Полный аналог

Цифровые микросхемы транзисторы.

Микросхемы ТТЛ (74…).

На рисунке показана схема самого распространенного логического элемента — основы микросхем серии К155 и ее зарубежного аналога — серии 74. Эти серии принято называть стандартными (СТТЛ). Логический элемент микросхем серии К155 имеет среднее быстродействие t_{зд,р,ср.}= 13 нс. и среднее значение тока потребления I_пот = 1,5…2 мА. Таким образом, энергия, затрачиваемая этим элементом на перенос одного бита информации, примерно 100 пДж.

Для обеспечения выходного напряжения высокого уровня U¹_вых. 2,5 В в схему на рисунке потребовалось добавить диод сдвига уровня VD4, падение напряжения на котором равно 0,7 В. Таким способом была реализована совместимость различных серий ТТЛ по логическим уровням. Микросхемы на основе инвертора, показанного на рисунке (серии К155, К555, К1533, К1531, К134, К131, К531), имеют очень большую номенклатуру и широко применяются.

При совместном использовании микросхем ТТЛ высокоскоростных, стандартных и микромощных следует учитывать, что микросхемы серии К531 дают увеличенный уровень помех по шинам питания из-за больших по силе и коротких по времени импульсов сквозного тока короткого замыкания выходных транзисторов логических элементов. При совместном применении микросхем серий К155 и К555 помехи невелики.

Выходы однокристальных, т. е. расположенных в одном корпусе, логических элементов ТТЛ, можно соединять вместе. При этом надо учитывать, что импульсная помеха от сквозного тока по проводу питания пропорционально возрастет. Реально на печатной плате остаются неиспользованные входы и даже микросхемы (часто их специально «закладывают про запас») Такие входы логического элемента можно соединять вместе, при этом ток I^o_вх. не увеличивается. Как правило, микросхемы ТТЛ с логическими функциями И, ИЛИ потребляют от источников питании меньшие токи, если на всех входах присутствуют напряжения низкого уровня. Из-за этого входы таких неиспользуемых элементов ТТЛ следует заземлять.

Проверка оптронов и микросхем серии 555 — Измерительная техника — Инструменты

Универсальный пробник, позволяющий проверить микросхему-таймер NE555 и многие виды оптопар: оптотранзисторы, оптотиристоры, оптосимисторы, опторезисторы.

Тестер оптронов и микросхем 555

Мы советуем потратить немного времени и сделать данный тестер, так как оптроны всё чаще используют в различных радиолюбительских конструкциях. А про знаменитую КР1006ВИ1 вообще молчу — её ставят почти везде. Собственно на проверяемой микросхеме 555 собран генератор импульсов, о работоспособности которого свидетельствует перемаргивание светодиодов HL1, HL2. Далее начинается пробник оптопар. 

Схема тестера для испытания оптронов и микросхем-таймеров

Работает он так. Сигнал с 3-й ножки 555 через резистор R9 попадает на один вход диодного моста VDS1, если к контактам А (анод) и К (катод) подключен исправный излучающий элемент оптопары, то через мост будет протекать ток, заставляя моргать светодиод HL3. Если принимающий элемент оптопары тоже исправен, то он будет проводить ток на базу VT1 открывая его в момент зажигания HL3, который будет проводить ток и HL4 тоже будет моргать.

об устройстве и сборка своими руками

Один из наиболее часто используемых компонентов электроники – таймер-генератор. Современный формат выпуска его конструкций организован в виде специализированных сборок, применяемых в миллионах различных устройств. Наиболее распространенный таймер такого типа, или, с другим названием, – реле времени, 555 серия микросхем, впервые выпущенная и разработанная компанией Signetic в 1971 году.

За неимением конкуренции на тот период, она получила очень высокое признание и распространение в схемах электрических приборов. Характеристики и выдаваемый сигнал серии таймеров NE555 (изначальное название) позволил применять их при разработке генераторов, модуляторов, систем задержки, различных фильтров, преобразователей напряжения. С развитием цифровой техники, микросхема не потеряла свою актуальность и применяется уже в качестве ее элемента.

Основная задача таймера 555 – создавать одиночные или множественные импульсы с точным разграничением временных интервалов между ними.

Внешний вид микросхемы NE555

Особенности и характеристики

Простой генератор импульсов на основе 555
Наиболее известная особенность 555 серии микросхем, снижающей количество областей их применения – внутренний делитель напряжения. Он задает фиксированный уровень порога срабатывания обоих компараторов устройства, сменить который невозможно.

Питание таймера 555 серии осуществляется напряжением от 4,5 до 16 вольт. Ток потребления непосредственно зависит от этого параметра и составляет от 2 до 15 мА. Характеристики выходного сигнала отличаются у различных производителей. В основном, его ток не превышает 200 мА.

Температурные режимы также зависят от сборки. Обычные NE555 рассчитаны на эксплуатацию в промежутке от 0 до 70°С. Военные варианты таймера (исторически обозначенные серией SE) допускают более широкий диапазон – от -55 до 125°С.

В период активности таймера на выходе присутствует напряжение, оно равно приходящему на шине питания за вычетом 1,75В. В остальных случаях на этом контакте 0,25В, при общем напряжении +5В. Терминология описывает эти состояния, как высокий и низкий уровень сигнала.

Запуск таймера к генерации производится импульсным сигналом 1/3 вольт от питания устройства. Форма его любая – синусная или прямоугольная.

Элементы схемы, определяющие временные параметры срабатывания

Время срабатывания изменения состояния устанавливается характеристиками внешнего конденсатора между контактом разряда и землей, а также сопротивлением двух резисторов. Первый расположен на шине питания и соединяет ее с входом останова работы микросхемы. Второй находится на линии между предыдущим и контактом разряда, но до описанной ранее емкости.

Пример №7 — Простой генератор прямоугольных импульсов на NE555

В момент включения схемы, конденсатор C1 разряжен и на выходе 3 таймера NE555 находится высокий уровень. Затем конденсатор C1 через резистор R1 начинает постепенно заряжаться.

В момент, когда потенциал на конденсаторе, и соответственно на выводе 6 (стоп) таймера, достигнет примерно 2/3 напряжения питания, сигнал на выводе 3 переключится на низкий уровень. Теперь конденсатор через сопротивление R1 начинает разряжаться. Когда уровень напряжения на входе 2 (запуск) упадет до 1/3 Uпит., на выходе снова будет высокий уровень. И процесс повторится снова.

Если к выходу добавить еще RC-цепь (выделено красным цветом), то выходной сигнал по форме будет приближен к синусоиде.

Достоинства и недостатки

Основное достоинство реле времени на 555 чипе –низкая цена и громадное количество разработанных и использующих его схем электрооборудования.

Существуют и недостатки, которые, впрочем, исправлены в выпусках микросхем с транзисторной базой на основе КМОП. При использовании биполярных, в момент изменения состояния генерирующего каскада в противоположный, на выводах могло возникнуть паразитное напряжение до 400 мА. Проблема решается установкой полярного конденсатора 0,1 мкФ, между управляющим контактом и общим проводом.

Конденсатор, уменьшающий влияние помех на устройство

Можно повысить и помехоустойчивость микросхемы таймера. Для этого размещают неполярный конденсатор 1 мкФ на линию цепи питания.

Питание микросхем

В окончании находится транзистор, у которого коллектор открыт – он выполняет ряд функций, зависит все от того, какая конкретно задача перед ним стоит. Рекомендуется на интегральные микросхемы NE, SA, NA подавать напряжение питания в диапазоне 4,5-16 В. Только для в случае применения микросхем 555 с аббревиатурой SE допускается увеличение до 18 В.

Максимальный ток потребления при напряжении 4,5 В может достигать 10-15 мА, минимальное значение – 2-5 мА. Существуют микросхемы КМОП, у которых ток потребления не превышает 1 мА. У отечественных ИМС типа КР1006ВИ1 ток потребления не превышает 100 мА. Подробное описание микросхемы 555 и ее отечественных аналогов можно найти в даташитах.

Режимы работы устройства

Основные режимы использования микросхемы 555 серии – одновибратор, мультивибратор и триггер Шмитта.

Первый применяется для создания единовременного сигнала заданной длительности при подаче входного напряжения на стартовый контакт чипа.

Второй – для генерации множества автоколебательных импульсов прямоугольной формы.

Третий, благодаря эффекту памяти предыдущего сигнала и трех вариантов исходящих согласно внутренней логики, в системах задержки и цифровых устройствах.

Одновибратор

В этой схеме, при подаче сигнала любой формы на второй вход 555 серии, будет генерироваться импульс на третьем ее выходе. Его длительность зависит от характеристик сопротивления R и емкости C. Вычислить необходимое время действия исходящего сигнала можно по формуле t=1,1*C*R.

Схема одновибратора

Мультивибратор

В отличие от предыдущей схемы, мультивибратору для начала постоянной генерации не нужна подача внешнего сигнала. Достаточно только произвести подключение питания. На выходе импульсы прямоугольной формы с изменением состояния в течение t2 и с периодом действия t1.

Их время рассчитываться от параметров R1 и R2 по формулам:

Период и частота:

Чтобы достичь времени импульса большего, чем время паузы, используют диод, соединяющий катодом 7 контакт микросхемы (разряд), с 6 (останов) через свой анод.

Мультивибратор

Прецизионный триггер Шмитта

Функциональность в рамках инвертирующего прецизионного переключателя в 555 серии обеспечивается наличием двух порогового компаратора и RS — триггера. Напряжение на входе разделяется на три части, при достижении пороговых значений которых и изменяется состояние выдачи сигнала устройством.

Разграничение делается по полярности, причем для переключения достаточно 1/3 общего вольтажа питания любого из полюсов. На выходе, при получении порогового сигнала на входе, возникает импульс, инвертированный полярно относительно изначального. Его уровень постоянен и длится он ровно то время, которое действует инициирующий импульс.

Проще говоря, триггер Шмитта — это инвертирующий одновибратор с памятью полярности предыдущего сигнала.

Используется подобная схема в системах, где требуется избавление от излишнего шума и приведение его последовательностей к необходимым пороговым значениям.

