電子部品

【NE555使い方】タイマーICで、アナログタイマー回路を作る【前編】

前記事で、LEDの点灯させかた(抵抗の計算)を書きましたが・・・

スイッチONで、LEDが点灯するだけでは、あまり面白くないのですよね

そこで、電子工作らしくICを使った「アナログタイマー」を作ってみました

電子工作で、よく使われるICの一つに「555」という型番のものがあります

通称「タイマーIC」とか「555IC(NE555)」と呼ばれるもので、

少ない部品で、アナログタイマー(単発のパルス波)や方形波(四角い波)発振に使えるICです

アナログタイマー回路や、LED点滅回路(Lチカ)だけでなく色々応用ができます

ブレッドボードを使えば、はんだ付け不要で、ICの回路も簡単に組めますので

ぜひ、タイマーIC(555IC)を使った電子工作に、チャレンジしてみてください

このページでは、555IC(NE555)の「ワンショットパルス」を応用した「アナログタイマー」について解説しています

555ICの「連続発振」を応用した「LED点滅」については、コチラをご覧ください

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「アナログタイマー」と「デジタルタイマー」

タイマーと言ったら、数字がカウントされる「キッチンタイマー」みたいなものを想像しますよね。

私達の周りでよく見かけるこれらは、「デジタルタイマ」ーです

デジタルタイマーは、正確に発振されたパルスを数えることで時間を決めますが、

アナログタイマーは、「抵抗を通してコンデンサーに電気を貯める」ことで、時間を決めます

簡単に言えば「デジタルタイマー」は、一定時間に一個づつ飛んでくるボールの個数を数えるイメージですが、

「アナログタイマー」は水道の蛇口を調節して、バケツがいっぱいになるまで待つイメージです

デジタルに比べて、細かい時間を設定するのは不向きですが、専用のタイマーIC(555)を使えば、少ない部品でタイマー回路が作れます

(機会があればデジタルタイマーの記事もやりたいと思ってます)

タイマーIC 555(NE555)とは

1972年にシグネティクス社(現NXP社)から発表されたIC(NE555)です

セカンドソース品(ライセンスを得て別社が製造)が国内外メーカーから、多数販売されています

555IC(NE555)は、

  • タイマー回路等に応用される「単安定モード」(ワンショットパルス)
  • 一定周波数を連続発振させる「無安定モード」(方形波発振)

という「2つの機能」を持ったICです

JRC555
(クリックで、別ウィンドウ拡大)

555IC(NE555)は、使いやすさ、安定性の他に加え、価格の安さや供給の安定などもあり、古い設計のICながら、現行生産(2022年現在)されています

また、CMOS版(トランジスターの代わりにMOS-FETを使っている)も製造されています

CMOS版はバイポーラ版に比べ、低消費電力、低電圧動作、高速化などスペックアップされています

555IC(NE555)の特徴

  • オリジナル品は、バイポーラ(トランジスタ)構造のIC
  • 改良版のCMOS構造品もあり(低消費電力、低電圧動作、高速化)
  • 幅広い電圧4.5V~15Vで動作(CMOS版はさらに低い電圧で動作可)
  • 10μS~1000S位で使われる、ワンショットパルス生成(タイマー)機能
  • 方形波発振機能(条件によるが、数百KHzまで可)
  • 出力電流が大きい※(100~200mA メーカーや製造プロセスにより異なる)

といった特徴をそなえています

※多くの場合、ICの出力は小さい場合が多いです

LEDなどを点灯(ドライブ)する場合、普通はトランジスターなどを使って、出力を強化しますが、

NE555は出力が大きく、LEDなどを直接点灯できます

タイマーに使える「単安定モード」

単安定モードは「単発のパルス(ワンショットパルス)」を発生させる機能です

ICに接続されたC(コンデンサー)とR(抵抗)によって、パルスの幅(時間)を変更できます(数μS~1000S位までがよく使われます)

ICの2PIN(トリガー端子)の「立ち下がりエッジ」でパルス発生をスタートします

出力は「単発の正パルス」で、ICの3PIN(OUT)に出力されます

パルス幅(タイマー時間)の求め方

パルスの幅(時間)は、ICの6、7ピンに接続された抵抗(R2)と、コンデンサ(C1)の値により変化します

パルス幅 = 1.1 ✕ C1 ✕ R2

555IC パルス(オシロ波形)
タイマー時間の参考値
C1容量R2抵抗値パルス幅
100μF10KΩ1.1秒
220μF22KΩ5.3秒
470μF100KΩ51.3秒

ボタンを押し続けると?

