IC 555 nastat, vakaa, monostabiili, bistabiili piiri tutkituilla kaavoilla

Viestissä selitetään, miten IC 555 toimii, sen perustiedot ja kuinka IC määritetään sen vakio- tai suosituissa hajautettavissa, bistabiilissa ja monostabiilissa piiritiloissa. Viestissä kuvataan myös eri kaavat IC 555 -parametrien laskemiseksi.

Johdanto

Harrastusmaailmamme olisi vähemmän mielenkiintoinen ilman IC 555. Se olisi yksi ensimmäisistä elektroniikassa käytetyistä mikropiireistämme. Tässä artikkelissa tarkastelemme IC555: n historiaa, niiden 3 toimintatilaa ja joitain niiden eritelmiä.

IC 555 otettiin käyttöön vuonna 1971 nimellä Signetics, jonka suunnitteli Hans R. Camenzind. On arvioitu, että vuosittain valmistetaan noin miljardi IC 555 -mallia. Tämä on yksi IC 555 jokaista 7 ihmistä kohti maailmaa.

Signetics Companyn omistaa Philips Semiconductor. Jos tarkastelemme IC 555: n sisäistä lohkokaaviota, löydämme kolme sarjaan kytkettyä 5K ohmin vastusta ajoituskertoimen määrittämiseksi, joten luultavasti näin laite sai nimensä IC 555 -ajastin. Jotkut hypoteesit väittävät kuitenkin, että nimen valinnalla ei ole yhteyttä IC: n sisäisiin komponentteihin, se valittiin mielivaltaisesti.

Kuinka IC 555 toimii

Tavallinen IC555 koostuu 25 transistorista, 15 vastuksesta ja 2 diodista, jotka on integroitu piimuottiin. IC: stä on saatavana kaksi versiota, nimittäin sotilas- ja siviililuokan 555 ajastin.

NE555 on siviililuokan IC ja sen käyttölämpötila-alue on 0 - +70 celsiusastetta. SE555 on sotilasluokan IC ja sen käyttölämpötila-alue on -55 - +125 celsiusastetta.

Löydät myös CMOS-versio ajastimesta, joka tunnetaan nimellä 7555 ja TLC555 nämä kuluttavat vähemmän virtaa kuin vakio 555 ja toimivat alle 5 V.

CMOS-version ajastimet koostuvat pikemminkin MOSFETistä kuin kaksisuuntaisesta transistorista, joka on tehokas ja kuluttaa vähemmän virtaa.

IC 555 nasta ja työskentelytiedot:

1. Tappi 1 : Maadoitus tai 0 V: Se on IC: n negatiivinen syöttötappi
2. Tappi 2 : Liipaisin tai tulo: Tämän tulotapin negatiivinen hetkellinen liipaisin saa lähtötapin 3 KORKEAA. Tämä tapahtuu tyhjentämällä ajoituskondensaattori nopeasti alle kolmanneksen syöttöjännitteen alarajan. Kondensaattori latautuu sitten hitaasti ajoitusvastuksen kautta, ja kun se nousee yli 2/3: n syöttötason yläpuolelle, nasta 3 tulee jälleen matalaksi. Tämä ON / OFF-kytkentä tapahtuu sisäisellä VARVASTOSSU vaiheessa.
3. Tappi 3 : Lähtö: Lähtö vastaa tuloliittimiin joko menemällä korkealle tai matalalle tai värähtelemällä PÄÄLLE / POIS
4. Tappi 4 : Reset: Palautustappi on aina kytketty positiiviseen syöttöön IC: n normaalia toimintaa varten. Maadoitettu palauttaa IC-lähdön hetkeksi alkuperäiseen asentoonsa ja pysyvästi maahan kytkettynä pitää IC-toiminnot poissa käytöstä.
5. Tappi 5 : Ohjaus: Tähän tapiin voidaan käyttää ulkoista vaihtelevaa DC-potentiaalia ohjaamaan tai moduloimaan pin3-pulssin leveyttä ja luomaan hallittu PWM.
6. Tappi 6 : Kynnys: Tämä on kynnysnasta, joka saa lähdön menemään LOW (0V) heti, kun ajastuskondensaattorin varaus saavuttaa 2/3-syöttöjännitteen ylärajan.
7. Tappi 7 : Purkaus: Tämä on sisäisen kiikun ohjaama purkutappi, joka pakottaa ajoituskondensaattorin purkautumaan heti, kun se on saavuttanut 2/3-syöttöjännitteen kynnystason.
8. Tappi 8 : Vcc: Se on positiivinen syöttöjännite välillä 5 V - 15 V.

3 ajastimen tilaa:

1. Bistabiili tai Schmitt-liipaisin
2. Yksivakaa tai yksi laukaus
3. Vakaa

Bistable-tila:

Kun IC555 on määritetty bistabiilissa tilassa, se toimii peruskiikana. Toisin sanoen, kun tuloliipaisin annetaan, se vaihtaa lähtötilan ON tai OFF.