Схема триггера Шмитта с графиком выравниваемых уровней сигнала

Собери свою радиосхему!

Сегодня я хочу рассказать вам о микросхеме NE555, её история началась ещё в далеком 1971 году, когда компания Signetics Corporation выпустила микросхему SE555/NE555 под названием «Интегральный таймер» (The IC Time Machine). В те времена это была единственная «таймерная» микросхема, которая была доступна массовому потребителю. Сразу после выхода 555 завоевала бешеную популярность и её начали выпускать почти все производители полупроводников. Отечественные производители тоже выпускали данную микросхему под названием КР1006ВИ1.

Микросхема выпускается в двух вариантах корпуса — пластиковом DIP и круглом металлическом. Правда встретить 555 в круглом металлическом корпусе в наши времена очень сложно, чего не скажешь о версии в пластиковом DIP корпусе, распиновка выводов в варианте DIP показана на рисунке ниже:

У микросхемы есть три режима работы, первый это моностабильный: при подаче сигнала на вход нашей микросхемы, она включается, генерирует выходной импульс заданной длины и выключается, ожидая входного импульса. Важно, что после включения микросхема не будет реагировать на новые сигналы. Пределов по длительности импульсов нет — как по минимальной, так и по максимальной длительности.

Второй режим, нестабильный мультивибратор: в этом режиме все довольно таки просто. Управлять таймером не нужно. Он все сделает сам — сперва включится, подождет время t1, потом выключится, подождет время t2 и начнет все заново. На выходе у нас получится забор из высоких и низких состояний, частоту этих колебаний можно регулировать.

Ну и третий режим, бистабильный: в данном режиме наша микросхема 555 используется как выключатель. Нажал одну кнопку — выход включился, нажал другую — выключился, по другому этот режим работы можно назвать «триггером».

В этой статье речь пойдет про таймер, схема представлена ниже:

Данный таймер является 10-минутным. Запускается он нажатием на кнопку и при этом загорается светодиод D2. По истечении временного интервала, загорится светодиод D1. Интервал можно подстроить переменным (подстроечным) резистором RV1. Схема очень проста и 100% рабочая, кстати говоря, про данную микросхему написано много книг.

В интернете есть огромное количество разнообразных схем на данной микросхеме, например: преобразователи напряжения, сирены, выключатели, таймеры и пр… Некоторые варианты готовых схем можно посмотреть на сайте «radiokot» по этой .

cxema21.ru

Область применения НЕ555

Возможности микросхемы дают широкий спектр техники, в которой она используется. Мультивибраторы на 555 серии встречаются практически во всех схемах генерации сигналов.

Примером служат различные звуковые и световые оповещающие устройства, детекторы металла, освещенности, влажности или касания. Таймер, заложенный в микросхему, позволяет создавать реле времени, для контроля работы различного оборудования по определенным человеком периодам.

Варианты исполнения в виде триггера Шмитта применяются как фильтрующие преобразователи зашумленных сигналов, для придания им правильной прямоугольной формы. Актуальность подобные схемы имеют и в цифровой технике, в которой используются только два вида импульсов – его наличие и отсутствие.

Появление схемы в отечественной электронике

Первое упоминание об инновации в советской литературе по радиотехнике появилось в 1975 году. Статью об изобретении опубликовали в журнале «Электроника». Микросхема 555, аналог которой был создан советскими электронщиками в конце 80-х годов прошлого столетия, в отечественной радиоэлектронике получила название КР1006ВИ1.

В производстве эту деталь употребляли при сборке видеомагнитофонов «Электроника ВМ12». Но это был не единственный аналог, так как многие производители во всем мире создавали подобное устройство. Все агрегаты имеют обячный корпус DIP8, а также корпус малых размеров SOIC8.

Отечественные и зарубежные производители

Микросхема-таймер 555 серии настолько популярна, что ее аналоги изготавливаются мощностями практически всех известных брендов микроэлектронной промышленности. Причем территориально расположенных не только в США, но и других странах мира. Среди них: Texas Instrument, Sanyo, RCA, Raytheon, NTE Silvania, National, Motorola, Maxim, Lithic Systems, Intersil, Harris, Fairchild, Exar ECG Phillips и множество других.

Зачастую номер серии от конкурентов содержит отсылку к оригинальной NE555. Встречается маркировки NE555N, НЕ555Р или им подобные.

Российская КР1006ВИ1

Производится таймер и в России, с маркировкой микросхемы КР1006ВИ1 с биполярными транзисторами и КР1441ВИ1 по КМОП технологии. Национальный вариант немного отличается от классического 555 серии – в нем вход остановки обладает большим приоритетом, чем сигнал запуска.

Основные характеристики интегрального таймера NE555

• Максимальная частота более чем 500 кГц.
• Длина одного импульса от 1 мсек до часа.
• Может работать в режиме моностабильного мультвибратора.
• Высокий выходной ток (до 200 мА)
• Регулируемая скважность импульса (отношение периода импульса к его длительности).
• Совместимость с TTL уровнями.
• Температурная стабильность 0,005% на 1 градус Цельсия.

Микросхема NE555 в своем составе содержит чуть более 20 транзисторов и 10 резисторов. На следующем рисунке приводится структурная схема таймера от Philips Semiconductors.

В следующей таблице перечислены основные свойства NE555

Как сделать реле времени 555 своими руками

Одним из вариантов ознакомления с таймером 555 серии будет изготовление своими руками реле времени. Схема достаточно проста, считается классической и доступна к повторению специалистом любого уровня.

Схема таймера отключения

Запуск производится нажатием тумблера SB1. Длительность подстраивается резистором R2. На представленной схеме среднее время работы находится в пределах 6 секунд. Для его увеличения, без изменения характеристик R2 повышают емкость C1.

Если требуется суточный цикл работы, то понадобится конденсатор на 1600 мкФ. Если устройство будет применяться в условиях, близких к реальности, – количество фарад меняют на более подходящее к нужному времени работы. Расчет производится согласно формуле: T=C1*R2, где C1 емкость соответствующего конденсатора на схеме, R2 среднее сопротивление мегаом подстроечного резистора.

Более точная калибровка времени действия будет устанавливаться в процессе использования переменным резистором R2.

Немного о нумерации используемых контактов микросхемы 555 серии, то есть ее распиновка:

1. «Земля» (GND) – минус питания.
2. «Запуск» (Trigger) – на контакт поступает импульс, начинающий работу таймера. Инициируется нажатием тумблера.
3. «Выход» (Output) – пока таймер активен, на контакте генерируется исходящий сигнал. Его вольтаж равный Vпитания-1,7В, через ограничивающий резистор R3 позволяет открыть базу транзистора VT1. В свою очередь, полупроводниковый усилитель начинает пропускать напряжение на пусковое реле К1, которое уже коммутирует ток к потребителю. Диод VD1 в схеме предотвращает бросок паразитных токов в моменты активации.
4. «Сброс» (Reset) – при подаче отрицательного сигнала таймер переводится в 0 и останавливается. Чтобы такого не произошло, в схеме сделан подвод положительного полюса питания через сопротивление к этому контакту.
5. «Контроль» (Control Voltage) – для такого простого устройства, этот вход микросхемы соединяется массой через емкость. Подобная конструкция повышает помехоустойчивость всей сборки.
6. «Остановка» (Threshold) – в схеме контакт просто присоединен к положительному полюсу питания. В более сложных системах, кратковременное его замыкание на минус остановит работу таймера.
7. «Разряд» (Discharge) – контакт предназначен для соединения 555 микросхемы с задающей временный интервал емкостью.
8. «Питание» (VCC) – плюс напряжения схемы.

Таймер NE555 — схема включения

Способность вывода 3 таймера NE555 создавать как высокий уровень напряжения, так и низкий (практически 0 вольт) позволяет управлять нагрузкой подключенной как к минусу питания, так и к плюсу. Как пример, подключение светодиодов. Это, конечно, не является обязательным требованием, и нагрузка (светодиод) может быть подключен либо к минусу, либо плюсу питания.

Читать также: Фрезер makita rp1801f отзывы

Если таймер NE555 работает в нестабильном состоянии (режим генератора), то к выходу его можно подключить динамик. Он подключается после разделительного конденсатора (например, 100 мкф) и должен иметь сопротивление не менее 64 Ом из-за ограниченного максимального тока нагрузки выхода таймера. Конденсатор предназначен для отделения постоянной составляющей сигнала и проводит только аудиосигнал.

Динамик с сопротивлением катушки ниже чем 64 Ом можно подключить либо через конденсатор с меньшей емкостью (реактивное сопротивление), являющегося дополнительным сопротивлением либо с помощью усилителя. Усилитель также может быть использован для подключения более мощного громкоговорителя.

Как и все интегральных микросхемы, выход таймера NE555 управляющий индуктивной нагрузкой (реле) должен быть защищена от скачков повышенного напряжения, созданное в индуктивности в момент отключения. Диод (например, 1N4148) всегда подключается параллельно к катушке реле в обратном направлении.

Однако, для микросхемы NE555 требуется второй диод, включенный последовательно с катушкой реле. Он ограничивает низкое напряжение, которое находится на выходе 3 таймера и предотвращает возбуждение реле небольшим током.

Таким диодом может быть, например, 1N4001 (1N4148 диод не подходит) либо светодиод.

Часть первая. Теоретическая.

Наверное нет такого радиолюбителя, который не использовал бы в своей практике эту замечательную микросхему. Ну а уж слышали о ней так точно все.

Её история началась в 1971 году, когда компания Signetics Corporation выпустила микросхему SE555/NE555 под названием «Интегральный таймер» (The IC Time Machine). На тот момент это была единственная «таймерная» микросхема доступная массовому потребителю. Сразу после поступления в продажу микросхема завоевала бешеную популярность и среди любителей и среди профессионалов. Появилась куча статей, описаний, схем, использующих сей девайс.

За прошедшие 35 лет практически каждый уважающий себя производитель полупроводников считал свои долгом выпустить свою версию этой микросхемы, в том числе и по более современным техпроцессам. Например, компания Motorola выпускает CMOS версию MC1455. Но при всем при этом в функциональности и расположении выводов никаких различий у всех этих версий нет. Все они полные аналоги друг друга.