ボタンを押し続ける(トリガー入力が「Lレベル」)間は、パルス幅の時間を超えても出力は「Hレベル」のままです

ボタンを離してた時・・・

パルス幅の時間を超えていない → 「通常タイマー動作」

パルス幅の時間を超えている  → 同時に出力も、即時Lレベルに戻る

という動作になります

単安定モードを使った「アナログタイマー」回路図

SWを押すと、R2とC1で設定した時間LEDが点灯するタイマーです

タイマー時間(秒)= パルス幅 =1.1✕R2✕C1

R2=22KΩ C1=100μFの場合 約2.4秒になります

「555」ICは、出力電流が大きく(定格電流100~200mA位)LEDを直接点灯できます

※出力はHレベルの電流吐出し、Lレベルの電流吸込どちらも可能です

ブレッドボードに組んでみる

ブレッドボードでの「部品実装図」です。電源は5Vを使っています

LEDと電解コンデンサには、極性(プラス・マイナスの向き)があります

間違えないように、取り付けましょう

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ブレッドボードの組み立て例

実際に組み立ててみました

部品実装図とは、部品位置が若干異なっていますが、配線は同じです

写真で電源は、安定化電源を使っています(5V、定電圧モード)

手持ち部品の関係で

  • パスコン0.1μFはフィルム(マイラ)コンデンサ
  • パスコン(電源ライン)に33μFの電解コンデンサ
  • 5PIN 0.01μFもフィルム(マイラ)コンデンサ
  • R4(4.7KΩ→4.99KΩ)
  • C1=100μF R2=22KΩ (約2.4秒)

となっています

部品表

NE555(またはセカンドソース品)タイマーIC1
LED(色はお好みで)1
抵抗:470ΩR1:LED抵抗1
抵抗:22KΩR21
抵抗:10KΩR31
抵抗:4.7KΩR41
電解コンデンサ:100μFC11
電解コンデンサ:10~100μFパスコン1
セラミック/フィルムコンデンサ:0.1μFパスコン1
セラミック/フィルムコンデンサ:0.01μFPIN5接続用1
SW押ボタンタイプ1

電子部品以外に必要なもの

  • ブレッドボード
  • ジャンパワイヤー
  • 電源(5V)

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パスコンをお忘れなく

パスコンは必ず入れましょう

電源の入り口に付けられたコンデンサー(10~100μF)と、IC直近に付けられた0.1μFは「パスコン」と呼ばれる部品です

このコンデンサー(パスコン)は、一見不要に見えますが、回路を安定動作させるための重要なパーツです

基本中の基本ゆえ、Web記事などの回路図では、入れることを理解しているとして、省略されていたりしますが「必ず」入れましょう

パスコンの基本は、容量の異なるコンデンサーを組合せて使います

※小さな容量(0.1μF位がよく使われる)は、ICの直近に入れます

※中容量(10μF前後)はブロック単位でも大丈夫です

※大容量のものは、離れて配置しても効果があります

今回、私の実験環境では、0.1μFは入っていましたが発振を起こしました

(10μF以上を電源に入れたら止まりました)

LEDが高速で点滅していたので、すぐ気づきましたが、わかりにくい場合も少なくありません

(異常発振の周波数が高くなると、LEDが点灯しっぱなしに見えます)

また、近年の半導体は、簡単に100MHz以上で異常発振を起こすこともあります(発見が難しいです)

異常発振以外にも、誤動作や不安定動作などの原因になります

半導体の電源には、パスコンをお忘れなく

コンデンサーについて、詳しくはコチラをご覧ぐださい

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タイマー時間(パルス幅)を可変するには

R2に直列にボリューム(VR・可変抵抗器)を入れればOKです

可変範囲はR2~(R2+VR)の値までとなります

R2=1KΩ VR=20KΩ C1=100μFの場合

タイマー時間は、およそ0.11秒~2.31秒となります

(手持ち部品の関係で、20KΩの2連のボリュームを使いました)

まとめ

  • 「NE555」ICは、歴史ある「タイマー・発振機能IC」です
  • 「単安定モード」は単発パルスを生成し、タイマーに使えます
  • パルス幅は、ICに接続された「コンデンサー」と「抵抗」で決まります
  • タイマー時間(秒)=パルス幅=1.1✕R2✕C1 です
  • 出力も大きく、LEDなどを直接ドライブできます

次回は後編として、NE555のもう一つの「発振機能」を使ったLED点滅回路を書きたいと思います

簡単ですので、「アナログタイマー」を是非作って、遊んでみて下さい