Zobrazení zdroje stránky NE555

[[Soubor:Signetics NE555N.JPG|náhled|vpravo|NE555 od firmy [[Signetics]]]]

'''NE555''' je [[integrovaný obvod]] používaný nejčastěji jako [[časovač]] nebo [[generátor]] různých pravoúhlých [[signál]]ů. Byl navržen v roce 1970 švýcarským inženýrem [[Hans R. Camenzind|Hansem R. Camenzindem]]. Na trh byl uveden v roce 1971 firmou [[Signetics]]. Uvádí se, že označení ''555'' je odvozeno od tří rezistorů s hodnotou 5 [[Ohm|kΩ]], které jsou v tomto IO použity. Sám Hans Camenzind však uvádí, že se jedná o náhodně vybrané číslo.<ref>{{Citace elektronické monografie | jméno = Jack Ward | titul = THE 555 TIMER IC
An Interview with Hans Camenzind | datum vydání = 2004-06 | url = http://www.semiconductormuseum.com/Transistors/LectureHall/Camenzind/Camenzind_Page2.htm | datum přístupu = 2009-12-26 | jazyk = en}}</ref>

Integrovaný obvod NE555 je v plastovém pouzdru [[Dual in-line package|DIP]], SE555 pak v pouzdru kovovém. Existují i obvody s označením NE556, což jsou dva obvody ''555'' v jednom pouzdru, a dále NE558, který sdružuje čtyři obvody ''555''.<ref name="hajek1">{{Citace monografie | příjmení = Hájek | jméno = Jan | titul = 2x časovač 555 | vydavatel = BEN - technická literatura | místo = Praha | rok = 1998 | isbn = 80-86056-27-9 | kapitola = 1 | strany = 7 | jazyk = cs}}</ref>

Obvod obsahuje dva [[Zapojení s operačním zesilovačem#Komparátor|komparátory]] a jeden [[klopný obvod]] (KO) na výstupu. Komparační úrovně jsou odvozeny z děliče napětí sestávajícího ze tří 5 [[Ohm|kΩ]] [[rezistor]]ů. Přestože byl původně navržen pro časovací účely, je tak univerzální, že se dá použít na obrovské množství jiných aplikací jako např. generátory zvuků, měřiče kmitočtů, převodníků, atd.

V roce 2017 bylo publikováno, že je dle odhadů ročně vyráběno přes miliardu integrovaných obvodů řady NE555, čímž se tento obvod pravděpodobně stává historicky nejpopulárnějším integrovaným obvodem.<ref>{{Citace monografie
| příjmení = Lowe
| jméno = Doug
| titul = Electronics All-in-One For Dummies
| rok = 2017
| url = https://archive.org/details/electronicsallin0000lowe_x1z6
| vydání = 2
| vydavatel = Wiley
| počet stran = 934
| strany = [https://archive.org/details/electronicsallin0000lowe_x1z6/page/339 339]
| isbn = 978-1-119-32079-1
}}</ref>

== Vnitřní zapojení ==
[[Soubor:NE555 schema.png|náhled|230px|vpravo|Další blokové schéma obvodu. Místo jednoho klopného obvodu RS jsou však použity dva [[Logický člen#NOR|NORy]] (na funkci obvodu to nic nemění)]]
[[Soubor:555 Pinout.svg|náhled|230px|vlevo|Vývody obvodu NE555]][[Soubor:NE555 Bloc Diagram.svg|náhled|230px|vlevo|Vnitřní (blokové) schéma obvodu ''555''<br />• zelená – odporový dělič<br />• žlutá – R komparátor<br />• červená – S komparátor<br />• modrá – RS klopný obvod s nulováním<br />• fialová – výstupní inv. zesilovač<br />• tyrkysová – výstupní tranzistor]]

Obvod ''555'' má 8 pinů, jejichž význam je popsán v tabulce:

