IC 555 oskillaattori-, hälytys- ja sireenipiirit

Tässä viestissä opimme rakentamaan ja optimoimaan IC 555 -oskillaattoripiirejä, joiden aaltomuotoja voidaan edelleen parantaa tuottamaan monimutkaisia ​​äänitehosteita, kuten marmorihälytys, poliisin sireeni, punainen hälytys, tähtitaivahälytys jne.

Yleiskatsaus

Perustila, jota normaalisti käytetään IC 555 -oskillaattoreiden valmistamiseen, on astable-piiritila.

Jos katsomme alla esitettyä vakaa piiri, me löytää pinouts liittyi seuraavalla tavalla:

• Liipaisintappi 2 oikosulussa kynnystappiin 6.
• Vastus R2, joka on kytketty tapin 2 ja purkutapin 7 väliin.

Tässä tilassa virtaa käytettäessä kondensaattori C1 latautuu eksponentiaalisesti vastusten R1 ja R2 kautta. Kun lataustaso nousee syöttöjännitteen 2/3 tasoon, purkaustappi 7 laskee. Tästä johtuen C1 alkaa nyt purkaa eksponentiaalisesti, ja kun purkaustaso putoaa 1/3-syöttötasolle, lähettää liipaisimen tapiin 2.

Kun tämä tapahtuu, tappi 7 kääntyy jälleen korkeaksi käynnistämällä lataustoiminnon kondensaattorissa, kunnes se opettaa 2/3-syöttötason. Sykli jatkuu loputtomasti muodostaen piirin horjuttavan tilan.

Yllä oleva hämmästyttävä toiminta johtaa kahden tyyppisiin värähtelyihin, joita esiintyy C1: n ja IC: n ulostulotapin 3 poikki. C1: n yli jännitteen eksponentiaalinen nousu ja lasku saa aikaan sahantaajuuden ilmestymisen.

Sisäinen kiikku reagoi näihin sahatavaran taajuuksiin ja muuntaa sitten suorakulmaisiksi aaltoiksi IC: n ulostulotapissa 3. Tämä antaa meille vaaditut suorakaiteen muotoiset aaltovärähtelyt IC-nastan 3 ulostulossa.

Koska värähtelytaajuus riippuu kokonaan R1: stä, R2: sta ja C1: stä, käyttäjä pystyy muuttamaan näiden komponenttien arvoja saadakseen haluamasi arvot värähtelytaajuuksien ON OFF -jaksoille, joita kutsutaan myös PWM-ohjaukseksi tai käyttöjakson ohjaukseksi .

Yllä oleva kaavio antaa meille R1: n ja C1: n välisen suhteen.

R2 jätetään tässä huomioimatta, koska sen arvo on merkityksettömän pieni verrattuna R2: een.

Perusneliöoskillaattoripiiri IC 555: n avulla

Yllä olevasta keskustelusta saimme tietää, kuinka IC 555: tä voidaan käyttää siinä vakaassa tilassa neliöaallon perusoskillaattoripiirin luomiseksi.

Konfiguraation avulla käyttäjä voi muuttaa R1: n ja R2: n arvoja suoraan 1K: sta moniin megaohmeihin saadakseen valtavan valikoiman valittavia taajuuksia ja toimintajaksoja lähtönipissä 3.

On kuitenkin huomattava, että R1-arvon ei pitäisi olla liian pieni, koska piirin tehollinen virrankulutus määräytyy R1: n avulla. Tämä tapahtuu, koska jokaisen C1-purkausprosessin aikana tappi 7 saavuttaa maapotentiaalin, joka altistaa R1: n suoraan positiivisen ja maadoitusviivan yli. Jos sen arvo on pieni, virrankulutus voi olla merkittävä, mikä lisää piirin kokonaiskulutusta.

R1 ja R2 määrittävät myös IC: n nastassa 3 tuotettujen värähtelypulssien leveyden. R2: ta voidaan käyttää erityisesti lähtöpulssien merkki / tila-suhteen ohjaamiseen.