Наши отечественные производители тоже не остались в стороне и выпускают эту микросхему под названием КР1006ВИ1.

А вот список заморских производителей, которые выпускают таймер 555 и их коммерческие обозначения:

Производитель

Название микросхемы

В некоторых случаях указано два названия. Это означает, что выпускается две версии микросхемы – гражданская, для коммерческого применения и военная. Военная версия отличается большей точностью, широким диапазоном рабочих температур и выпускается в металлическом или керамическом корпусе. Ну и дороже, разумеется.

Начнем с корпуса и выводов.

Микросхема выпускается в двух типах корпусов – пластиковом DIP и круглом металлическом. Правда, в металлическом корпусе она все же выпускалась – сейчас остались только DIP-корпуса. Но на случай, если вам вдруг достанется такое счастье, привожу оба рисунка корпуса. Назначения выводов одинаковые в обоих корпусах. Помимо стандартных, выпускается еще две разновидности микросхем – 556 и 558. 556 – это сдвоенная версия таймера, 558 – счетверенная.

Функциональная схема таймера показана на рисунке прямо над этим предложением. Микросхема содержит около 20 транзисторов, 15 резисторов, 2 диода. Состав и количество компонентов могут несущественно меняться в зависимости от производителя. Выходной ток может достигать 200 мА, потребляемый – на 3- 6 мА больше. Напряжение питания может изменяться от 4,5 до 18 вольт. При этом точность таймера практически не зависит от изменения напряжения питания и составляет 1% от расчетного. Дрейф составляет 0,1%/вольт, а температурный дрейф – 0,005%/С.

Теперь мы посмотрим на принципиальную схему таймера и перемоем ему кости, вернее ноги – какой вывод для чего нужен и что все это значит.

1. Земля. Особо комментировать тут нечего – вывод, который подключается к минусу питания и к общему проводу схемы.

2. Запуск. Вход компаратора №2. При подаче на этот вход импульса низкого уровня (не более 1/3 Vпит) таймер запускается и на выходе устанавливается напряжение высокого уровня на время, которое определяется внешним сопротивлением R (Ra+Rb, см. функциональную схему) и конденсатором С – это так называемый режим моностабильного мультивибратора. Входной импульс может быть как прямоугольным, так и синусоидальным. Главное, чтобы по длительности он был короче, чем время заряда конденсатора С. Если же входной импульс по длительности все-таки превысит это время, то выход микросхемы будет оставаться в состоянии высокого уровня до тех пор, пока на входе не установится опять высокий уровень. Ток, потребляемый входом, не превышает 500нА.

3. Выход. Выходное напряжение меняется вместе с напряжением питания и равно Vпит-1,7В (высокий уровень на выходе). При низком уровне выходное напряжение равно примерно 0,25в (при напряжении питания +5в). Переключение между состояниями низкий – высокий уровень происходит приблизительно за 100 нс.

4. Сброс. При подаче на этот вывод напряжения низкого уровня (не более 0,7в) происходит сброс выхода в состояние низкого уровня не зависимо от того, в каком режиме находится таймер на данный момент и чем он занимается. Reset, знаете ли, он и в Африке reset. Входное напряжение не зависит от величины напряжения питания – это TTL-совместимый вход. Для предотвращения случайных сбросов этот вывод настоятельно рекомендуется подключить к плюсу питания, пока в нем нет необходимости.

5. Контроль. Этот вывод позволяет получить доступ к опорному напряжению компаратора №1, которое равно 2/3Vпит. Обычно, этот вывод не используется. Однако его использование может весьма существенно расширить возможности управления таймером. Все дело в том, что подачей напряжения на этот вывод можно управлять длительностью выходных импульсов таймера и таким образом, забить на RC времязадающую цепочку. Подаваемое напряжение на этот вход в режиме моностабильного мультивибратора может составлять от 45% до 90% напряжения питания. А в режиме мультивибратора от 1,7в до напряжения питания. При этом мы получаем ЧМ (FM) модулированный сигнал на выходе. Если же этот вывод таки не используется, то его рекомендуется подключить к общему проводу через конденсатор 0,01мкФ (10нФ) для уменьшения уровня помех и всяких других неприятностей.

6. Останов. Этот вывод является одним из входов компаратора №1. Он используется как эдакий антипод вывода 2. То есть используется для остановки таймера и приведения выхода в состояние (Мяу! Тихой паники?!) низкого уровня. При подаче импульса высокого уровня (не менее 2/3 напряжения питания), таймер останавливается, и выход сбрасывается в состояние низкого уровня. Так же как и на вывод 2, на этот вывод можно подавать как прямоугольные импульсы, так и синусоидальные.

7. Разряд. Этот вывод подсоединен к коллектору транзистора Т6, эмиттер которого соединен с землей. Таким образом, при открытом транзисторе конденсатор С разряжается через переход коллектор-эмиттер и остается в разряженном состоянии пока не закроется транзистор. Транзистор открыт, когда на выходе микросхемы низкий уровень и закрыт, когда выход активен, то есть на нем высокий уровень. Этот вывод может также применяться как вспомогательный выход. Нагрузочная способность его примерно такая же, как и у обычного выхода таймера.

8. Плюс питания. Как и в случае с выводом 1 особо ничего не скажешь. Напряжение питания таймера может находиться в пределах 4,5-16 вольт. У военных версий микросхемы верхний диапазон находится на уровне 18 вольт.

Едем дальше. Большинство таймеров нуждаются во времязадающей цепочке, обычно состоящей из резистора и конденсатора. Таймер 555 не исключение. Давайте посмотрим на диаграмму работы микросхемы.

Итак, предположим, что мы подали питание на микросхему. Вход находится в состоянии высокого уровня, на выходе – низкий уровень, конденсатор С разряжен. Все спокойно, все спят. И тут БАХ – мы подаем серию прямоугольных импульсов на вход таймера. Что происходит?

Первый же импульс низкого уровня переключает выход таймера в состояние высокого уровня. Транзистор Т6 закрывается и конденсатор начинает заряжаться через резистор R. Все то время пока конденсатор заряжается, выход таймера остается во включенном состоянии – на нем сохраняется высокий уровень напряжения. Как только конденсатор зарядится до 2/3 напряжения питания, выход микросхемы выключается и на нем появляется низкий уровень. Транзистор T6 открывается и конденсатор С разряжается. Однако есть два нюанса, которые показаны на графике пунктирными линиями.

Читать также: Съем подшипника с вала

Первый – если после окончания заряда конденсатора на входе сохраняется низкий уровень напряжения – в таком случае выход остается активным – на нем сохраняется высокий уровень до тех пор, пока на входе не появится высокий уровень. Второй – если мы активируем вход Сброс напряжением низкого уровня. В этом случае выход сразу же выключится, не смотря на то, что конденсатор все еще заряжается. Так, лирическую часть закончили – перейдем к суровым цифрам и расчетам. Как же нам определить время, на которое будет включаться таймер и номиналы RC цепочки, необходимые для задания этого времени? Время, за которое конденсатор заряжается до 63,2% (2/3) напряжения питания называется временной константой, обозначим её буковкой t. Вычисляется это время потрясающей по своей сложности формулой. Вот она: t = R*C, где R – сопротивление резистора в МегаОм-ах, С – емкость конденсатора в микроФарад-ах. Время получается в секундах.

К формуле мы еще вернемся, когда будем подробно рассматривать режимы работы таймера. А сейчас пока посмотрим на простенький тестер для этой микросхемы, который запросто скажет вам – работает ваш экземпляр таймера или нет.

Если после включения питания мигают оба светодиода – значит все хорошо и микросхема во вполне рабочем состоянии. Если же хотя бы один из диодов не горит или наоборот – горит постоянно, значит такую микросхемы можно спустить в унитаз с чистой совестью или вернуть назад продавцу, если вы её только что купили. Напряжение питания – 9 вольт. Например, от батареи «Крона».

Теперь рассмотрим режимы работы этой микросхемы. Собственно говоря, режимов у нее две штуки. Первый – моностабильный мультивибратор. Моностабильный – потому что стабильное состояние у такого мультивибратора одно – выключен. А во включенное состояние мы его переводим временно, подав на вход таймера какой-либо сигнал. Как уже отмечалось выше, время, на которое мультивибратор переходит в активное состояние, определяется RC цепочкой. Эти свойства могут быть использованы в самых разнообразных схемах. Для запуска чего-либо на определенное время или наоборот – для формирования паузы на заданное время.

Второй режим – это генератор импульсов. Микросхема может выдавать последовательность прямоугольных импульсов, параметры которых определяются все той же RC цепочкой.

Начнем сначала, то есть с первого режима.

Схема включения микросхемы показана на рисунке. RC цепочка включена между плюсом и минусом питания. К соединению резистора и конденсатора подключен вывод 6 – Останов. Это вход компаратора №1. Сюда же подключен вывод 7 – Разряд. Входной импульс подается на вывод 2 – Запуск. Это вход компаратора №2. Совершенно простецкая схема – один резистор и один конденсатор – куда уж проще? Для повышения помехоустойчивости можно подключить вывод 5 на общий провод через конденсатор емкостью 10нФ. Итак, в исходном состоянии, на выходе таймера низкий уровень – около нуля вольт, конденсатор разряжен и заряжаться не хочет, поскольку открыт транзистор Т6. Это состояние стабильное, оно может продолжаться неопределенно долгое время. При поступлении на вход импульса низкого уровня, срабатывает компаратор №2 и переключает внутренний триггер таймера. В результате на выходе устанавливается высокий уровень напряжения. Транзистор Т6 закрывается и начинает заряжаться конденсатор С через резистор R. Все то время, пока он заряжается, на выходе таймера сохраняется высокий уровень. Таймер не реагирует ни на какие внешние раздражители, буде они поступают на вывод 2. То есть, после срабатывания таймера от первого импульса дальнейшие импульсы не оказывают никакого действия на состояние таймера – это очень важно. Так, что там у нас происходит то? А, да – заряжается конденсатор. Когда он зарядится до напряжения 2/3Vпит, сработает компаратор №1 и в свою очередь переключит внутренний триггер. В результате на выходе установится низкий уровень напряжения, и схема вернется в свое исходное, стабильное состояние. Транзистор Т6 откроется и разрядит конденсатор С.