{| class="wikitable"
! Pin
! Označení
! Popis
|-
|1
|GND 
|Uzemnění ('''g'''rou'''nd''') obvodu, 0V. GND
|-
|2
|TRIG
|Spouštění ('''trig'''ger), vstup druhého (zapínacího) komparátoru.
|-
|3
|OUT
|Výstup ('''out'''put) obvodu.
|-
|4
|RESET
|Nulovací ('''reset''') vstup, umožňuje nulování KO nezávisle na vstupech.
|-
|5
|CTRL
|Řídící ('''c'''on'''tr'''o'''l''') napětí. Ovlivňuje překlápění komparátorů.
|-
|6
|THR
|Práh ('''thr'''eshold), vstup prvního (vypínacího) komparátoru.
|-
|7
|DIS
|Vybíjení ('''dis'''charge), kolektor vybíjecího tranzistoru.
|-
|8
|VCC
|Kladné napájecí napětí ('''v'''oltage '''c'''ommon '''c'''ollector) v rozsahu 4,5 V až 16 V.
|-
|}

Napájecí napětí, přivedené na pin 8 (''VCC''), se na rezistorech R1 – R3 rozdělí na 1/3 a 2/3 své hodnoty, čímž se nastaví komparační úrovně dvou vstupních [[operační zesilovač|operačních zesilovačů]], které jsou zapojeny jako [[Zapojení s operačním zesilovačem#Komparátor|komparátory]]. Vstupem 5 (''CTRL'') lze tyto úrovně měnit. Výstupy obou komparátorů jsou spojeny se vstupy [[klopný obvod|klopného obvodu]] [[Klopný obvod#RS|RS]]. Tento KO má ještě jeden, nulovací vstup (pin č.4, ''RESET''), kterým je možné překlopit jej do stavu logické nuly nezávisle na jeho vstupech.

Invertující výstup KO je přiveden na [[Logický člen#NOT|invertor]] a ten pak na pin číslo 3 (''OUT''). Na tento invertující výstup KO je také připojena báze vybíjecího tranzistoru. Pokud je KO RS překlopen do stavu logické nuly, je na bázi tohoto tranzistoru log. jednička. Ta způsobí otevření tranzistoru, čímž se jeho kolektor (pin č.7, ''DIS'') spojí se zemí (toho se využívá např. v zapojení astabilního KO).
{{Clear}}

== Základní zapojení s ''555'' ==
Základní zapojení obvodu ''555'' jsou:
* [[Astabilní klopný obvod|''Astabilní'' klopný obvod]] ([[oscilátor]])
* [[Monostabilní klopný obvod|''Monostabilní'' klopný obvod]]
* [[Bistabilní klopný obvod|''Bistabilní'' klopný obvod]]
* [[Schmittův klopný obvod|''Schmittův'' klopný obvod]] (komparátor)

=== Astabilní KO ===
[[Soubor:555 Astable Diagram.svg|náhled|227x227bod|Zapojení ''555'' jako astabilní klopný obvod|vlevo]]
[[Soubor:NE555 Astable Waveforms.svg|náhled|Průběhy napětí na výstupu č. 3 (nahoře) a na uzlu R2-C (dole)]]

''Astabilní klopný obvod'' je impulzní generátor, na jehož výstupu se nepřetržitě střídají úrovně napětí (logická nula a jedna). Zapojení využívá analogové napětí na [[kondenzátor]]u, který se periodicky nabíjí a vybíjí.

Obvod nemá ani jeden stabilní stav (odtud ''astabilní''). To znamená, že výstup obvodu (pin číslo 3, ''OUT'') nesetrvává ani v log. nule nebo jedničce. Oba stavy se pravidelně, periodicky střídají.

Na začátku je kondenzátor ''C'' vybitý (není na něm žádné napětí) a výstup obvodu ''OUT'' je v logické jedničce. Poté se kondenzátor ''C'' začne nabíjet a jakmile dosáhne hodnoty 2/3 napájecího napětí (''VCC''), vstup č. 6 (''THR'') způsobí, že výstup komparátoru K1 svým kladným napětím resetuje KO RS. Na výstupu č. 3 (''OUT'') se objeví log. nula.

Zároveň se ale otevře vybíjecí tranzistor, jehož kolektor (pin č. 7, ''DIS'') spojí kondenzátor ''C'' se zemí a ten se tak začne vybíjet. Jakmile se kondenzátor vybije na hodnotu menší jak 1/3 napájecího napětí, výstup komparátoru K2 nastaví KO RS a tím pádem se na výstupu opět objeví logická jedna a vybíjecí tranzistor se uzavře. Dochází k nabíjení kondenzátoru.

