Отсчитывая время
Время - удивительная вещь. В США говорят «время - деньги», в России - «всему своё время». В Японии принято соблюдать его настолько точно, что недавно случился большой скандал из-за отправления поезда на двадцать пять секунд раньше назначенного срока. Швейцарцы славятся своей пунктуальностью, часами наручными и настенными с кукушкой. И именно швейцарский эмигрант, работая на американскую компанию, полвека назад создал первую в мире интегральную микросхему таймера NE555.
Поле для изобретателей
Начало 1970-х запомнилось инженерам-схемотехникам и технологам молодой полупроводниковой индустрии как время захватывающего творческого полёта. После изобретения планарной полупроводниковой технологии появилась возможность размещать на крошечном кусочке кремния сложные электронные схемы. Инженеры занимались разработкой миниатюрных схем, одновременно совершенствуя технологии их производства.
В 1968 году швейцарец Ганс Камензинд устроился работать в американскую полупроводниковую компанию Signetics, образованную в 1961-м группой инженеров - бывших сотрудников Fairchild. Основатели Signetics считали, что Fairchild слишком уж сфокусировалась на транзисторах, в то время как будущее - за интегральными схемами.
Ещё в Швейцарии Камензинд выучился на радиоинженера. После эмиграции в США он преподавал схемотехнику и одновременно получал второе образование на курсах бизнес-администрирования MBA. Будучи специалистом по системам фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), после перехода в Signetics он убедил руководство компании заняться этой тематикой. В результате были созданы две микросхемы ФАПЧ: NE565 и NE566. Они имели встроенный генератор, частота работы которого определялась RC-цепочкой. В те годы технология производства микросхем была несовершенна, поэтому параметры интегральных элементов отличались большими разбросами. Нужно было спроектировать генератор ФАПЧ таким образом, чтобы на него не влияли ни эти разбросы, ни колебания температуры и питающего напряжения.
В 1960-х у компании Signetics был хороший ассортимент аналоговых интегральных схем и цифровых логических элементов. Однако в условиях патентной неразберихи конкуренты быстро скопировали многие схемы и наладили их выпуск, так что к концу десятилетия Signetics начала испытывать финансовые трудности. Видя проблемы своего работодателя, Камензинд в 1971 году увольняется, чтобы писать книгу, но оставляет за собой возможность работать внештатным консультантом по созданию новой микроэлектронной продукции.
Генератор, спроектированный для систем ФАПЧ, по мнению Камензинда заслуживал того, чтобы быть воплощённым в виде отдельного микроэлектронного изделия. И на первой же консультации в Signetics он предлагает спроектировать интегральный генератор, который также можно было бы использовать в качестве таймера. Надо сказать, что не все руководители компании восприняли эту идею с энтузиазмом. Некоторые опасались, что появление новой микросхемы отрицательно повлияет на продажи другой микроэлектронной продукции Signetics, такой как операционные усилители. Менеджер по маркетингу Арт Фьюри внёс решающее слово: «Генератор-таймер стоит разработать». Фьюри принадлежал к той редкой категории маркетологов, которые сами макетируют и отлаживают электронные схемы на дому. Кроме того, у него было отличное чутьё на запросы рынка.
В разработке
Камензинд приступил к созданию новой микросхемы как внештатный сотрудник Signetics за меньшие деньги, чем он получал в компании раньше. В условиях экономической рецессии 1970-х Signetics была вынуждена уволить значительную часть инженерного персонала. Высвободившееся лабораторное оборудование было предоставлено Камензинду.
Окончательная схема таймера включала два компаратора, разрядный транзистор с открытым коллектором и триггер со входом сброса, что позволяло реализовать три рабочих режима: моностабильный (одновибратор), автоколебательный (мультивибратор) и бистабильный (триггер Шмитта). Частота колебаний и временная задержка определяются параметрами внешней RC-цепочки. Теоретически таймер позволяет получать задержки до часа, но для этого нужен дорогостоящий конденсатор с малыми токами утечки, поэтому на практике большое время выдержки обеспечивается генератором и счётчиком импульсов. В автоколебательном режиме возможна работа на частоте до 1 МГц, хотя ради термической стабильности рекомендуется не превышать порога в 500 кГц.
Оглушительный успех
Название для новинки придумал Арт Фьюри. История о том, что три пятёрки просто отражают наличие в микросхеме трёх последовательно включённых резисторов по 5 кОм, не верна. Приборы NE555 в восьмивыводных DIP-корпусах (варианты для гражданского и специального применения) были выпущены в широкую продажу в начале 1972-го. К концу того же года National Semiconductor, Fairchild и другие микроэлектронные производители вывели на рынок свои модификации таймера. Впоследствии появились разновидности с двумя и четырьмя таймерами в одном корпусе.
Первое описание таймера NE555 в советской радиотехнической литературе появилось в журнале «Электроника» в 1975 году. Авторы статьи предсказывали, что эта микросхема будет пользоваться не меньшей популярностью, чем широко известные уже в то время операционные усилители. Они не ошиблись. Микросхема интегрального таймера NE555 позволяла создавать очень простые схемы, которые практически всегда начинали работать сразу, не требуя утомительной наладки. В конце 1980-х был выпущен отечественный аналог таймера под названием КР1006ВИ1. Первое промышленное применение нашлось ему в знаменитом видеомагнитофоне «Электроника ВМ-12».
Практически все студенты вузов, обучающиеся по электронным специальностям, знакомятся с классическими схемотехническими решениями, изучая внутреннее устройство и различные варианты включения таймера NE555.
Микросхема NE555 и её аналоги производятся и по сей день. Доступны версии на биполярных и полевых транзисторах. Существует даже вариант высокой надёжности, основанный на технологии «кремний на изоляторе», который способен работать в диапазоне температур от -60 до +230 °C.
Таймер NE555 нашёл широкое применение в сервоприводах и других промышленных системах, в устройствах релейной защиты и автоматики, в детских игрушках, в космической технике и даже в звуковых усилителях мощности класса D. За прошедшие пятьдесят лет были проданы миллиарды микросхем NE555 и их аналогов, так что американское крылатое выражение «время - деньги» вполне себя оправдало.
Читайте другие наши материалы
