Lịch sử của IC định thời 555

Lịch sử của IC định thời 555 - Câu chuyện phát minh của Hans Camenzind

  IC định thời 555 là một trong những IC nổi tiếng trong thế giới điện tử. Tuy nhiên, lịch sử phát minh của nó không được nhiều người biết đến. Bài viết này sẽ đưa bạn vào cuộc hành trình của IC định thời 555 từ thời điểm tạo ra nó cho đến thời điểm hiện tại.

IC định thời 555 là gì?

 IC định thời 555, là một chip mạch tích hợp đa năng, được ứng dụng trong các mạch tạo thời gian, dao động và xung. IC định thời 555 là một trong những phát minh nổi bật và phổ biến của thế giới điện tử. Một mạch định thời nguyên khối, bộ định thời 555 có độ tin cậy và giá rẻ tương đương như op-amps, hoạt động trong cùng vùng làm việc. Nó có khả năng tạo ra các dạng sóng vuông ổn định với hệ số công tác (còn gọi là hệ số chu kỳ - duty cycle) từ 50% đến 100%.

Sự ra đời của IC định thời 555

Hans R. Camenzind, đã thiết kế IC định thời đầu tiên vào năm 1971, thuộc một công ty Signics Corporation của Mỹ. Đây là công việc thiết kế nổi bật nhất trong sự nghiệp của Hans trong lĩnh vực công nghệ Mạch tích hợp. Vào mùa hè năm 1971, thiết kế đầu tiên đã được xem xét, sử dụng nguồn với dòng điện không đổi và có 9 chân. Sau khi việc đánh giá được thông qua, Hans đã nghĩ ra một ý tưởng mới về việc thay thế nguồn với dòng điện không đổi bằng một điện trở được nối trực tiếp. Điều này đã giảm số lượng chân từ 9 xuống còn 8 và cho phép chip phù hợp với đế 8 chân thay vì đế 14 chân. Thiết kế mới này đã được thông qua trong đánh giá vào tháng 10 năm 1971. IC bao gồm transistor, 2 điốt và 15 điện trở. Để xác định tần số và chu kỳ làm việc, phụ thuộc vào điện trở và tụ điện được mắc bên ngoài IC 555.

Hans R Camenzind – Nhà phát minh của IC định thời 555

Vào năm 1972, Signetic Corp đã phát hành IC định thời 555 đầu tiên của mình trong 8 chân DIP và 8 chân TO-5 kim loại, như bộ định thời SE / NE555 và là IC định thời có sẵn trên thị trường vào thời điểm đó. Với chi phí thấp và tính linh hoạt, làm cho nó trở thành một hit ngay lập tức trên thị trường. Ngay sau đó, IC 555 đã được sản xuất bởi 12 công ty khác và trở thành sản phẩm bán chạy nhất.

Mặc dù có một vài thong tin cho rằng IC này có tên từ ba điện trở 5k trong mạch bên trong của nó, nhưng Hans R Camenzind đã tiết lộ trong cuốn sách của mình - Designing Analogue Chips, đó là người quản lý của Signetic – ArtFurys  yêu thích số 555, dẫn đến việc đặt tên của mạch là 555 IC Timer.

Các ứng dụng của IC định thời 555:

 Qua nhiều năm, những người có sở thích về điện tử và kỹ sư điện tử đã khám phá nhiều lĩnh vực khác nhau, nơi mà IC này có thể được sử dụng. Từ bộ đo nhiệt độ đến bộ điều chỉnh điện áp đến các bộ đa năng khác nhau, IC này đã tìm thấy vị trí nổi bật của nó trong hàng ngàn ứng dụng. Việc triển khai IC định thời 555 phụ thuộc vào chế độ hoạt động của nó. Chính tính linh hoạt này của IC định thời 555 đã giúp nó hữu ích cho nhiều ứng dụng.

Về cơ bản, một IC hẹn giờ 555 có ba chế độ hoạt động:

· Chế độ dao động song ổn (Bistable mode)

· Chế độ dao động đơn ổn (Monostable mode)

· Chế độ dao động bất ổn (Astable mode)

Bộ định thời 555 như một bộ dao động:

Tùy thuộc vào chế độ dao động, (dao động bất ổn / đơn ổn hoặc song ổn) chế độ hoạt động của bộ định thời 555 sẽ được chọn. Ví dụ, nếu chúng ta muốn thiết kế một bộ dao động đơn ổn, chúng ta sẽ nối dây bộ định thời 555 ở chế độ đơn ổn.

Các bộ dao động này được sử dụng trong hai thiết bị trạng thái khác nhau như bộ tự dao động, bộ định thời và flip flops.

IC định thời 555 như một máy tạo xung PWM (Pulse Width Modulation – Điều chế độ rộng xung):

Sử dụng ngõ vào điều khiển của IC định thời 555 để tạo bộ điều chế độ rộng xung (PWM). Chu kỳ làm việc phụ thuộc vào điện áp của ngõ vào tương tự.