IC 555 -oskillaattorin (astable) toimintajakson, taajuuden ja PWM: n laskemisen eri kaavoille voidaan tutkia tässä artikkelissa .

Muuttuva taajuusoskillaattori IC 555: n avulla

Edellä selitetty astable-piiri voidaan päivittää vaihtelevalla toiminnolla, jonka avulla käyttäjä voi muuttaa PWM: ää ja myös piirin taajuutta halutulla tavalla. Tämä tehdään yksinkertaisesti lisäämällä potentiometri sarjaan vastuksen R2 kanssa alla olevan kuvan mukaisesti. R2-arvon on oltava pieni potin arvoon verrattuna.

Edellä esitetyssä järjestelyssä värähtelytaajuutta voidaan vaihdella 650 Hz: stä 7,2 kHz: iin ilmoitettujen potin vaihtelujen kautta. Tätä aluetta voidaan lisätä ja parantaa edelleen lisäämällä kytkin eri arvojen valitsemiseksi C1: lle, koska C1 on myös suoraan vastuussa lähtötaajuuden asettamisesta.

Muuttuvat PWM-oskillaattoripiirit, jotka käyttävät IC 555: tä

Yllä oleva kuva osoittaa, kuinka a vaihteleva merkki-tilasuhde voidaan lisätä mihin tahansa peruskomponenttiin IC 555 oskillaattoripiiriin pari diodia ja potentiometriä.

Tämän ominaisuuden avulla käyttäjä voi saada haluamansa PWM: n tai säädettävät ON OFF -jaksot värähtelyille IC: n ulostulotapissa 3.

Vasemmassa sivukaaviossa verkko, johon kuuluvat R1, D1 ja potti R3, varaa vuorotellen C1: tä, kun taas potti R4, D2 ja R2 purkautuu vuorotellen C1-kondensaattorin.

R2 ja R4 määrittävät C1: n lataus- / purkausnopeuden, ja niitä voidaan säätää sopivasti halutun ON / OFF-suhteen saamiseksi lähtötaajuudelle.

Oikeanpuoleinen kaavio näyttää R3-asennon sarjassa R1: n kanssa. Tässä kokoonpanossa C1: n latausaika on kiinnitetty D1: llä ja sen sarjavastuksella, kun taas potti sallii ohjauksen vain C1: n purkausajalle, joten lähtöimpulssien OFF-aika. Toinen potti R3 auttaa olennaisesti muuttamaan lähdön taajuutta PWM: n sijaan.

Vaihtoehtoisesti, kuten yllä olevissa kuvioissa on esitetty, voi olla myös mahdollista kytkeä IC 555 astable-moodiin merkin / tilan (ON time / OFF time) suhteen huomaamattomaan säätämiseen vaikuttamatta värähtelytaajuuteen.

Näissä kokoonpanoissa pulssien pituus luonnostaan ​​kasvaa, kun tilaväliä pienennetään, ja päinvastoin.

Tästä johtuen kunkin neliöaaltosyklin kokonaisjakso pysyy vakiona.

Näiden piirien pääpiirre on vaihteleva toimintajakso, jota voidaan vaihdella 1%: sta 99%: iin annetun potentiometrin R3 avulla.

Vasemmalla puolella olevassa kuvassa C1: tä varaa vuorotellen R1, R3: n ylempi puoli ja D1, kun taas se purkautuu D2: n, R2: n ja potentiometrin R3 alemman puoliskon avulla. Oikeanpuoleisessa kuvassa C1 ladataan vuorotellen R1: n ja D1: n ja potentiometrin R3 oikean puoliskon kautta, ja se purkautuu vasemman puolipotentiometrin R3, D2 ja R2 kautta.

Molemmissa yllä olevissa asteikoissa C1: n arvo asettaa värähtelytaajuuden noin 1,2 kHz: iin.

IC-vakaa oskillaattorin toiminnan keskeyttäminen tai käynnistäminen / lopettaminen painikkeella

Voit laukaista IC 555 -taakskillaattorin PÄÄLLE / POIS muutamalla yksinkertaisella tavalla.

Se voidaan tehdä painikkeilla tai elektronisen tulosignaalin kautta.

