIMIENTO. Una consecuencia desafortunada es que las aplicaciones PWM han desaparecido. El MIC1557, por otro lado, combina TRIGger y THRESHold en un solo pin "T / T" y agrega un pin de selección de chip (CS). Esta versión no es en absoluto adecuada para una operación única; en su lugar, está diseñado como un oscilador con capacidad de apagado (<1 uA). La hoja de datos enumera una frecuencia constante máxima de 5 MHz para ambas partes, que al menos en papel es más rápida que la LMC555.
Ejecute su propio
Al observar las ofertas de tiempo reducido de Microchip, me pregunté qué podría hacer si construyera un circuito similar al 555 a partir de otras partes. La idea no es del todo nueva: el 555 construido a partir de transistores discretos se llevó uno de los premios del famoso Concurso 555, pero las posibilidades son bastante interesantes. Para entender el concepto, apunté a la velocidad bruta, eligiendo un par de comparadores de velocidad ADCMP600 y un pestillo de la puerta NOR doble 74LVC2G02. Los comparadores tienen un retardo de propagación de solo 3.5 ns, con las puertas NOR generalmente menos de 2 ns y ofrecen algunos de los bordes más rápidos que medí usando lógica CMOS. Debido a que el perno RS proporciona dos salidas, puede seleccionar pulsos normales o invertidos. Esto también permite obtener una salida (del puerto invertido) sin cargar la ruta de reacción.
El circuito resultante, que llamé FF555 (ver el proyecto completo en la-tecnologia.io), se construyó en una PCB con sello postal con 50,000 almohadillas cuadradas para conexiones externas. Usé resistencias de orificio y condensadores como componentes de tiempo para facilitar las pruebas. Para medir formas de onda precisas de la salida del inversor, utilicé una sonda de resistencia de 10: 1 que consta de una resistencia de 453 ohmios de 1/8 W y una longitud de cable RG174. La sonda proporciona una entrada de osciloscopio con acabado de 50 ohmios.
Las pruebas en modo constante han demostrado que el circuito es bastante robusto: oscilará felizmente sin RC añadido en absoluto. Con la salida conectada directamente al umbral y se dispara, oscila a 90,5 MHz, esta frecuencia está determinada principalmente por el retardo de propagación total (~ 5,2 ns) más algunos pequeños R y C del circuito en sí. Cuando se usa con valores RC típicos, funciona como se esperaba, alcanzando fácilmente las frecuencias UHF, con quizás un límite razonable de 50 MHz para la repetibilidad sin adaptarse a la dispersión individual entre unidades. La salida tiene bordes rizados, con la salida de inversión midiendo los tiempos pico de menos de 500 ps y los tiempos de caída alrededor de 800 ps. (Los NE555 bipolares suelen ser dos tamaños más lentos a 100 ns.) A estas velocidades, incluso los enlaces cortos deben tratarse como líneas de transmisión y terminarse correctamente para evitar reflejos.
Salida FF555. 1k / 100 nF (izquierda), 39 Ohm / 10 pF (derecha)
Aunque usar un oscilador RC flojo a decenas de MHz no es algo muy práctico, usar este circuito para pulsos no ambiguos muy cortos o PWM de alta frecuencia podría ser interesante. Esta versión tampoco cuesta nada en absoluto: hay comparadores de casi $ 10 en el tablero. A pesar de esto, creo que la versión de este experimento es que la arquitectura del 555 se puede traducir fácilmente a otros circuitos si necesitas algo especial o simplemente quieres jugar en un país analógico para cambiar.
¿Estas versiones modernas del temporizador IC clásico le brindan ideas para nuevas aplicaciones o mejoras a un truco 555 existente? ¿Puedes hacerlo más rápido? Háznoslo saber en los comentarios. Por otro lado, si desea leer más sobre el 555, eche un vistazo a algunos de los 541 (¡tan de cerca!) Artículos que nos hemos ocupado a lo largo de los años.
