LMC555 CMOS-timer: monostabil puls og LED-blinker

555-timeren er en af elektronikkens mest brugte kredse: med én modstand og én kondensator laver den en tidsforsinkelse, og med to modstande bliver den en oscillator. LMC555 fra Texas Instruments er en CMOS-udgave med samme benfordeling som NE555/LM555, men med langt lavere strømforbrug. Her gennemgår vi, hvad der sker inde i kredsen, og følger ét tryk på en knap fra start til slut.

Grundideen: to spændingsgrænser og en latch

Inde i LMC555 deler en kæde af tre lige store modstande forsyningsspændingen, så der opstår to referencer: 1/3 V+ og 2/3 V+. To komparatorer sammenligner hver sin indgang med en af disse referencer, og en latch (en lille hukommelse på én bit) husker, hvilken af dem der sidst slog til.

Når TRIGGER (ben 2) falder under 1/3 V+, sættes latchen: OUTPUT (ben 3) går HØJ, og afladningstransistoren på DISCHARGE (ben 7) slipper. Når THRESHOLD (ben 6) når op på 2/3 V+, nulstilles latchen: OUTPUT går LAV, og afladningstransistoren forbinder ben 7 til GND, så tidskondensatoren tømmes. RESET (ben 4) trukket LAV tvinger udgangen LAV uanset de andre ben. Databladet angiver rækkefølgen: RESET går forud for TRIGGER, som går forud for THRESHOLD.

Fordi både kondensatorens opladning og de to grænser skalerer med forsyningen, afhænger tiden næsten ikke af spændingen. Det er hele tricket ved 555'eren: tiden bestemmes af R og C, ikke af hvor præcist forsyningen er.

De otte ben

LMC555CMMX sidder i et 8-benet VSSOP-hus (TI-pakke DGK). Benfordelingen er den samme som i DIP- og SOIC-udgaverne:

  • 1 GND – stel.
  • 2 TRIGGER – under 1/3 V+ starter en puls (aktiv LAV-puls).
  • 3 OUTPUT – den drevne udgang.
  • 4 RESET – LAV stopper timeren; forbind til V+, når den ikke bruges.
  • 5 CONTROL VOLTAGE – 2/3-referencen; typisk 3,3 V ved 5 V forsyning.
  • 6 THRESHOLD – ved 2/3 V+ slutter pulsen.
  • 7 DISCHARGE – transistor til GND, der tømmer tidskondensatoren.
  • 8 V+ – forsyning, 1,5–15 V.
Top-view pinout for LMC555CMMX i VSSOP-8: venstre side ben 1 GND, 2 TRIGGER, 3 OUTPUT, 4 RESET; højre side ben 8 V+, 7 DISCHARGE, 6 THRESHOLD, 5 CONTROL. Ben 1 er markeret med en prik.
LMC555CMMX i VSSOP-8, set oppefra. Prikken markerer ben 1; benene tælles mod uret.

Kredsløbet: en LED, der lyser i 1,1 sekund

Vi bygger den klassiske monostabile kobling (en "one-shot"): hvert tryk på S1 giver én udgangspuls af fast længde, uanset hvor kort trykket er. R2 holder TRIGGER HØJ i hvile, og S1 trækker den LAV. R1 og C1 er tidsleddet; THRESHOLD og DISCHARGE er forbundet til samme knudepunkt. RESET er bundet til +5 V, og CONTROL har en 10 nF kondensator til GND mod støj. Forsyningen afkobles tæt ved kredsen med 100 nF parallelt med 1 µF, som TI anbefaler.

Diagram over monostabil LMC555-kobling: R2 10 kΩ fra +5 V til TRIGGER ben 2 og trykknap S1 til GND; R1 100 kΩ fra +5 V til ben 6 og 7, C1 10 µF fra ben 6/7 til GND; OUTPUT ben 3 via 1 kΩ og LED til GND; RESET ben 4 til +5 V; CONTROL ben 5 via 10 nF til GND; afkobling 100 nF og 1 µF.
Monostabil LED-timer med LMC555. Benene er tegnet i samme rækkefølge som i husets pinout.

Pulsens længde er tH = 1,1 · R1 · C1 = 1,1 · 100 kΩ · 10 µF ≈ 1,1 s. Faktoren 1,1 kommer af, at kondensatoren lades op fra 0 V til 2/3 V+, hvilket tager ln 3 ≈ 1,1 tidskonstanter. LED-strømmen er cirka (4,6 V − 2 V) / 1 kΩ ≈ 2,6 mA; databladet garanterer mindst 4,4 V på udgangen ved 2 mA belastning og 5 V forsyning, så det er rigeligt til en moderne LED.