Время, на которое таймер, так сказать «выходит из себя», может быть от одной миллисекунды до сотен секунд. Считается оно так: T=1.1*R*C Теоретически, пределов по длительности импульсов нет – как по минимальной длительности, так и по максимальной. Однако, есть некоторые практические ограничения, которые обойти можно, но сначала стоит задуматься – нужно ли это делать и не проще ли выбрать другое схемное решение.

Так, минимальные значения, установленные практическим образом для R составляет 10кОм, а для С – 95пФ. Можно ли меньше? В принципе – да. Но при этом, если еще уменьшить сопротивление резистора – схема начнет трескать слишком много электричества. Если уменьшить емкость С, то всякие паразитные емкости и помехи могут существенно повлиять на работу схемы. С другой стороны, максимальное значение резистора примерно равно 15Мом. Здесь ограничение накладывает ток, потребляемый входом Останов (около 120нА) и ток утечки конденсатора С. Таким образом, при слишком большом значении резистора таймер просто никогда не выключится, если сумма токов утечки конденсатора и тока входа превысит 120 нА. Ну а что касается максимальной емкости конденсатора, то дело не столько в самой емкости, сколько в токе утечки. Понятно, что чем больше емкость, тем больше ток утечки и тем хуже будет точность таймера. Поэтому, если таймер будет использоваться для больших временных интервалов, то лучше пользоваться конденсаторами с малыми токами утечки – например, танталовыми.

Перейдем ко второму режиму.

В эту схему добавлен еще один резистор. Входы обоих компараторов соединены и подключены к соединению резистора R2 и конденсатора. Вывод 7 включен между резисторами. Конденсатор заряжается через резисторы R1 и R2.

Теперь посмотрим, что же произойдет, когда мы подадим питание на схему. В исходном состоянии конденсатор разряжен и на входах обоих компараторов низкий уровень напряжения, близкий к нулю. Компаратор №2 переключает внутренний триггер и устанавливает на выходе таймера высокий уровень. Транзистор Т6 закрывается и конденсатор начинает заряжаться через резисторы R1 и R2.

Когда напряжение на конденсаторе достигает 2/3 напряжения питания, компаратор №1 в свою очередь переключает триггер и выключает выход таймер – напряжение на выходе становится близким к нулю. Транзистор Т6 открывается и конденсатор начинает разряжаться через резистор R2. Как только напряжение на конденсаторе опустится до 1/3 напряжения питания, компаратор №2 опять переключит триггер и на выходе микросхемы снова появится высокий уровень. Транзистор Т6 закроется и конденсатор снова начнет заряжаться.

Короче говоря, на выходе мы получаем последовательность прямоугольных импульсов. Частота импульсов, как вы вероятно уже догадались, зависит от величин C, R1 и R2. Определяется она по формуле:

Значения R1 и R2 подставляются в Омах, C – в фарадах, частота получается в Герцах. Время между началом каждого следующего импульса называется периодом и обозначается буковкой t. Оно складывается из длительности самого импульса – t1 и промежутком между импульсами – t2. t = t1+t2. Частота и период – понятия обратные друг другу и зависимость между ними следующая: f = 1/t. t1 и t2 разумеется тоже можно и нужно посчитать. Вот так: t1 = 0.693(R1+R2)C; t2 = 0.693R2C;

Ну, с теоретической частью вроде бы покончили. В следующей части рассмотрим конкретные примеры включения таймера 555 в различных схемах и для самого разнообразного использования.

Подмотка спидометра на 555 микросхеме

В последнее время среди владельцев автомобилей стало модным сматывать на спидометре пройденный машиной километраж.

Многие интересуются, подмотка спидометра на 555 микросхеме выполнима ли самостоятельно?

Эта процедура не представляет особой трудности. Для его изготовления используется микросхема 555, которая может функционировать в качестве счетчика импульсов. Отдельные составляющие схемы можно брать с показателями, отклоняющимися на 10-15 % от расчетных значений.

Ne555

Описание и область применения

NE555 является разработкой американской компании Signetics, специалисты которой в условиях экономического кризиса не сдались и смогли воплотить в жизнь труды Ганса Камензинда

Именно он в 1970 году сумел доказать важность своего изобретения, которое на тот момент не имело аналогов. ИМС NE555 имела высокую плотность монтажа при низкой себестоимости, чем заслужила особый статус

Впоследствии её стали копировать конкурирующие производители из разных стран мира. Так появилась отечественная КР1006ВИ1, которая так и осталась уникальной в данном семействе. Дело в том, что в КР1006ВИ1 вход останова (6) имеет приоритет над входом запуска (2). В импортных аналогах других фирм такая особенность отсутствует. Данный факт следует учитывать при разработке схем с активным использованием двух входов.

Однако в большинстве случаев приоритеты не влияют на работу устройства. С целью снижения мощности потребления, ещё в 70-х годах прошлого века был налажен выпуск таймера КМОП-серии. В России микросхема на полевых транзисторах получила название КР1441ВИ1.

Наибольшее применение 555 таймер нашёл в построении схем генераторов и реле времени с возможностью задержки от микросекунд до нескольких часов. В более сложных устройствах он выполняет функции по исключению дребезга контактов, ШИМ, восстановлению цифрового сигнала и так далее.

Основные параметры ИМС серии 555

Внутреннее устройство NE555 включает в себя пять функциональных узлов, которые можно видеть на логической диаграмме. На входе расположен резистивный делитель напряжения, который формирует два опорных напряжения для прецизионных компараторов. Выходные контакты компараторов поступают на следующий блок – RS-триггер с внешним выводом для сброса, а затем на усилитель мощности. Последним узлом является транзистор с открытым коллектором, который может выполнять несколько функций, в зависимости от поставленной задачи.

Рекомендуемое напряжение питания для ИМС типа NA, NE, SA лежит в интервале от 4,5 до 16 вольт, а для SE может достигать 18В. При этом ток потребления при минимальном Uпит равен 2–5 мА, при максимальном Uпит – 10–15 мА. Некоторые ИМС 555 КМОП-серии потребляют не более 1 мА. Наибольший выходной ток импортной микросхемы может достигать значения в 200 мА. Для КР1006ВИ1 он не выше 100 мА.

Качество сборки и производитель сильно влияют на условия эксплуатации таймера

Например, диапазон рабочих температур NE555 составляет от 0 до 70°C, а SE555 от -55 до +125°C, что важно знать при конструировании устройств для работы в открытой окружающей среде. Более детально ознакомиться с электрическими параметрами, узнать типовые значения напряжения и тока на входах CONT, RESET, THRES, и TRIG можно в datasheet на ИМС серии XX555

Режимы работы NE555

Таймер 555 серии работает в одном из трёх режимов, рассмотрим их более детально на примере микросхемы NE555.

Одновибратор

Принципиальная электрическая схема одновибратора приведена на рисунке. Для формирования одиночных импульсов, кроме микросхемы NE555, понадобится сопротивление и полярный конденсатор. Схема работает следующим образом. На вход таймера (2) подают одиночный импульс низкого уровня, который приводит к переключению микросхемы и появлению на выходе (3) высокого уровня сигнала. Продолжительность сигнала рассчитывается в секундах по формуле:

По истечении заданного времени (t) на выходе формируется сигнал низкого уровня (исходное состояние). По умолчанию вывод 4 объединен с выводом 8, то есть имеет высокий потенциал.

Во время разработки схем нужно учесть 2 нюанса:

1. Напряжение источника питания не влияет на длительность импульсов. Чем больше напряжение питания, тем выше скорость заряда времязадающего конденсатора и тем больше амплитуда выходного сигнала.
2. Дополнительный импульс, который можно подать на вход после основного, не повлияет на работу таймера, пока не истечет время t.

На работу генератора одиночных импульсов можно влиять извне двумя способами:

• подать на Reset сигнал низкого уровня, который переведёт таймер в исходное состояние;
• пока на вход 2 поступает сигнал низкого уровня, на выходе будет оставаться высокий потенциал.

Таким образом, с помощью одиночных сигналов на входе и параметров времязадающей цепочки можно получать на выходе импульсы прямоугольной формы с чётко заданной длительностью.

Мультивибратор

Мультивибратор представляет собой генератор периодических импульсов прямоугольной формы с заданной амплитудой, длительностью или частотой, в зависимости от поставленной задачи. Его отличие от одновибратора состоит в отсутствии внешнего возмущающего воздействия для нормального функционирования устройства. Принципиальная схема мультивибратора на базе NE555 показана на рисунке.

В формировании повторяющихся импульсов участвуют резисторы R1, R2 и конденсатор С1

Время импульса (t1), время паузы(t2), период (T) и частоту (f) рассчитывают по нижеприведенным формулам: Из данных формул несложно заметить, что время паузы не сможет превысить время импульса, то есть достичь скважности (S=T/t1) более 2 единиц не удастся. Для решения проблемы в схему добавляют диод, катод которого соединяют с выводом 6, а анод с выводом 7

Схема работает следующим образом. В момент подачи питания конденсатор С₁ разряжен, что переводит выход таймера в состояние высокого уровня. Затем С₁ начинает заряжаться, набирая ёмкость до верхнего порогового значения 2/3 U_ПИТ. Достигнув порога ИМС переключается, и на выходе появляется низкий уровень сигнала. Начинается процесс разряда конденсатора (t₁), который продолжается до нижнего порогового значения 1/3 U_ПИТ. По его достижении происходит обратное переключение, и на выходе таймера устанавливается высокий уровень сигнала. В результате схема переходит в автоколебательный режим.

Прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером

Внутри таймера NE555 встроен двухпопроговый компаратор и RS-триггер, что позволяет реализовывать прецизионный триггер Шмитта с RS-триггером на аппаратном уровне. Входное напряжение делится компаратором на три части, при достижении каждой из которых происходит очередное переключение. При этом величина гистерезиса (обратного переключения) равна 1/3 U_ПИТ. Возможность применения NE555 в качестве прецизионного триггера востребована в построении систем автоматического регулирования.

Особенности и недостатки

Особенностью таймера является внутренний делитель напряжения, который задаёт фиксированный верхний и нижний порог срабатывания для двух компараторов. Ввиду того что делитель напряжения нельзя исключить, а пороговым напряжением нельзя управлять, область применения NE555 сужается.

Таймер на биполярных транзисторах имеет один существенный недостаток, связанный с переходом выходного каскада из одного состояния в противоположное. Каждое переключение сопровождается паразитным сквозным током, который в пике может достигать 400 мА, увеличивая тепловые потери. Решение проблемы заключается в установке полярного конденсатора ёмкостью до 0,1 мкФ между выводом управления (5) и общим проводом. Благодаря ему, повышается стабильность при запуске и надёжность всего устройства. Кроме того, для повышения помехоустойчивости цепь питания дополняют неполярным конденсатором 1 мкФ.

Специализированные микросхемы

Микросхема-таймер серии 555

Таймер 555 – простое в использовании устройство, о множеством возможных применений. Он широко используется во всевозможных схемах, и это только усиливает его популярность и соответственно повышает спрос на продукцию, а это удешевляет сам таймер 555, что радует радиомастеров. Следует отметить что таймер 555 также выпускается в «двойном» формате. И называется таймер 556. Он включает два независимых IC 555 в одном корпусе.

Изначально выпускалась микросхема-таймер под названием NE555, но позже она также производилась разными производителями под разными названиями. Вот только лишь некоторые из аналогов микросхемы: AN1555, GL555, LB8555, MC1455, NJM555. Был также и отечественный аналог КР1006ВИ1.

В общем-то в наше время приобрести микросхемы особого труда не составляет: все что угодно можно найти в интернете. Ну, например здесь…

Внешний вид микросхемы-таймера серии NE555

Назначение выводов микросхем серии NE555 и NE556

Эту микросхему можно рассматривать как цифровое (логическое) устройство с двумя устойчивыми состояниями: логический ноль и логическая единица. Причем уровень напряжения при логической единице напрямую зависит от питания и может быть как 5V так и более, что делает ее универсальной: она может работать совместно как с ТТЛ-микросхемами так и с КМОП (что такое ТТЛ и КМОП технологии можно почитать здесь).

Сама по себе микросхема-таймер NE555 может работать в нескольких режимах:

Моностабильный режим – этот режим таймера 555 функционирует как «одноразовый-односторонний». Такой режим может включать таймеры, переключатели, сенсорные переключатели, делители частоты и т.д.

Нестабильный – автономная функция работы таймера 555. Такая функция позволяет работать в режиме генератора. Используют ее во включении светодиодные лампы, логической части часов и т.п.

И последний – бистабильный режим. Или триггер Шмитта. Понятно, что в таком случае таймер 555 работает как триггер, если нет конденсатора.

 Рассмотрим каждый из режимов работы таймера

Нестабильный режим работы таймера 555

Данная схема не имеет стабильного состояния – отсюда и «нестабильность». Выход постоянно «гуляет» высокое и низкое, используя при этом пользователем так называемом «квадрата» волны. Данная схема может использоваться при необходимости подавать механизму прерывистые толчки при кратковременном включении и выключении таймера.

Моностабильный режим таймера 555

Нетрудно заметить что здесь все работает по принципу ждущего мультивибратора: запуск устройства происходит при подаче управляющего сигнала. Но включено устройство не постоянно а лишь какое-то время.

Бистабильный режим ( триггер Шмитта )

Как видно из графика- здесь таймер 555 работает как триггер: при нажатии на «запуск» он переходит в устойчивое состояние логической единицы на выходе, при кнопке «сброс» все возвращается в исходное состояние.

Режим одновибратора

Всего существует три работы режима микросхемы NE555, один из них – одновибратор. Чтобы осуществить формирование импульсов, приходится применять конденсатор полярного типа и резистор.

Работа схемы происходит таким образом:

1. Ко входу таймера прикладывается напряжение – низкоуровневый импульс.
2. Происходит переключение режима работы микросхемы.
3. На выводе «3» появляется сигнал с высоким уровнем.

Рассчитать время, в течение которого проходит сигнал, можно по простой формуле:

По прошествии этого времени на выходе произойдет формирование низкоуровневого сигнала. В режиме мультивибратора выводы «4» и «8» соединяются. При разработке схем на основе одновибратора нужно учитывать такие нюансы:

1. Напряжение питания не может влиять на время импульса. При увеличении напряжения скорость зарядки конденсатора, который задает время, больше. Следовательно, увеличивается амплитуда сигнала на выходе.
2. Если произвести подачу дополнительного импульса на вход (уже после основного), то он не повлияет на работоспособность таймера до окончания времени t.

Чтобы повлиять на функционирование генератора, можно воспользоваться одним из способов:

1. На вывод RESET подать низкоуровневый сигнал. При этом таймер вернется в состояние по умолчанию.
2. Если на вход «2» идет низкоуровневый сигнал, то на выходе всегда будет высокий импульс.

При помощи одиночных импульсов, подаваемых на вход, и изменения параметров времязадающих компонентов, можно на выходе получить прямоугольный сигнал нужной длительности.

Назначение выводов ИМС

На микросхемах 555 серии присутствует всего восемь выводов, тип корпуса PDIP8, SOIC, TSSOP. Но во всех случаях назначение выводов одинаковое. УГО элемента – это прямоугольник, подписанный «G1» в случае генератора одиночных импульсов и «GN» для мультивибратора. Назначение выводов:

1. GND – общий, по порядку он первый (если считать от ключа-метки). На этот вывод подается минус от источника питания.
2. TRIG – вход запуска. Именно на этот вывод подается низкоуровневый импульс и он поступает на второй компаратор. В результате происходит запуск ИМС и появляется на выходе сигнал с высоким уровнем. Причем длительность сигнала зависит от значений С и R.
3. OUT – выход, на котором появляется сигнал высокого и низкого уровней. Переключение между ними занимает не более 0,1 мкс.
4. RESET – сброс. Этот вход обладает наивысшим приоритетом, он управляет таймером, причем не зависит это от того, есть ли напряжение на остальных ножках микросхемы. Чтобы разрешить запуск, нужно наличие напряжения свыше 0,7В. В том случае, если импульс меньше 0,7В, то работа микросхемы 555 запрещается.
5. CTRL – контрольный вход, который соединяется с делителем напряжения. И если нет никаких внешних факторов, которые могут повлиять на работу, выдается на этом выходе напряжение 2/3 от питающего. При подаче управляющего сигнала на этот вход на выходе образуется модулированный импульс. В случае с простыми схемами этот выход соединяется к конденсатору.
6. THR – остановка. Это вход 1-го компаратора, в случае появления на нем напряжения 2/3 от питающего происходит остановка работы триггера и таймер переводится в пониженный уровень. Но обязательное условие – на ножке TRIG не должно быть сигнала запуска (так как у него приоритет).
7. DIS – разряд. Он соединяется непосредственно с транзистором, расположенным внутри микросхемы 555. У него коллектор общий. В цепи эмиттер-коллектор устанавливается конденсатор, который необходим для того чтобы задать время.
8. VCC – подключение к плюсу источника питания.

Расположение и назначение выводов

NE555 и её аналоги преимущественно выпускаются в восьмивыводном корпусе типа PDIP8, TSSOP или SOIC. Расположение выводов независимо от корпуса – стандартное. Условное графическое обозначение таймера представляет собой прямоугольник с надписью G1 (для генератора одиночных импульсов) и GN (для мультивибраторов).

1. Общий (GND). Первый вывод относительно ключа. Подключается к минусу питания устройства.
2. Запуск (TRIG). Подача импульса низкого уровня на вход второго компаратора приводит к запуску и появлению на выходе сигнала высокого уровня, длительность которого зависит от номинала внешних элементов R и С. О возможных вариациях входного сигнала написано в разделе «Одновибратор».
3. Выход (OUT). Высокий уровень выходного сигнала равен (Uпит-1,5В), а низкий – около 0,25В. Переключение занимает около 0,1 мкс.
4. Сброс (RESET). Данный вход имеет наивысший приоритет и способен управлять работой таймера независимо от напряжения на остальных выводах. Для разрешения запуска необходимо, чтобы на нём присутствовал потенциал более 0,7 вольт. По этой причине его через резистор соединяют с питанием схемы. Появление импульса менее 0,7 вольт запрещает работу NE555.
5. Контроль (CTRL). Как видно из внутреннего устройства ИМС он напрямую соединен с делителем напряжения и в отсутствие внешнего воздействия выдаёт 2/3 Uпит. Подавая на CTRL управляющий сигнал, можно получить на выходе модулированный сигнал. В простых схемах он подключается к внешнему конденсатору.
6. Останов (THR). Является входом первого компаратора, появление на котором напряжения более 2/3Uпит останавливает работу триггера и переводит выход таймера в низкий уровень. При этом на выводе 2 должен отсутствовать запускающий сигнал, так как TRIG имеет приоритет перед THR (кроме КР1006ВИ1).
7. Разряд (DIS). Соединен напрямую с внутренним транзистором, который включен по схеме с общим коллектором. Обычно к переходу коллектор-эмиттер подключают времязадающий конденсатор, который разряжается, пока транзистор находится в открытом состоянии. Реже используется для наращивания нагрузочной способности таймера.
8. Питание (VCC). Подключается к плюсу источника питания 4,5–16В.

внутри самой популярной в мире микросхемы

Если вы играли с электронными схемами, вы, вероятно, знаете [1] интегральная схема таймера 555, считается самой продаваемой интегральной схемой в мире с миллиардами проданных. Разработанный мастером аналоговых микросхем Гансом Камензинд [2] в 1970 году, 555 был назван одним из величайшие фишки всех времен с целые книги посвящены 555 таймер схемы.