Yläpuolella olevassa kuvassa nasta 4, joka on IC: n palautustappi, on maadoitettu R3: n kautta, ja push-to-ON-kytkin on kytketty positiivisen syöttöjohdon poikki.

IC 555: n nasta 4 tarvitsee vähintään 0,7 V, jotta se pysyy puolueellisena ja pitää IC: n toiminta sallittuna. Painikkeen painaminen mahdollistaa IC-vakaa oskillaattoritoiminnon, kun taas kytkimen vapauttaminen poistaa esijännityksen nastasta 4 ja IC-toiminto poistuu käytöstä.

Tämä voidaan toteuttaa myös tapin 4 ulkoisen positiivisen signaalin kautta kytkimen ollessa irrotettuna ja R3 kytkettynä sellaisenaan.

Toisessa edellä esitetyssä vaihtoehdossa IC: n nasta 4 voidaan nähdä pysyvästi esijännitettynä R3: n ja positiivisen syötön kautta. Tässä painike on kytketty tapin 4 ja maan yli. Tämä tarkoittaa, että kun painonappia painetaan, IC-ulostulon neliöaallot poistetaan käytöstä, jolloin lähtö kääntyy 0V.

Painonapin vapauttaminen alkaa vakavien neliöaaltojen muodostumisesta normaalisti IC: n nastan 3 poikki.

Sama voidaan saavuttaa ulkoisesti käytetyn negatiivisen signaalin tai 0 V: n signaalin avulla nastassa 4, kun R3 on kytketty sellaisenaan.

Nastan 2 käyttäminen vakaan taajuuden säätämiseen

Aikaisemmissa keskusteluissamme opimme, kuinka IC 555: n pulssinmuodostusta voitaisiin ohjata tapilla 4.

Nyt näemme, kuinka sama voidaan saavuttaa IC: n tapilla 2, kuten yllä on esitetty.

Kun S1 painetaan, tappi 2 kohdistuu yhtäkkiä maadoituspotentiaalilla, jolloin jännite C1: n yli laskee alle 1/3 Vcc. Kuten tiedämme, että kun nastan 2 jännite tai varaustaso C1: n yli pidetään alle 1/3 Vcc: n, lähtötappi 3 nousee pysyvästi korkealle.

Siksi painamalla S1 jännitteen pudotus C1: n alapuolella alle 1/3 Vcc pakottaa lähtötapin 3 menemään korkealle niin kauan kuin S1 pysyy painettuna. Tämä estää vakaan värähtelyn normaalin toiminnan. Kun painike vapautetaan, astbal-toiminto palautuu takaisin normaaliin tilaan. Oikeanpuoleinen aaltomuoto kuittaa nastan 3 vastauksen painonapin painamiseen.

Edellä mainittua toimintaa voidaan myös ohjata ulkoisella digitaalisella piirillä diodin D1 kautta. Diodin katodissa oleva negatiivinen logiikka aloittaa yllä mainitut toimet, kun taas positiivisella logiikalla ei ole vaikutusta, ja se antaa astellin toimintojen palauttaa normaalin toimintansa.

IC 555 -oskillaattorin modulointi

Tappi 5, joka on IC 555: n ohjaustulo, on yksi IC: n tärkeistä ja hyödyllisistä pinouteista. Se helpottaa käyttäjää moduloimaan IC: n lähtötaajuutta yksinkertaisesti soveltamalla säädettävää DC-tasoa tapiin # 5.

Nouseva DC-potentiaali saa lähtötaajuuden pulssin leveyden kasvamaan suhteellisesti, kun taas DC-potentiaalin pienentäminen aiheuttaa taajuuden pulssin leveyden kapenemisen suhteellisesti. Näiden potentiaalien tulisi olla tiukasti 0 V: n ja koko Vcc: n rajoissa.

Yllä olevassa kuvassa potin säätäminen tuottaa vaihtelevan potentiaalin tapissa 5, joka saa värähtelytaajuuden lähtöpulssin leveyden muuttumaan vastaavasti.