Doba, po kterou se kondenzátor nabíjí je ovlivněna velikostí jeho kapacity a velikostí odporů R<sub>1</sub>, R<sub>2</sub>. Naopak velikost vybíjecí doby je závislá pouze na velikosti kondenzátoru a rezistoru R<sub>2</sub>. Rezistor R<sub>1</sub> nemá na vybíjení vliv, protože kondenzátor se vybíjí přes tranzistor (pin č. 7).

:<math>t_{nab}=\ln (2) \cdot C (R_1 + R_2) \approx 0.693 \cdot C (R_1 + R_2)</math>
:<math>t_{vyb}=\ln (2) \cdot C R_2 \approx 0,693 \cdot C R_2</math>
[[Soubor:555 Mk-sp Diagram.svg|náhled|249x249bod|Modifikovaný AKO s 555]]

Délka periody signálu je pak:

:<math>T = t_{nab} + t_{vyb} = \ln(2) \cdot C (R_1 + 2R_2)</math>
:Z toho lze vypočítat frekvenci a [[Střída signálu|střídu]]:
:<math>f = \frac {1} { t_{nab} + t_{vyb}}; D = \frac {t_{nab}} {t_{nab} + t_{vyb}}</math>

Při tomto zapojení astabilního obvodu bude střída vždy větší než jedna polovina, protože pro D = 0,5 by muselo platit:

:<math>R_2 = R_1 + R_2</math>
Tedy rezistor R<sub>1</sub> = 0 Ω. Rezistor R<sub>1</sub> však musí mít nenulovou hodnotu odporu, protože při vybíjení kondenzátoru přes kolektor vybíjecího tranzistoru by nastal zkrat napájecího zdroje, což může v nejhorším případě způsobit zničení tranzistoru. Rezistor R<sub>1</sub> tedy ''nesmí'' být v zapojení vynechán. Tento problém se dá ovšem snadno vyřešit připojením diody (doporučený typ '''1N4148''') paralelně k R2, takže se C nabíjí pouze přes jeden odpor a diodu a přes druhý odpor se vybíjí. Potom platí:

<math>t_{nab} = ln{\frac {2U_{CC}- 3u_{D}}{U_{CC}- 3u_{D}}}R_1 C</math> , 

což se při zanedbání úbytku na diodě (u<sub>D</sub> = 0) zjednoduší na: 

<math>t_{nab}=\ln (2) \cdot C R_1 \approx 0,693 \cdot C R_1</math>

Další možnost je vynechat oba odpory, pin 7 ponechat volný a C připojit přes jeden odpor k pinu 3. 

Zpravidla se volí rezistory, aby platilo: <math>R_1 \ll R_2</math>, například: <math>R_1 = 1 \; k\Omega; R_2 = 100\; k\Omega</math>
=== Monostabilní KO ===
[[Soubor:NE555 Monotable Waveforms (English).png|náhled|206x206bod|Spouštěcí signál KO (nahoře), nabíjení kondenzátoru (uprostřed), výstupní signál obvodu (dole)]][[Soubor:555 Monostable.svg|náhled|215x215bod|Zapojení ''555'' jako monostabilní klopný obvod. Pro správnou funkci je nutné připojit tzv. ''pull-up'' rezistor (cca 10kΩ) mezi pin č.2 a napájecí napětí a tlačítko mezi pin č. 2 a zem.|vlevo]]''Monostabilní klopný obvod'' má jeden stabilní stav. Po příchodu sestupné hrany vstupního impulzu se obvod překlopí do svého nestabilního stavu, ve kterém setrvá předem definovanou dobu. Poté se opět vrací zpátky do stabilního stavu.