Учитывая популярность таймера 555, я подумал, что было бы интересно узнать, что внутри таймера 555 и как он работает.Хотя таймер 555 обычно продается как черная пластиковая микросхема, он также доступен в металлической банке, которую можно разрезать ножовкой [3] обнаруживая крошечный кубик внутри.

Внутри таймера 555. Крошечный кристалл в корпусе подключен к 8 контактам проводами.

Краткое описание таймера 555

Диаграмма, показывающая, как таймер 555 может работать как генератор.

Подводя итог, можно сказать, что ключевыми компонентами таймера 555 являются компараторы для определения верхнего и нижнего пределов напряжения, трехрезисторный делитель для установки этих пределов и триггер для отслеживания заряда или разряда схемы.Таймер 555 имеет два других контакта (сброс и напряжение управления), которые я не рассмотрел выше; их можно использовать для более сложных схем.

Структура микросхемы

Фото штампа таймера 555.

Сложнее увидеть различные типы кремния на кристалле. Области чипа обрабатываются (легируются) примесями для изменения электрических свойств кремния. Кремний N-типа имеет избыток электронов (отрицательный), тогда как кремний P-типа не имеет электронов (положительный). На фотографии эти области показаны немного другим цветом, окруженными тонкой черной рамкой.Эти области являются строительными блоками микросхемы, образующими транзисторы и резисторы.

NPN транзисторы внутри IC

Схематическое изображение NPN-транзистора вместе с упрощенной схемой его внутренней структуры.

На фото ниже показан один из транзисторов в 555-м, как он изображен на микросхеме. Немного разные оттенки кремния указывают на области, которые были легированы с образованием областей N и P. Беловато-желтые области — это металлический слой микросхемы поверх кремния — они образуют провода, соединяющие коллектор, эмиттер и базу.Вы можете заметить эмиттер на чипе по его структуре «яблочко», в то время как базовый прямоугольник окружает эмиттер.

Транзистор NPN в микросхеме таймера 555. Коллектор (C), эмиттер (E) и база (B) помечены вместе с кремнием, легированным N и P.

Под фотографией находится рисунок в разрезе, показывающий, как устроен транзистор. В книгах есть гораздо больше, чем просто бутерброд N-P-N, но если вы внимательно посмотрите на вертикальное поперечное сечение под буквой E, вы можете найти N-P-N, образующий транзистор.Провод эмиттера (E) подключен к кремнию N +. Ниже находится слой P, подключенный к базовому контакту (B). А ниже находится слой N +, подключенный (косвенно) к коллектору (C). [5] Транзистор окружен кольцом P +, которое изолирует его от соседних компонентов.

PNP транзисторы внутри IC

На схеме ниже показан один из PNP-транзисторов в 555, а также поперечное сечение, показывающее кремниевую структуру. Обратите внимание, что хотя металлический контакт для базы находится на краю транзистора, он электрически подключен через области N и N + к своему активному кольцу между коллектором и эмиттером.Между коллектором и базой проложена металлическая линия, но она не является частью транзистора.

Транзистор PNP в микросхеме таймера 555. Маркированы соединения коллектора (C), эмиттера (E) и базы (B) вместе с кремнием, легированным N и P. База образует кольцо вокруг эмиттера, а коллектор образует кольцо вокруг базы.

Выходные транзисторы в 555 намного больше, чем у других транзисторов, и имеют другую структуру для обеспечения сильноточного выхода.На фото ниже показан один из выходных транзисторов. Обратите внимание на несколько взаимосвязанных «пальцев» эмиттера и базы, окруженных большим коллектором.

Большой сильноточный выходной транзистор NPN в микросхеме таймера 555. Коллектор (C), база (B) и эмиттер (E) помечены.

Как резисторы реализованы в кремнии

Резистор внутри таймера 555. Резистор представляет собой полоску кремния P между двумя металлическими контактами.

Фотография выше показывает 1К & Ом; резистор в 555, сформированный из полоски кремния P (виден в виде контура). Обратите внимание, что резистор соединяет два металлических провода, а другой металлический провод пересекает его. Нижеприведенный резистор представляет собой L-образный резистор 100 кОм; пережимной резистор .Слой кремния N поверх пинч-резистора делает проводящую область намного тоньше (то есть зажимает ее), образуя гораздо более высокое, но менее точное сопротивление.

Пережимающий резистор внутри таймера 555. Резистор представляет собой полоску кремния P между двумя металлическими контактами. Слой N сверху зажимает резистор и увеличивает сопротивление.

Компонент ИС: Текущее зеркало

Условные обозначения для источника тока.

На следующей схеме показано, как токовое зеркало реализовано на двух идентичных транзисторах.[6] Через транзистор слева проходит опорный ток. (В этом случае ток устанавливается резистором.) Поскольку оба транзистора имеют одинаковое напряжение эмиттера и базы, они подают одинаковый ток, поэтому ток справа соответствует опорному току слева.

Схема токового зеркала. Ток справа копирует ток слева.

Обычное использование токового зеркала — замена резисторов. Как объяснялось ранее, резисторы внутри ИС неудобно большие и неточные.Это экономит место, чтобы по возможности использовать токовое зеркало вместо резистора. Кроме того, токи, создаваемые токовым зеркалом, почти идентичны, в отличие от токов, создаваемых двумя резисторами.

Три транзистора образуют токовое зеркало в микросхеме таймера 555. Все они имеют одну и ту же базу, а два транзистора имеют общие эмиттеры.

Компонент микросхемы: Дифференциальная пара

Схема простой схемы дифференциальной пары. Приемник тока передает фиксированный ток I через дифференциальную пару. Если два входа равны, ток делится поровну между двумя ветвями. В противном случае ветвь с более высоким входным напряжением получает большую часть тока.

На схеме выше показана простая дифференциальная пара. Сток тока внизу обеспечивает фиксированный ток I, который делится между двумя входными транзисторами. Если входные напряжения равны, ток будет поровну разделен на две ветви (I1 и I2).Если одно из входных напряжений немного выше, чем другое, соответствующий транзистор будет проводить больше тока, поэтому одна ветвь получит больше тока, а другая ветвь — меньше. Небольшой разницы на входе достаточно, чтобы направить большую часть тока в «выигрышную» ветвь, включая или выключая компаратор.

В 555 компаратор пороговых значений использует транзисторы NPN, а компаратор триггера использует транзисторы PNP. Это позволяет пороговому компаратору работать вблизи напряжения питания, а триггерный компаратор — вблизи земли.Компараторы 555 также используют два транзистора на каждом входе (пара Дарлингтона) для буферизации входов.

Интерактивный обозреватель схем 555

Для быстрого обзора, большие выходные транзисторы и разрядный транзистор — наиболее очевидные особенности кристалла.Компаратор пороговых значений состоит из Q1 — Q8. Компаратор триггера состоит из Q10 — Q13, а также токового зеркала Q9. Q16 и Q17 образуют триггер. Три 5К & Ом; резисторы, образующие делитель напряжения, находятся в середине микросхемы. [9] Городская легенда гласит, что 555 назван в честь этих трех резисторов 5K, но по словам его дизайнера 555 — это просто произвольное число в серии из 500 чипов.

Для получения подробной информации щелкните матрицу или схему …

Как я сфотографировал матрицу 555

Таймер 555 в металлическом корпусе с восемью выводами. (Банан для масштаба)

Неудачная улучшенная 555

В 1997 году Camenzind модернизировал 555, чтобы создать гораздо лучший чип, который мог бы работать при гораздо более низких напряжениях. Усовершенствованный чип продавался Zetex как ZSCT1555, но, к сожалению, провалился. Продолжающийся успех оригинального 555 и неудача улучшенного преемника можно рассматривать как пример принципа «худшее — лучше».

Заключение

Подписывайтесь на меня в Twitter, и вы не пропустите ни одной статьи!

Примечания и ссылки

Таймер 555 достаточно популярен, чтобы его можно было увидеть на футболках. Предоставлено EEVblog.

[2] Книга Designing Analog Chips , написанная изобретателем 555 Гансом Камензиндом, действительно интересна, и я рекомендую ее, если вы хотите знать, как работают аналоговые микросхемы.В главе 11 подробно рассказывается об истории и эксплуатации модели 555. На странице 11-3 утверждается, что 555 является самой продаваемой ИС каждый год, хотя я не знаю, так ли это до сих пор. Бесплатный PDF-файл здесь или получить книга.

[3] Вы можете разрезать интегральную схему, можно открыть простой ножовкой, но ювелирная пила дает гораздо более чистый рез. Я купил ювелирную пилу на eBay за 14 долларов и использовал лезвие №2. Убедитесь, что вы разрезали верхнюю часть ИС, чтобы не ударить по кубику, как это сделал я.

[4] Замечательная часть таймера 555 заключается в том, что частота колебаний зависит только от внешних резисторов и конденсатора и нечувствительна к напряжению питания.Если напряжение питания падает, опорные значения 1/3 и 2/3 также падают, поэтому можно ожидать, что колебания будут более быстрыми. Но более низкое напряжение заряжает конденсатор медленнее, нейтрализуя это и сохраняя постоянную частоту.

Эта нечувствительность к напряжению настолько сложна, что разработчик микросхемы не понял этого до конца разработки модели 555, но это имело большое значение. Первоначальный дизайн был более сложным и требовал девяти выводов, что является ужасным размером для ИС. так как нет пакетов между 8 и 14 контактами.Окончательный, более простой дизайн 555 работал с 8 контактами, что значительно удешевило упаковку чипа. (Полную информацию см. На стр. 11-3 документа Designing Analog Chips .)

[5] Вы могли задаться вопросом, почему существует различие между коллектором и эмиттером транзистора, когда типичная схема транзистора симметрична. Как видно на фотографии кристалла, в реальном транзисторе коллектор и эмиттер сильно отличаются. Помимо очень большой разницы в размерах, также отличается легирование кремнием.В результате транзистор будет иметь плохое усиление, если поменять местами коллектор и эмиттер.

[6] Для получения дополнительной информации о текущих зеркалах, проверьте Википедию, любую книгу по аналоговым ИС или главу 3 Проектирование аналоговых микросхем.