Et komplet forløb, trin for trin

  1. Hvile: OUTPUT er LAV, LED'en er slukket, og afladningstransistoren holder C1 tæt på 0 V. R2 holder TRIGGER på +5 V.
  2. Tryk: S1 trækker TRIGGER under 1/3 V+ (ca. 1,7 V ved 5 V). Latchen sættes, OUTPUT går HØJ, LED'en tænder, og ben 7 slipper C1.
  3. Opladning: C1 lades op gennem R1, og spændingen på ben 6/7 stiger. Slip knappen igen: TI kræver, at TRIGGER er tilbage HØJ mindst 10 µs før tidsintervallet slutter.
  4. Slut: Når ben 6 når 2/3 V+ (ca. 3,3 V), nulstiller threshold-komparatoren latchen. OUTPUT går LAV, LED'en slukker, og ben 7 tømmer C1 hurtigt.
  5. Klar igen: Kredsen venter på næste tryk. Et ekstra tryk midt i pulsen forlænger den ikke, så længe knappen slippes i tide.
Tidsdiagram: TRIGGER på ben 2 får en kort LAV-puls; kondensatorspændingen på ben 6/7 stiger eksponentielt fra 0 V til den stiplede linje ved 2/3 V+ og falder derefter til 0; OUTPUT på ben 3 er HØJ fra triggerpulsen til 2/3-grænsen, tH = 1,1 · R1 · C1 ≈ 1,1 s.
Ét monostabilt forløb: triggerpulsen starter, 2/3 V+ på kondensatoren afslutter.

Byg den: VSSOP-8 kræver en adapter

LMC555CMMX er en SMD-kreds med kun 0,65 mm mellem benene, så den passer ikke direkte i et breadboard. Lod den på en MSOP/VSSOP-8-til-DIP-adapter med 0,65 mm benafstand, og kontrollér retningen ud fra ben 1-prikken, før du lodder. Kredsen er mærket ZC5 i TI's bestillingstabel. Delliste til eksemplet:

  • LMC555CMMX på VSSOP-8-adapter
  • R1 100 kΩ, R2 10 kΩ, LED-modstand 1 kΩ
  • C1 10 µF (elektrolyt: plus mod ben 6/7)
  • 10 nF keramisk på ben 5, 100 nF keramisk + 1 µF ved ben 8
  • Trykknap S1, en LED og en stabiliseret 5 V-forsyning

Gør den til en blinker (astabil drift)

Forbind TRIGGER og THRESHOLD (ben 2 og 6) med hinanden, fjern knappen, og sæt en modstand RA fra V+ til ben 7 og en modstand RB fra ben 7 til ben 2/6. Kondensatoren C går fra ben 2/6 til GND. Nu lades C op gennem RA + RB og aflades gennem RB, og kredsen svinger frit mellem 1/3 og 2/3 V+.

Ifølge databladet er tiden HØJ t1 = 0,693 · (RA + RB) · C og tiden LAV t2 = 0,693 · RB · C. Med RA = 10 kΩ, RB = 68 kΩ og C = 10 µF bliver t1 ≈ 0,54 s og t2 ≈ 0,47 s: cirka én blink i sekundet. I denne kobling er HØJ-tiden altid lidt længere end LAV-tiden; databladet viser en separat variant med 50 % duty cycle.

Grænser og typiske fejl

  • Forsyningen skal ligge mellem 1,5 og 15 V; 15 V er også den absolutte maksimalværdi.
  • Udgangen er ikke en effektdriver. Den absolutte grænse er 100 mA, men databladet specificerer kun udgangsniveauer ved 2 mA (HØJ) og 8 mA (LAV) ved 5 V. Brug en transistor eller MOSFET – og en friløbsdiode – til relæer og motorer.
  • VSSOP-huset må højst afsætte 555 mW ved 25 °C og har den højeste termiske modstand af TI's husvarianter.
  • Lad aldrig RESET svæve; forbind den til V+, når den ikke bruges, ellers kan timeren trigge falsk.
  • Holdes knappen inde længere end tH, forbliver OUTPUT HØJ, til TRIGGER slippes. Har du brug for en fast puls uanset trykket, så lav en kort triggerpuls, f.eks. med en kondensatorkobling.
  • Elektrolytkondensatorer har ofte ±20 % tolerance og en lækstrøm, der forlænger tiden. LMC555's egne indgangsstrømme er meget små (typisk 10 pA), så til præcise tider er en film- eller keramisk kondensator og en større modstand bedre.
  • Ved 5 V er udgangen kompatibel med TTL- og CMOS-logik ifølge TI. Ved lavere forsyning skalerer grænserne med V+, men LED-strømmen bliver mindre.

Relaterede guider

En RC-oscillator kan også bygges med Schmitt-trigger-porte, se guiden til MC14093B Schmitt-trigger. Vil du dele 555-takten ned, viser guiden til MC14027B J-K-flip-floppen, hvordan en flip-flop halverer en frekvens.

Produkt og kilde

Den lagerførte del er Texas Instruments LMC555CMMX/NOPB: LMC555 i 8-benet VSSOP (pakke DGK) på stor rulle, −40 til 85 °C. Pinout, tærskler, tidsformler, forsynings- og udgangsgrænser er kontrolleret mod TI-databladet SNAS558N (revideret marts 2024).

Se LMC555CMMX/NOPB-produktsiden · Læs TI-databladet