Spouštěcí impulz je ''vždy'' kratší, než výstupní impulz. To znamená, že výstupní impulz má stejnou, nebo větší šířku, než impulz spouštěcí. Z toho vyplývá, že se obvod používá například pro prodloužení, nebo obnovení impulzu.<ref>{{Citace monografie | příjmení = Hájek | jméno = Jan | titul = 2x časovač 555 | vydavatel = BEN - technická literatura | místo = Praha | rok = 1998 | isbn = 80-86056-27-9 | kapitola = 2.3 | strany = 12 | jazyk = cs}}</ref>

Po vyslání impulzu na pin č. 2 se kondenzátor ''C'' začne nabíjet přes rezistor ''R'', protože vybíjecí tranzistor je uzavřen. Jakmile se kondenzátor nabije na 2/3 napájecího napětí, komparátor K1 resetuje KO RS, což způsobí změnu výstupní úrovně a zároveň otevření vybíjecího tranzistoru. Kondenzátor je spojen se zemí a tím se vybije. V tomto stavu obvod setrvává do příchodu dalšího spouštěcího impulzu.

Doba, po kterou obvod setrvává v nestabilním stavu je opět dána dobou nabíjení kondenzátoru:

:<math>t_{nestab}= \ln (3) \cdot C R \approx 1,099 \cdot C R</math>

=== Bistabilní KO ===
[[Soubor:555 Bistabiel digitaal.svg|náhled|Zapojení 555 jako bistabilní klopný obvod typu RS|vlevo]]
[[Soubor:NE555 toggle.png|náhled|191x191bod|Zapojení 555 jako bistabilní klopný obvod typu T]]
''Bistabilní klopný obvod'' má oba stavy stabilní, mezi nimiž je možné obvod překlápět vnějšími impulzy. Může mít dva vstupy (typ RS) nebo jeden (typ T). V samotném časovači 555 se již nachází klopný obvod, který je možno z vnějšku nastavit a vynulovat, přičemž je odpovídající signál vždy jen na výstupu časovače.<ref>{{Citace kvalifikační práce
 | příjmení = Struhár
 | jméno = Pavel
 | instituce =  Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně - Fakulta aplikované informatiky
 | odkaz na instituci = Fakulta aplikované informatiky Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně
 | titul = Obvod 555 a jeho využití v elektronice
 | url = https://digilib.k.utb.cz/bitstream/handle/10563/1773/struh%C3%A1r_2006_bp.pdf?sequence=1&isAllowed=y
 | typ práce = Bakalářská práce
 | vedoucí = Mgr. Milan Adámek, Ph.D.
 | odkaz na vedoucího = 
 | místo = Zlín
 | rok vydání = 2006
 | počet stran = 
 | strany = 
 | datum přístupu = 2022-05-19
 | poznámka = 
 | jazyk =
}}</ref> Tlačítkem SET je výstup (pin č. 3) překlopen do logické jedničky, tlačítkem RESET do logické nuly. Pro správnou funkci vstupů je nutné připojit tzv. ''pull-up'' rezistory a tlačítka (viz výše).

Doplněním dalších součástek je možné vytvořit klopný obvod typu T, který má na vstupu pouze jedno tlačítko pro překlápění výstupu. Pomocí kondenzátoru C1 a rezistoru R3 je stav výstupu (pin č. 3) přenášen s určitým zpožděním před vstupní tlačítko, které tak na vstup (piny č. 2 a č. 6) přivádí buď kladný nebo záporný impuls, čímž překlápí výstup. Prodleva mezi pulsy musí být, s ohledem na toto zpoždění:

<math>\Delta t >C_1 R_3 </math>
=== Schmittův KO ===
[[Soubor:555 Bistabiel analoog.svg|náhled|Zapojení 555 jako Schmittův klopný obvod. Doporučené hodnoty: R1 a R2 = 100 kΩ, C = 10 nF]]
[[Soubor:Schmitt graph.png|náhled|Vstupní napětí (modře) a výstupní napětí (červeně)|vlevo]]
''Schmittův'' klopný obvod, neboli prahový spínač, je tzv. klopný obvod s [[Hystereze|hysterezí]] implementovanou aplikací kladné zpětné vazby. V praxi to funguje tak, že do zapnutého stavu se obvod překlápí při jiné úrovni vstupu (v tomto případě 1/3 U<sub>CC</sub>) než při jaké se překlápí do vypnutého stavu (v tomto případě 2/3 U<sub>CC</sub>). Hystereze, která je jindy nežádoucí, zde má své opodstatnění v tom, že zabraňuje vzniku zákmitů výstupního signálu v okolí střední úrovně spínání, čehož se využívá k úpravě tvaru impulzů. Používá se také v konfiguracích se zpětnou vazbou s uzavřenou smyčkou k implementaci relaxačních oscilátorů používaných ve funkčních generátorech a spínaných zdrojích energie.