Sự hoạt động này của bộ định thời 555 cũng có thể được nhìn thấy trong Bộ nguồn chuyển mạch - Switched mode power supply (SMPS). Vì các mạch SMPS này hoạt động dựa trên điều chế độ rộng xung (PWM), bộ định thời 555 trở thành lựa chọn nổi bật nhất cho các nhà thiết kế, vì nó rẻ và rất dễ kết hợp trong thiết kế mạch.

Một ứng dụng khác của IC định thời 555 là trong các mạch chuyển đổi DC-DC . Bộ định thời 555 khi hoạt động ở chế độ bất ổn có thể tạo ra một luồng xung liên tục có tần số xác định. Đầu ra của IC được đưa đến bộ chuyển đổi để tạo ra điện áp đầu ra mong muốn. Các mạch chuyển đổi có thể được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp.

Các mạch khác sử dụng bộ định thời 555 bao gồm đo nhiệt độ, máy phát dạng sóng đo độ ẩm, các định thời khác nhau, v.v.

Trong thời gian gần đây, phiên bản CMOS của IC được sử dụng phổ biến nhất. Trong số đó,nổi bật nhất là IC được sản xuất bởi hãng MOTOROLA như MC1455. Nó có thể được sử dụng trực tiếp để thay thế cho IC NE555 ban đầu. IC này nhỏ gọn và có giá khoảng 0,28 đô la Mỹ.

Các phiên bản lưỡng cực và CMOS của IC định thời 555

Kể từ khi IC đầu tiên được sản xuất, hơn 12 công ty khác đã chế tạo ra IC như vậy. Thiết kế ban đầu có một số lỗi như bộ so sánh không cân bằng, mạch vận hành lớn và độ nhạy với nhiệt độ.

Do đó, Hans R Camenzind, đã thiết kế lại IC hiện có để giảm bớt các lỗi thiết kế. Thiết kế của IC này tốt hơn thiết kế ban đầu của nó. IC cải tiến sau đó đã được ZSCTI555 bán ra nhưng không thể tạo ra tiếng vang như IC 555 timer ban đầu đã làm. Do đó thiết kế ban đầu tiếp tục là một hit trên thị trường.

Tuy nhiên, phiên bản IC lưỡng cực cổ điển như NE555 IC, sử dụng trasistor lưỡng cực, làm tiêu hao lượng điện năng lớn và tạo ra các sự tăng đột biến dòng điện. Do đó, các IC này không thể được sử dụng trong các ứng dụng năng lượng thấp. Điều này đã mở đường cho việc thiết kế một phiên bản mới và giống nhau, phiên bản CMOS.

CMOS là viết tắt của complementary metal-oxide semiconductor – Bán dẫn kim loại oxit bù và sử dụng kết hợp cả MOSFET loại n (NMOS) và MOSFET loại p (PMOS), trong chế độ nâng cao. Tất cả các transistor PMOS đều có đầu vào từ nguồn điện áp hoặc từ PMOS khác, trong khi đó, tất cả các transistor NMOS đều có đầu vào được nối với mặt đất hoặc với bóng bán dẫn NMOS khác. Thành phần này dẫn đến giảm tiêu tán năng lượng và giảm đột biến dòng điện.

Một ví dụ về phiên bản CMOS của bộ đếm thời gian 555 là LMC555 được sản xuất bởi texas instruments.

Sự tích hợp của IC định thời 555

Bây giờ chúng ta biết tất cả những gì mà một IC hẹn giờ 555 có thể làm. Điều này có nghĩa là bộ định thời 555 có thể được sử dụng làm bộ tạo dao động và làm bộ tạo xung trong cùng một mạch. Với mục đích này, các chân sẽ được tích hợp cho cả hai phiên bản lưỡng cực và CMOS của IC 555. Và đã được sản xuất bởi nhiều công ty trong nhiều năm qua.

Các IC có sẵn trong gói kim loại tròn, hoặc gói 8 pin thường thấy hơn.

Một biến thể 14 chân của IC định thời 555, được gọi là IC 556, được sản xuất có hai IC 555 trong một chip. Ở đây, hai IC cùng sử dụng chung chân nối đất và chân cấp nguồn. 12 chân còn lại được phân bổ thành đầu vào và đầu ra của từng IC 555 riêng lẻ.

LM556 là IC  định giờ kép được sản xuất bởi texas instruments. Những IC này dùng để ứng dụng thời gian liên tục.

Các tích hợp khác trong loại 16 chân là 558 và 559 được tích hợp từ 4 IC, trong đó chân DIS và THR được kết nối bên trong. IC 558, là một IC bốn lõi và được kích hoạt cạnh. Điều này giúp loại bỏ sự cần thiết của việc sử dụng tụ ghép cho các ứng dụng thời gian liên tiếp.