Normaalisti # nasta 2 ja # nasta 4 on kytketty vetovastuksiin tässä toimintatilassa.

Kun # pin2 on maadoitettu lyhyeksi ajaksi, # pin3: n ulostulo nousee korkealle palauttaakseen lähdön, # pin4 oikosuljetaan hetkellisesti maahan ja sitten lähtö menee matalaksi.

Aikakondensaattoria ei tarvita, mutta kondensaattorin (0,01 uF - 0,1 uF) kytkeminen # pin5: n ja maan päälle on suositeltavaa. # pin7 ja # pin6 voidaan jättää yhdistämättä tässä kokoonpanossa.

Tässä on yksinkertainen bistabiili piiri:

Kun asetuspainiketta painetaan, lähtö menee korkealle ja kun nollauspainiketta painetaan, lähtö menee matalaan tilaan. R1 ja R2 voivat olla 10 k ohmia, kondensaattori voi olla missä tahansa määritetyn arvon välillä.

Monostabiili tila:

Toinen hyödyllinen IC 555 -ajastimen sovellus on a yhden kuvan tai monostabiili monivibraattoripiiri , kuten alla olevassa kuvassa on esitetty.

Heti kun tulosignaalin liipaisusignaali muuttuu negatiiviseksi, yhden kuvan tila aktivoituu, jolloin ulostulotappi 3 menee korkealle Vcc-tasolla. Lähdön korkean ehdon ajanjakso voidaan laskea kaavan mukaisesti:

• T_korkea= 1,1 R_TOC

Kuten kuvasta nähdään, tulon negatiivinen reuna pakottaa vertailijan 2 vaihtamaan kiikaa. Tämä toiminto saa nastan 3 lähdön menemään korkealle.

Itse asiassa tässä prosessissa kondensaattori C veloitetaan kohti VCC vastuksen kautta OUT . Vaikka kondensaattori latautuu, lähtö pidetään korkealla Vcc-tasolla.

Videon esittely

Kun kondensaattorin yli tuleva jännite saavuttaa kynnysarvon 2 VCC / 3, vertailija 1 laukaisee kiikun, pakottaen lähdön vaihtamaan tilaa ja menemään matalaksi.

Tämä kääntää purkautumisen matalaksi, jolloin kondensaattori purkautuu ja pysyy noin 0 V: ssa seuraavaan tuloliipaisimeen saakka.

Yllä oleva kuva esittää koko menettelyn, kun tulo laukaistaan ​​matalana, mikä johtaa lähtöaaltomuotoon IC 555: n monostabiilille yhden kuvan toiminnalle.

Tämän moodin lähdön ajoitus voi vaihdella mikrosekunnista moniin sekunteihin, jolloin toiminnosta voi tulla ihanteellinen hyöty useille eri sovelluksille.

Yksinkertaistettu selitys aloittelijoille

Monostabiilia tai yhden laukauksen pulssigeneraattoria käytetään laajalti monissa elektronisissa sovelluksissa, joissa piiri on kytkettävä päälle ennalta määrätyn ajan liipaisun jälkeen. Lähtöpulssin leveys kohdassa # pin3 voidaan määrittää käyttämällä tätä yksinkertaista kaavaa:

• T = 1,1 RC

Missä

• T on aika sekunteina
• R on vastus ohmina
• C on kapasitanssi faradeissa

Lähtöpulssi putoaa, kun kondensaattorin yli kulkeva jännite on 2/3 Vcc: stä. Kahden pulssin välisen tuloliipaisun on oltava suurempi kuin RC-aikavakio.

Tässä on yksinkertainen monostabiili piiri:

Käytännön monostabiilin sovelluksen ratkaiseminen

Selvitä lähtöaaltomuodon jakso alla olevalle piiriesimerkille, kun sen laukaisee negatiivinen reuna-pulssi.

Ratkaisu:

• T_korkea= 1,1 R_TOC = 1,1 (7,5 x 10³) (0,1 x 10^-6) = 0,825 ms

Kuinka vakaa tila toimii:

Viitaten alla olevaan asteikolla IC555 olevaan kondensaattoriin, kondensaattoriin C veloitetaan kohti VCC kahden vastuksen R läpi_TOja R_B. Kondensaattoria ladataan, kunnes se saavuttaa arvon 2 VCC / 3. Tästä jännitteestä tulee kynnysjännite IC: n nastassa 6. Tämä jännite käyttää komparaattoria 1 laukaisemaan kiikun, mikä aiheuttaa nastan 3 ulostulon pienenemisen.

Tämän lisäksi purkutransistori kytketään päälle, jolloin nastan 7 lähtö purkautuu kondensaattorista vastuksen kautta RB .