<math>-H = \frac {1}{3} U_{CC}; +H = \frac {2}{3} U_{CC}</math>

== Parametry ==
I přes velké množství výrobců tohoto univerzálního obvodu, je u všech typů pořadí vývodů a dokonce i parametry obvodu ''555'' stejné. Ačkoliv to nemusí platit vždy, běžné hodnoty jsou:<ref>{{Citace elektronické monografie
| titul = xx555 Precision Timers
| url = https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ne555.pdf
| vydavatel = [[Texas Instruments]]
| datum přístupu = 2022-05-19
}}</ref>

{| class="wikitable"
|Napájecí napětí (U<sub>CC</sub>)
|4.5 až 16 V
|-
|Klidový proud (při U<sub>CC</sub> = +5 V)
|3 až 6 mA
|-
|Klidový proud (při U<sub>CC</sub> = +15 V)
|10 až 15 mA
|-
|Maximální výstupní proud
|200 mA
|-
|Ztrátový výkon
|600&nbsp;mW
|-
|Pracovní teplota
|0 až 70&nbsp;°C
|}
{{Clear}}

== Další obvody NE555 ==
Pokud je potřeba použít více integrovaných obvodů NE555, často se využívá NE556, neboli 2× NE555 v jednom pouzdře (DIP-14). Existuje také NE558, tedy 4× NE555 (DIP-16). Poslední dva zmíněné obvody nejsou tak známé, protože se téměř nepoužívají.<ref name="hajek1"/>

Nejen pro úspornější použití se sahá pro CMOS555, tedy NE555 v [[CMOS]] provedení. Také samozřejmě existuje i CMOS556, tedy 2× CMOS555. Pro použití v těžkých podmínkách (především velký rozsah [[teplota|teplot]]) lze použít SA555N, který je odolnější vůči vnějším vlivům.

== Odkazy ==
=== Reference ===
<references />

=== Literatura ===
* Hájek Jan Ing.: Časovač 555 – praktická zapojení, [[BEN – technická literatura]], 2002, {{ISBN|80-901984-1-4}}
* Hájek Jan Ing.: Zvuky se dvěma časovači 555 – praktická zapojení, BEN – technická literatura, 2002, {{ISBN|80-7300-039-3}}
* Hájek Jan Ing.: Zvuky s časovačem 555 – praktická zapojení, BEN – technická literatura, 2002, {{ISBN|80-7300-007-5}}
* Hájek Jan Ing.: Blikače s časovačem 555, BEN – technická literatura, 2006, {{ISBN|80-7300-196-9}}
* Hájek Jan Ing.: 2x časovač 555 – praktická zapojení se dvěma časovači, BEN – technická literatura, 2002, {{ISBN|80-86056-27-9}}
* Hájek Jan Ing.: 3x časovač 555 – praktická zapojení se třemi časovači, BEN – technická literatura, 2002, {{ISBN|80-86056-36-8}}

=== Související články ===
* [[Integrovaný obvod]]
* [[Operační zesilovač]]
* [[Klopný obvod]]

=== Externí odkazy ===
* {{Commonscat}}
* {{Wikiknihy|kniha=Praktická elektronika/Generátory/555}}
* {{en}} [http://www.customsiliconsolutions.com/products-for-ASIC-solutions/standard-IC-products_no.aspx Data Sheet (PDF)] {{Wayback|url=http://www.customsiliconsolutions.com/products-for-ASIC-solutions/standard-IC-products_no.aspx |date=20091218001906 }}
* {{en}} [http://www.falstad.com/circuit/e-555int.html Funkce astabilního klopného obvodu s NE555 (Java applet)]
* {{sk}} [http://alzat.spseke.sk/Oscilat/generato/ako/ne555.htm Teorie obvodu 555]
* [https://www.hobbyelektro.eu/ne555-popis-obvodu/ NE555 – popis obvodu]

{{Autoritní data}}

[[Kategorie:Analogové integrované obvody]]