[7] Дифференциальные пары также называют парами с длинным хвостом. В соответствии с Анализ и проектирование аналоговых интегральных схем дифференциальные пары — это, пожалуй, наиболее широко используемые двухтранзисторные подсхемы в монолитных аналоговые схемы. «(p214) Для получения дополнительной информации о дифференциальных парах см. Википедию, любую книгу по аналоговым ИС или главу 4 Проектирование аналоговых микросхем.

[8] Схема 555, используемая в этой статье, взята из Техническое описание Philips.

[9] Обратите внимание, что три резистора делителя напряжения расположены параллельно и расположены рядом друг с другом. Это помогает обеспечить одинаковое сопротивление даже при наличии электрических колебаний в кремнии.

[10] Я не критикую 555; Ганс Камензинд отмечает недостатки дизайна и относит их к «раннему периоду дизайна ИС (и неопытности дизайнера-новичка) »; см. «Проектирование аналоговых микросхем», стр. 11-4.Конструкция замены 555 подробно обсуждается в «Перепроектирование старого 555», IEEE Spectrum, сентябрь 1997 г. Эта статья проясняет, насколько сейчас дизайн ИС намного быстрее, чем в 1970 году. На создание схемы микросхемы 555 и ручную проверку ее правильности потребовались месяцы. На разводку нового чипа ушло два дня и 20 минут на проверку.

[11] Evil Mad Scientist продает очень крутые комплект дискретного таймера 555, дублирующий схему 555 в большем масштабе с отдельными транзисторами и резисторами — он фактически работает как замена 555.Стоит также взглянуть на их скамеечку для ног 555.

Большой таймер 555, созданный Evil Mad Scientist Lab.

Создайте свой собственный чип таймера Giant 555

В мире магии был Гудини, который первым изобрел трюки, которые используются до сих пор. А сжатие данных есть у Джейкоба Зива.

В 1977 году Зив, работая с Авраамом Лемпелем, опубликовал эквивалент книги Houdini on Magic : статья в журнале IEEE Transactions по теории информации под названием «Универсальный алгоритм последовательного сжатия данных.»Алгоритм, описанный в статье, стал называться LZ77 — по именам авторов, в алфавитном порядке и по году. LZ77 не был первым алгоритмом сжатия без потерь, но он был первым, который мог творить чудеса в одном шаг.

В следующем году оба исследователя выпустили уточнение LZ78. Этот алгоритм стал основой для программы сжатия Unix, используемой в начале 80-х; WinZip и Gzip, появившиеся в начале 90-х; и форматы изображений GIF и TIFF. Без этих алгоритмов мы, скорее всего, отправили бы по почте большие файлы данных на дисках вместо того, чтобы отправлять их через Интернет одним щелчком мыши, покупать нашу музыку на компакт-дисках вместо потоковой передачи и просматривать каналы Facebook, в которых нет движущихся анимированных изображений.

Зив продолжал сотрудничать с другими исследователями по другим инновациям в области сжатия. Именно его полная работа, охватывающая более полувека, принесла ему Почетная медаль IEEE 2021 «За фундаментальный вклад в теорию информации и технологию сжатия данных, а также за выдающееся лидерство в исследованиях».

Зив родился в 1931 году в семье русских иммигрантов в Тверии, городе, который тогда находился в управляемой британцами Палестине, а теперь является частью Израиля. Электричество и гаджеты — и многое другое — очаровывали его в детстве.Например, играя на скрипке, он придумал схему, как превратить свой пюпитр в лампу. Он также попытался построить передатчик Маркони из металлических частей фортепиано. Когда он подключил устройство, весь дом потемнел. Он так и не заставил этот передатчик работать.

Когда в 1948 году началась арабо-израильская война, Зив учился в средней школе. Призванный в Армию обороны Израиля, он недолгое время служил на передовой, пока группа матерей не провела организованные акции протеста, требуя отправить самых молодых солдат в другое место.Переназначение Зива привело его в израильские ВВС, где он прошел обучение на радарного техника. Когда война закончилась, он поступил в Технион — Израильский технологический институт, чтобы изучать электротехнику.

После получения степени магистра в 1955 году Зив вернулся в мир обороны, на этот раз присоединившись к Национальной исследовательской лаборатории обороны Израиля (ныне Rafael Advanced Defense Systems) для разработки электронных компонентов для использования в ракетах и ​​других военных системах. Проблема заключалась в том, вспоминает Зив, что никто из инженеров в группе, включая его самого, не обладал более чем базовыми знаниями в области электроники.Их образование в области электротехники было больше сосредоточено на энергосистемах.

«У нас было около шести человек, и мы должны были учить себя сами, — говорит он. — Мы выбирали книгу, а затем вместе занимались, как религиозные евреи, изучающие еврейскую Библию. Этого было недостаточно».

Целью группы было создание телеметрической системы с использованием транзисторов вместо электронных ламп. Им нужны были не только знания, но и запчасти. Зив связался с Bell Telephone Laboratories и запросил бесплатный образец ее транзистора; компания отправила 100.

«Это покрыло наши потребности на несколько месяцев, — говорит он. — Я считаю, что первым в Израиле сделал что-то серьезное с транзистором».

В 1959 году Зив был выбран в качестве одного из немногих исследователей из оборонной лаборатории Израиля для обучения за границей. По его словам, эта программа изменила эволюцию науки в Израиле. Его организаторы не направляли отобранных молодых инженеров и ученых в определенные области. Вместо этого они позволяют им учиться в аспирантуре любого типа в любой западной стране.

«В то время для того, чтобы запустить компьютерную программу, нужно было использовать перфокарты, и я их ненавидел. Вот почему я не стал заниматься настоящей информатикой ».

Зив планировал продолжить работу в сфере связи, но его больше не интересовало только оборудование. Он недавно прочитал Теория информации (Прентис-Холл, 1953), одна из самых ранних книг по этой теме, написанная Стэнфордом Голдманом, и он решил сосредоточить свое внимание на теории информации. А где еще можно изучать теорию информации, кроме Массачусетского технологического института, где начинал пионер в этой области Клод Шеннон?

Зив прибыл в Кембридж, штат Массачусетс., в 1960 году. Исследование включало метод определения того, как кодировать и декодировать сообщения, отправляемые по зашумленному каналу, сводя к минимуму вероятность и ошибку и в то же время сохраняя простоту декодирования.

«Теория информации прекрасна, — говорит он. — Она говорит вам, что самое лучшее, что вы можете когда-либо достичь, и [она] говорит вам, как приблизиться к результату. наилучший возможный результат «.

Зив противопоставляет эту уверенность неопределенности алгоритма глубокого обучения.Может быть ясно, что алгоритм работает, но никто точно не знает, является ли это наилучшим возможным результатом.

Находясь в Массачусетском технологическом институте, Зив работал неполный рабочий день в оборонном подрядчике США. Melpar, где он работал над программным обеспечением для исправления ошибок. Он нашел эту работу менее красивой. «В то время для того, чтобы запустить компьютерную программу, нужно было использовать перфокарты, — вспоминает он. — И я их ненавидел. Вот почему я не углублялся в настоящую информатику».

Вернувшись в лабораторию оборонных исследований после двух лет в Соединенных Штатах, Зив возглавил Департамент связи.Затем в 1970 году вместе с несколькими другими сотрудниками он поступил на факультет Техниона.

Там он встретил Авраама Лемпеля. Эти двое обсуждали попытки улучшить сжатие данных без потерь.

Современным уровнем сжатия данных без потерь в то время было кодирование Хаффмана. Этот подход начинается с поиска последовательностей битов в файле данных, а затем их сортировки по частоте, с которой они появляются. Затем кодировщик создает словарь, в котором наиболее распространенные последовательности представлены наименьшим числом битов.Это та же идея, что и в азбуке Морзе: самая частая буква в английском языке, e, представлена ​​одной точкой, в то время как более редкие буквы имеют более сложные комбинации точек и тире.

Кодирование Хаффмана, которое до сих пор используется в формате сжатия MPEG-2 и в формате JPEG без потерь, имеет свои недостатки. Требуется два прохода через файл данных: один для вычисления статистических характеристик файла, а второй — для кодирования данных. А хранение словаря вместе с закодированными данными увеличивает размер сжатого файла.

Зив и Лемпель задались вопросом, могут ли они разработать алгоритм сжатия данных без потерь, который работал бы с любыми типами данных, не требовал предварительной обработки и обеспечил бы наилучшее сжатие этих данных, цель, определяемую чем-то, известным как энтропия Шеннона. Было неясно, была ли вообще возможна их цель. Они решили выяснить.

Зив говорит, что он и Лемпель были «идеальным партнером» для решения этого вопроса: «Я знал все о теории информации и статистике, а Абрахам был хорошо вооружен булевой алгеброй и информатикой.»

Эти двое пришли к идее, что алгоритм будет искать уникальные последовательности битов одновременно с сжатием данных, используя указатели для ссылки на ранее увиденные последовательности. Этот подход требует только одного прохода через файл, поэтому он быстрее, чем кодирование Хаффмана.

Зив объясняет это так: «Вы смотрите на входящие биты, чтобы найти самый длинный отрезок битов, для которого было совпадение в прошлом. Предположим, что первый входящий бит равен 1. Теперь, поскольку у вас есть только один бит, вы никогда не видели его в прошлом, поэтому у вас нет другого выбора, кроме как передать его как есть.»

«Но тогда вы получите еще один бит», — продолжает он. «Скажите, что это тоже 1. Итак, вы вводите в свой словарь 1-1. Скажем, следующий бит — 0. Итак, в вашем словаре теперь 1-1, а также 1-0 ».

Вот где появляется указатель. В следующий раз, когда поток битов включает 1-1 или 1-0, программное обеспечение не передает эти биты. Вместо этого он отправляет указатель на место, где эта последовательность впервые появилась, вместе с длиной совпадающей последовательности. Количество бит, которое вам нужно для этого указателя, очень мало.

«Теория информации прекрасна. Он говорит вам, что самое лучшее, что вы можете когда-либо достичь, и (он) говорит вам, как приблизиться к результату «.