Koska modulointi saa aikaan lähtöimpulssin leveyden muutoksen, se vaikuttaa myös taajuuteen, koska C1 on pakko muuttaa lataus- / purkausjaksojaan potin asetuksesta riippuen.

Kun vaihtelevaa vaihtovirtaa, jonka amplitudi on 0 V ja Vcc, käytetään nastassa 5, ulostulo PWM tai pulssin leveys seuraa myös vaihtelevaa AC-amplitudia ja tuottaa jatkuvan laajenevien ja kapenevien pulssien jänteen 3.

AC-signaalia voidaan käyttää myös modulointiin yksinkertaisesti integroimalla nasta 5 ulkoiseen vaihtovirtaan 10uF-kondensaattorin kautta.

Hälytysten ja sireenien tekeminen IC 555: llä

IC 555: n monipuolinen jarrutettava oskillaattorikokoonpano antaa meille mahdollisuuden toteuttaa se erityyppisten sireenien ja hälytyspiirien tekemiseen. Tämä tulee mahdolliseksi, koska astable on pohjimmiltaan aaltomuodon generaattori, ja se voidaan räätälöidä erityyppisten äänihälytysten ja sireenien ääniä muistuttavien äänenmuodostimien tuottamiseksi.

Yllä olevasta kuvasta voidaan nähdä IC 555, joka on konfiguroitu 800 Hz: n taajuusmonotoneeksi hälytyspiiri .

Kaiuttimella voi olla mikä tahansa impedanssiarvo virran rajoittavan vastuksen Rx läsnäolon vuoksi. Turvallinen arvo voi olla noin 70 ohmia 1 watti.

Tehokkaan jatkuvan äänihälytyspiirin tekemiseksi päivitämme yllä olevan piirin tehotransistoriohjaimen Q1 ja tehokkaamman kaiuttimen kautta, kuten alla on esitetty:

Koska suunnittelu voi tuottaa suuren aaltoiluhaihtuman, D1 ja C3 ovat mukana estämään aaltoiluhäiriöt IC 555: n toiminnassa.

Diodit D2 ja D3 sisältyvät neutraloimaan kaiutinkäämin muodostamat induktiiviset kytkentäpiikit ja suojaamaan transistoria Q1 vaurioilta.

Pulssattu IC 555 -hälytyspiiri

Aikaisempi 800 Hz: n yksivärinen hälytys voitaisiin muuntaa intresretoituvaksi pulssi 800 Hz: n hälytykseksi lisäämällä toinen voimakas multivibraattori äänigeneraattoripiirin kanssa alla olevan kuvan mukaisesti.

Olemme jo tutkineet, kuinka tapia 5 voidaan käyttää IC 555: n pulssin leveyden säätämiseen.

Tässä IC 2 on konfiguroitu 1 Hz: n oskillaattoripiiriksi, joka saa IC 1: n nastan 5 vuorotellen matalaksi 1 Hz: n taajuudella. Tämä puolestaan ​​aiheuttaa nastan 3 800 Hz pulssin leveyden kapenemisen siinä määrin, että melkein sammuu Q1. Tämä tuottaa 1 Hz: n terävän pulssihälytyksen kaiuttimessa.

Warm He-Haw -hälytyspiiri

Jos haluat muuntaa edellisen mallin korvan lävistäväksi marmorihälytykseksi, voit tehdä sen yksinkertaisesti korvaamalla D1-diodi 10 K: n vastuksella, kuten yllä olevassa kaaviossa on esitetty. He tunnetaan myös nimellä he-haw-hälytys, ja niitä käytetään yleisesti eurooppalaisissa pelastusajoneuvoissa.

Tiedämme, että tapia 5 voidaan käyttää ulkoisen ylä- / alasignaalin kanssa tapin 3 ulostulon moduloimiseksi vastaavilla laajenevilla / kapenevilla pulssileveyksillä. 1 Hz: n vuorotellen korkea matala syöttö IC2: n nastassa 5 pakottaa IC 1: n ulostulonastan # 3 jännitteen muodostamaan symmetrisesti muuttuvan taajuuden, joka vaihtelee välillä 500 Hz - 440 Hz. Tämä saa kaiuttimen tuottamaan vaaditun terävän, voimakkaan marmorisen hälytysäänen 1 Hz: n taajuudella.

