Układ NE555, znany jako timer 555, to jeden z najbardziej wszechstronnych i popularnych układów scalonych w elektronice, idealny do zastosowań w robotyce, automatyce i projektach DIY.
W oryginalnej, bipolarnej wersji zawiera 23 tranzystory, diody oraz rezystory, co pozwala na pracę w trybach monostabilnym, astabilnym i bistabilnym. Prosta topologia, niska cena i odporność na błędy czynią NE555 niezastąpionym w szybkich prototypach i edukacji.
Historia i znaczenie układu NE555
Projektantem NE555 był szwajcarski inżynier Hans Rudolph Camenzind (1934–2012), który opracował układ na początku lat 70. XX wieku. Sprzedano już miliardy sztuk NE555, co ugruntowało jego status „legendy elektroniki”. W robotyce sprawdza się jako generator sygnałów sterujących silnikami, migaczy LED czy prostych timerów w torach sensorycznych – często bez potrzeby użycia mikrokontrolerów.
Budowa układu NE555 – schemat blokowy i wyprowadzenia
Schemat blokowy
Najważniejsze bloki funkcjonalne to:
- dzielnik napięcia – trzy rezystory ok. 5 kΩ dzielą VCC (między pinami 8 i 1) na progi 1/3 VCC i 2/3 VCC;
- dwa komparatory napięcia – porównują sygnały z pinów TRIGGER i THRESHOLD z progami z dzielnika;
- przerzutnik SR – pamięta stan wyjścia i reaguje na sygnały z komparatorów oraz wejście RESET;
- bufor wyjściowy i tranzystor rozładowczy – wzmacniają sygnał na OUTPUT i rozładowują kondensator przez pin DISCHARGE (7).
Sygnały z dzielnika trafiają na wejścia komparatorów (górny próg 2/3 VCC i dolny próg 1/3 VCC), a ich wyjścia ustawiają lub zerują przerzutnik SR, który steruje wyjściem i tranzystorem rozładowczym.
Wyprowadzenia (pinout) – standardowa obudowa DIP-8
Poniżej przedstawiono funkcje poszczególnych pinów:
| Pin | Nazwa | Funkcja |
|---|---|---|
| 1 | GND | Masa zasilania. |
| 2 | TRIGGER | Impuls niski (< 1/3 VCC) wyzwala timer (OUTPUT przechodzi w stan wysoki). |
| 3 | OUTPUT | Wyjście sterujące; może źródłować lub pochłaniać znaczny prąd (typ. do ok. 200 mA), stan wysoki zbliżony do VCC (niższy przy dużym obciążeniu), stan niski ~0 V. |
| 4 | RESET | Stan niski natychmiast resetuje układ (ma priorytet nad innymi wejściami). |
| 5 | CONTROL | Wejście modyfikujące progi komparatorów; zwykle dołączone do masy przez 10 nF dla stabilności. |
| 6 | THRESHOLD | Próg górny; gdy napięcie > 2/3 VCC, wyjście zostaje zresetowane (stan niski). |
| 7 | DISCHARGE | Wbudowany tranzystor NPN do rozładowania kondensatora (zwiera do masy w odpowiednim stanie). |
| 8 | VCC | Zasilanie: 4,5–16 V (do 18 V w niektórych wersjach). |
Zalecenie: podciągnij RESET do VCC (np. przez rezystor) i dodaj 10 nF do pinu CONTROL względem masy, aby ograniczyć zakłócenia.
Zasada działania – tryby pracy
NE555 porównuje napięcia na wejściach z dwoma progami (1/3 i 2/3 VCC), a następnie ustawia przerzutnik SR, który steruje wyjściem oraz rozładowaniem kondensatora. Niski TRIGGER ustawia wyjście (HIGH), a przekroczenie progu THRESHOLD je resetuje (LOW).
1. Generator monostabilny (jednoimpulsowy)
Układ generuje pojedynczy impuls po wyzwoleniu krótkim impulsem niskim na pinie 2. Kondensator C ładuje się przez rezystor Ra do poziomu 2/3 VCC, po czym przerzutnik resetuje wyjście, a tranzystor na pinie 7 rozładowuje kondensator. Zastosowania: timery opóźniające, debouncing przełączników, sygnały ostrzegawcze.
Wzór czasu impulsu:
T = 1.1 * Ra * C
2. Generator astabilny (prostokątny)
Po włączeniu zasilania układ samoczynnie generuje ciąg impulsów prostokątnych. Kondensator C ładuje się przez (R1 + R2) do 2/3 VCC, a rozładowuje przez R2 do 1/3 VCC. Częstotliwość i wypełnienie reguluje się doborem R1, R2 i C.