«Это в основном то, что они делали при публикации TV Guide , — говорит Зив. — Они запускали синопсис каждой программы один раз. Если программа появлялась более одного раза, они не переиздали синопсис. Они просто сказали, вернитесь к странице x ».

Декодирование таким способом еще проще, потому что декодеру не нужно идентифицировать уникальные последовательности.Вместо этого он находит расположение последовательностей, следуя указателям, а затем заменяет каждый указатель копией соответствующей последовательности.

Алгоритм делал все, что намеревались сделать Зив и Лемпель — он доказал, что возможно универсально оптимальное сжатие без потерь без предварительной обработки.

«В то время, когда они опубликовали свою работу, тот факт, что алгоритм был четким и элегантным и легко реализуемым с низкой вычислительной сложностью, был почти несущественным, — говорит Цачи Вайсман, профессор электротехники Стэнфордского университета, специализирующийся на теории информации.«Это было больше о теоретическом результате».

В конце концов, однако, исследователи осознали практическое значение этого алгоритма, говорит Вайсман. «Сам алгоритм стал действительно полезным, когда наши технологии начали работать с файлами большего размера, превышающими 100 000 или даже миллион символов».

«Их история — это история о силе фундаментальных теоретических исследований, — добавляет Вайсман. — Вы можете получить теоретические результаты о том, что должно быть достижимо, и спустя десятилетия человечество получит выгоду от реализации алгоритмов, основанных на этих результатах.»

Зив и Лемпель продолжали работать над технологией, пытаясь приблизиться к энтропии для небольших файлов данных. Эта работа привела к созданию LZ78. Зив говорит, что LZ78 кажется похожим на LZ77, но на самом деле сильно отличается, потому что он предвосхищает следующее. «Скажем, первый бит — это 1, поэтому вы вводите в словарь два кода, 1-1 и 1-0», — объясняет он. Вы можете представить эти две последовательности как первые ветви дерева ».

«Когда приходит второй бит, — говорит Зив, — если он равен 1, вы отправляете указатель на первый код, 1-1, а если он 0, вы указываете на другой код, 1-0.Затем вы расширяете словарь, добавляя еще две возможности к выбранной ветви дерева. Если вы будете делать это неоднократно, у последовательностей, которые появляются чаще, вырастут более длинные ветви «.

«Оказывается, — говорит он, — это был не только оптимальный [подход], но и настолько простой, что сразу стал полезным».

Джейкоб Зив (слева) и Абрахам Лемпель опубликовали алгоритмы сжатия данных без потерь в 1977 и 1978 годах, оба в IEEE Transactions on Information Theory.Эти методы стали известны как LZ77 и LZ78 и используются до сих пор. Фото: Якоб Зив / Технион

В то время как Зив и Лемпель работали над LZ78, они оба были в творческом отпуске из Техниона и работали в компаниях США. Они знали, что их разработка будет коммерчески полезной, и хотели запатентовать ее.

«Я работал в Bell Labs, — вспоминает Зив, — поэтому я подумал, что патент должен принадлежать им. Но они сказали, что невозможно получить патент, если это не аппаратное обеспечение, и им было не интересно пытаться.»(Верховный суд США не открывал дверь для прямой патентной защиты программного обеспечения до 1980-х годов.)

Однако работодатель Lempel, Sperry Rand Corp., был готов попробовать. Она обошла ограничение на патенты на программное обеспечение, создав оборудование, реализующее алгоритм, и запатентовав это устройство. Сперри Рэнд последовал этому первому патенту с версией, адаптированной исследователем Терри Велчем, под названием алгоритм LZW. Наибольшее распространение получил вариант LZW.

Зив сожалеет о том, что не смог напрямую запатентовать LZ78, но, по его словам, «нам понравилось, что [LZW] был очень популярен.Он сделал нас знаменитыми, и мы также получили удовольствие от исследований, к которым он нас привел «.

Одна из последующих концепций получила название сложности Лемпеля-Зива — меры количества уникальных подстрок, содержащихся в последовательности битов. Чем меньше уникальных подстрок, тем сильнее можно сжать последовательность.

Позднее эта мера стала использоваться для проверки безопасности кодов шифрования; если код действительно случайный, его нельзя сжать. Сложность Лемпеля-Зива также использовалась для анализа электроэнцефалограмм — записей электрической активности в головном мозге — для определить глубину анестезии, диагностировать депрессию и для других целей.Исследователи даже применили его для анализа популярных текстов песен, чтобы определить тенденции повторяемости.

За свою карьеру Зив опубликовал около 100 рецензируемых статей. Хотя работы 1977 и 1978 годов являются самыми известными, у теоретиков информации, пришедших после Зива, есть свои фавориты.

Для Шломо Шамаи, выдающегося профессора Техниона, статья 1976 года представила алгоритм Виннера-Зива, способ охарактеризовать пределы использования дополнительной информации, доступной декодеру, но не кодеру.Эта проблема возникает, например, в видеоприложениях, которые используют тот факт, что декодер уже расшифровал предыдущий кадр и, таким образом, его можно использовать в качестве дополнительной информации для кодирования следующего.

Для Винсента Пура, профессора электротехники в Принстонском университете, это статья 1969 года, в которой описывается граница Зива-Закая, способ узнать, получает ли сигнальный процессор наиболее точную информацию из данного сигнала.

Зив также вдохновил ряд ведущих экспертов по сжатию данных на занятиях, которые он преподавал в Технионе до 1985 года.Вайсман, бывший студент, говорит, что Зив «глубоко увлечен математической красотой сжатия как способа количественной оценки информации. Получение у него курса в 1999 году сыграло большую роль в том, что я встал на путь моих собственных исследований «.

Не только он был так вдохновлен. «Я взял у Зива уроки теории информации в 1979 году, в начале учебы в магистратуре, — говорит Шамай. — Прошло более 40 лет, а я до сих пор помню этот курс. Это заставило меня задуматься над этими проблемами. проводить исследования и получать докторскую степень.Д. »

В последние годы глаукома лишила Зива большую часть зрения. Он говорит, что статья, опубликованная в журнале IEEE Transactions on Information Theory в январе этого года, является его последней. Ему 89 лет.

«Я начал писать статью два с половиной года назад, когда у меня еще было достаточно зрения, чтобы пользоваться компьютером, — говорит он. — В конце концов Юваль Кассуто, младший преподаватель Техниона, завершил проект». В документе обсуждаются ситуации, в которых большие информационные файлы необходимо быстро передавать в удаленные базы данных.

Как объясняет Зив, такая потребность может возникнуть, когда врач хочет сравнить образец ДНК пациента с прошлыми образцами от того же пациента, чтобы определить, была ли мутация, или с библиотекой ДНК, чтобы определить, есть ли у пациента генетическое заболевание. Или исследователь, изучающий новый вирус, может захотеть сравнить его последовательность ДНК с базой данных ДНК известных вирусов.

«Проблема в том, что количество информации в образце ДНК огромно, — говорит Зив, — слишком много для того, чтобы сегодня ее можно было отправить по сети за считанные часы или даже, иногда, за дни.Если вы, скажем, пытаетесь идентифицировать вирусы, которые очень быстро меняются во времени, это может занять слишком много времени «.

Подход, который описывают он и Кассуто, включает использование известных последовательностей, которые обычно появляются в базе данных, чтобы помочь сжимать новые данные, без предварительной проверки конкретного совпадения между новыми данными и известными последовательностями.

«Я действительно надеюсь, что это исследование может быть использовано в будущем», — говорит Зив. Если в его послужном списке есть какие-либо признаки, Кассуто-Зив — или, возможно, CZ21 — добавит к его наследию.

Эта статья появится в майском выпуске 2021 года под названием «Conjurer of Compression».

Самый большой маленький чип: введение в универсальный таймер 555

Еще в 1970 году, когда на плодородных почвах Кремниевой долины прижилось лишь полдюжины корпоративных саженцев, компания Signetics купила идею у инженера по имени Ханс Камензинд. Это не было прорывной концепцией, всего 23 транзистора и несколько резисторов, которые могли бы работать как программируемый таймер.Таймер был бы универсальным, стабильным и простым, но эти достоинства меркли по сравнению с его основным преимуществом. Используя развивающуюся технологию интегральных схем, Signetics могла воспроизвести все это на кремниевом чипе.

Это повлекло за собой некоторую ручную работу. Камензинд потратил недели, используя чертежный стол и специально установленный нож X-Acto, чтобы записать свою схему на большом пластиковом листе. Затем Signetics уменьшила это изображение фотографически, выгравировала его на крошечные пластины и вложила каждую пластину в полудюймовый прямоугольник из черного пластика с номером продукта, напечатанным наверху.Так родился таймер 555.

Это оказался самый успешный чип в истории как по количеству проданных единиц (десятки миллиардов, и их количество), так и по долговечности его конструкции (не изменившейся почти за 40 лет). 555 использовался везде, от игрушек до космических кораблей. Он может заставлять свет мигать, активировать системы сигнализации, ставить пробелы между звуковыми сигналами и создавать сами звуковые сигналы. Сегодня вы можете купить одну фишку в Интернете примерно за 25 центов.

Для вводного проекта, описанного ниже, вы можете использовать 555CN, Fairchild LM555CN или KA555, Texas Instruments NE555P или STMicroelectronics NE555N.Бренд не имеет значения. Каждый производитель предлагает версию с дополнительным металлооксидным полупроводником (CMOS), двойную версию и версию для поверхностного монтажа в дополнение к чипу старого образца, который стоит на восьми металлических ножках, расположенных на расстоянии 1/10 дюйма друг от друга. По разным причинам следует использовать версию старого образца.

Сначала я покажу, как 555 может включать и выключать светодиодную вспышку. Затем я адаптирую его для создания музыкального тона и, наконец, объединю три 555-х годов вместе, чтобы создать гаджет, который можно использовать для ограничения времени в не видеоиграх, таких как шашки или скрэббл.В конце заданного интервала таймер издаст стонущий звук, чтобы сообщить опоздавшему участнику, что его время истекло и его ход закончился.