Poliisin sireenin tekeminen

IC 555: tä voidaan käyttää myös täydellisesti jäljittelemään poliisin sireenipiiriä, kuten edellä on osoitettu.

Piiri on suunniteltu tuottamaan tyypillinen poliisin sireenissä yleisesti kuuluva itkuääni.

Tässä IC2 on kytketty matalataajuisena oskillaattorina, jonka taajuus on asetettu 6 sekunnin ON OFF -nopeudelle.

C1: n yli muodostettu hidas eksponentiaalinen kolmion aaltoramppi syötetään Q1: ksi, joka on konfiguroitu lähettäjän seuraaja .

IC1: n taajuudeksi on asetettu 500 Hz, josta tulee sen keskitaajuus.

Hitaasti nouseva ja laskeva ramppi Q1: n pohjalla seuraa emitterinsä ja moduloi IC1: n nastaa 5. Hidas ramppi aiheuttaa vuorotellen hitaasti nousevan jännitteen 3 sekunnin ajan ja hitaasti hajoavan jännitteen 3 sekunnin ajan tapissa 5. Tämän tapin 3 taajuuden ja PWM: n ansiosta myös moduloidaan vastaavasti, jolloin syntyy itkevä poliisin sireenin ääniefekti.

Punainen hälytys Star Trek -hälytyspiiri

Luettelon viimeinen piiri on toinen erittäin mielenkiintoinen äänitehosgeneraattori, joka käyttää asteikolla IC 555 varustettua oskillaattoria. Se on punaisen hälytyksen äänigeneraattori, jota kutsutaan myös tähtitaivahälytykseksi, koska sitä käytetään usein suositussa TV-sarjassa tähtiretkellä.

Tyypillisesti punainen hälytysääni käynnistyy matalalla taajuusäänellä, joka nousee korkean taajuuden muistiin nopeasti noin 1,15 sekunnin kuluessa ja katkeaa 0,35 sekunniksi ja nousee taas matalasta korkeaksi ja jakso Tähtimatkan punainen hälytysääni aiheuttaa edelleen.

Aivan kuten edelliset hälytys- ja sireeniäänipiirit, myös tämä piiri toistaa jaksoa niin kauan kuin se on päällä.

IC 2 on tässä konfiguroitu ei-symmetriseksi oskillaattoripiiriksi. Kondensaattori C1 ladataan vuorotellen elementtien R1 ja D1 kautta ja puretaan vuorotellen R2: n kautta.

Tämä tuottaa nopeasti nousevat ja hiipuvat sahahampaiden plussat kondensaattorin C1 poikki. Emitterin seuraaja puskuroi tämän ramppisignaalin ja käyttää moduloivana jännitteenä IC1: n ohjaustulotappiin 5 R7: n kautta.

Sahahammasluonteesta johtuen tämä aaltomuoto saa IC1: n nastan 3 lähtötaajuuden nousemaan asteittain aaltomuodon hitaasti hajoavan osan osalta ja putoaa sitten nopeasti aaltomuodon romahtavan osan aikana.

Aaltomuodosyklin jokaisen hajoavan osan aikana vastaava suorakaiteen muotoinen pulssi IC2: n nastasta 3 kytkeytyy välittömästi pois päältä Q2, mikä puolestaan ​​aiheuttaa IC2: n nastan 2 laskemisen. Tämä keskeyttää C2-ulostulon ja kaiuttimen nousevan äänen, mikä saa aikaan erikoisen punaisen hälytystähtitaulun hälytysäänen.

Takaisin sinulle

No, nämä olivat joitain vihjeitä siitä, miten IC 555: tä käytetään hyödyllisten hälytys- ja sireenioskillaattoripiirien luomiseen. Onko sinulla muuta mielenkiintoista äänitehosgeneraattoria, joka käyttää IC 555: tä? Jos teet, ilmoita yksityiskohdat täällä, otamme mielellämme mukaan ne yllä olevaan luetteloon.