Podstawowe wzory projektowe:
tH = 0.693 * (R1 + R2) * C
tL = 0.693 * R2 * C
f = 1.44 / ((R1 + 2 * R2) * C)
3. Przerzutnik bistabilny (flip-flop)
Tryb dwustanowy: stan HIGH/LOW przełączany jest impulsami na pinach TRIGGER i RESET. Stosowany w prostych przełącznikach stanów i układach pamiętających bez precyzyjnego odmierzania czasu.
Przykładowe schematy i zastosowania w robotyce
Schemat 1 – migacz LED (astabilny) – prosty „kierunkowskaz”
Przykładowe wartości: R1 = 1 kΩ, R2 = 10 kΩ, C = 10 µF, LED z rezystorem 330 Ω do pinu OUTPUT. Daje to miganie ok. 1 Hz – idealne do świateł w robotach mobilnych.
- Podłącz R1 między VCC a DISCHARGE/THRESHOLD, a R2 między DISCHARGE/THRESHOLD a OUTPUT;
- Dołącz kondensator C między THRESHOLD/TRIGGER a masę (zmostkuj piny 2 i 6);
- Wstaw LED z rezystorem 330 Ω od OUTPUT do VCC lub do masy (w zależności od kierunku świecenia);
- Zasil układ i skoryguj częstotliwość, zmieniając R2 lub C.
Schemat 2 – timer monostabilny do testów
Przykładowe wartości: Ra = 100 kΩ, C = 100 µF (impuls ~11 s). Dioda czerwona na OUTPUT (przez 1 kΩ), dioda zielona sygnalizująca rozładowanie na pinie 7 (przez osobny rezystor).
- Połącz TRIGGER (pin 2) z przyciskiem do masy i rezystorem podciągającym do VCC;
- Wstaw Ra między VCC a węzeł kondensatora (piny 6 i 2), a kondensator C do masy;
- Dodaj LED-y z rezystorami do OUTPUT i DISCHARGE, aby obserwować przebieg cyklu;
- Wyzwól układ krótkim naciśnięciem – czerwona świeci przez czas T, zielona sygnalizuje rozładowanie.
Schemat 3 – układ monostabilny na płytce prototypowej (sterowanie buzzerem/silnikiem)
Wyjście OUTPUT może sterować buzzerem piezo lub przez tranzystor – małym silnikiem DC (np. alarmem lub impulsem startu).
- Zbuduj układ monostabilny (TRIGGER z przycisku, Ra i C dobrane do oczekiwanego czasu);
- Dołącz buzzer bezpośrednio do OUTPUT (z rezystorem, jeśli zaleca producent) lub użyj tranzystora NPN do sterowania silnikiem;
- Dodaj diodę zabezpieczającą przy obciążeniach indukcyjnych (silnik, cewka);
- Przetestuj działanie i dopasuj czas T zmianą Ra lub C.
Zaawansowane zastosowania w robotyce
Przykłady praktycznych zastosowań w projektach robotycznych:
- Generatory akustyczne – tryb astabilny z buzzerem (częstotliwość 1–10 kHz) do alarmów i sygnalizacji;
- Sterowanie silnikami – regulacja wypełnienia (PWM) do prostego sterowania prędkością lub mocą;
- Wykrywanie i formowanie impulsów – eliminacja drgań styków (debouncing) w przyciskach i czujnikach dotykowych;
- Migacze i sygnalizacja – światła pozycyjne i kierunkowe w modelach i robotach mobilnych.
Warianty i wskazówki praktyczne
Podczas projektowania warto pamiętać o poniższych zasadach:
- CMOS (np. TLC555/LMC555) – niższy pobór prądu, szerszy zakres napięć i lepsza liniowość sterowania pinem CONTROL;
- Stabilne zasilanie – stosuj kondensator 100 nF możliwie blisko pinów VCC–GND, a przewody zasilające prowadź krótko;
- Unikaj typowych błędów – nie przeciążaj pinu DISCHARGE, filtruj pin CONTROL i obserwuj przebiegi na oscyloskopie przy uruchamianiu;
- Dobór elementów – dla stabilnych czasów używaj kondensatorów niskostratnych (np. foliowych) i rezystorów o niskiej tolerancji.
Mimo upływu dekad NE555 pozostaje szybkim, tanim i niezawodnym „nożem szwajcarskim” w elektronice – świetnym do nauki, prototypowania oraz integracji z mikrokontrolerami.