Tämä aiheuttaa kondensaattorin sisäisen jännitteen putoamisen, kunnes se lopulta laskee liipaisutason alle ( VCC / 3). Tämä toiminto laukaisee välittömästi IC: n kääntövaiheen vaiheen, jolloin IC: n ulostulo nousee korkeaksi, sammuttaen purkutransistorin. Tämä mahdollistaa jälleen kondensaattorin latautumisen vastusten kautta OUT ja RB kohti VCC .

Aikavälit, jotka ovat vastuussa tuotoksen kääntämisestä korkealle ja matalalle, voidaan laskea relaatioiden avulla

• T_korkea≈ 0,7 (R_TO+ R_B) C
• T_matala≈ 0,7 R_B C

Kokonaiskausi on

• T = jakso = T_korkea+ T_matala

Video-opetusohjelma

Yksinkertaistettu selitys aloittelijoille

Tämä on yleisimmin käytetty multivibraattori- tai AMV-malli, kuten oskillaattorit, sireenit, hälytykset , vilkkuvalot jne., ja tämä olisi yksi ensimmäisistä piiristämme, joka on toteutettu IC 555: lle harrastajana (muistatko vaihtoehtoisen vilkkuvan LED: n?).

Kun IC555 on määritetty pysyväksi multivibraattoriksi, se antaa jatkuvia suorakaiteen muotoisia pulsseja # pin3: lla.

Taajuutta ja pulssin leveyttä voidaan säätää R1, R2 ja C1. R1 on kytketty Vcc: n ja purkaus # pin7: n väliin, R2 on kytketty # pin7: n ja # pin2: n ja myös # pin6: n väliin. # Pin6 ja # pin2 ovat oikosulussa.

Kondensaattori on kytketty # pin2: n ja maan välille.

Taajuus Astable multivibrator voidaan laskea käyttämällä tätä kaavaa:

• F = 1,44 / ((R1 + R2 * 2) * C1)

Missä,

• F on taajuus hertseinä
• R1 ja R2 ovat vastuksia ohmina
• C1 on kondensaattori faradeissa.

Kunkin pulssin korkea aika:

• Korkea = 0,693 (R1 + R2) * C

Pienen ajan antaa:

• Matala = 0,693 * R2 * C

Kaikki R ovat ohmeina ja C ovat ohmeina.

Tässä on vakaa monipuolinen monivibraattoripiiri:

Bipolaarisilla transistoreilla varustetuille 555 IC-ajastimelle R1-arvoa on vältettävä, jotta lähtö pysyy kyllästettynä lähellä maajännitettä purkausprosessin aikana, muuten 'matala aika' voi olla epäluotettava ja saatamme nähdä suurempia arvoja matalalle ajalle käytännössä kuin laskettu arvo .

Vakaan esimerkkiongelman ratkaiseminen

Etsi seuraavasta kuvasta IC 555: n taajuus ja piirrä lähtöaaltomuodon tulokset.

Ratkaisu:

Aaltomuodon kuvat näkyvät alla:

IC 555 PWM -piiri diodien avulla

Jos haluat, että lähtö on alle 50%: n käyttöjakso eli lyhyempi korkea aika ja pidempi matala aika, diodi voidaan liittää R2: n yli katodilla kondensaattorin puolella. Sitä kutsutaan myös PWM-tilaksi 555 IC -ajastimelle.

Voit myös suunnitella a 555 PWM-piiri vaihtelevalla käyttöjaksolla kaksi diodia yllä olevan kuvan mukaisesti.

Kahta diodia käyttävä PWM IC 555 -piiri on pohjimmiltaan järkevä piiri, jossa kondensaattorin C1 lataus- ja purkausaika jaetaan erillisten kanavien kautta diodien avulla. Tämän muutoksen avulla käyttäjä voi säätää mikropiirin ON / OFF-jaksoja erikseen ja saavuttaa siten halutun PWM-nopeuden nopeasti.

PWM: n laskeminen

Kahta diodia käyttävässä IC 555 -piirissä kaava PWM-nopeuden laskemiseksi voidaan saavuttaa seuraavalla kaavalla:

T_korkea≈ 0,7 (R1 + POT-vastus) C

Tässä POT-vastus viittaa potentiometrin säätöön ja potin tietyn sivun vastustasoon, jonka läpi kondensaattori C latautuu.

Oletetaan, että potti on 5 K: n potti, ja se on säädetty 60/40 tasolla tuottamalla 3 K: n ja 2 K: n vastustasot. Sitten riippuen siitä, mikä vastuksen osa lataa kondensaattoria, arvoa voidaan käyttää yllä kaava.

Jos kondensaattoria lataa 3 K: n sivusäätö, kaava voidaan ratkaista seuraavasti:

T_korkea≈ 0,7 (R1 + 3000 Ω) C

Toisaalta, jos potin säädön latauspuolella on 2 K, kaava voidaan ratkaista seuraavasti.

T_korkea≈ 0,7 (R1 + 2000 Ω) C

Muista, että molemmissa tapauksissa C on Faradissa. Joten sinun on ensin muunnettava kaavion mikrofarad-arvo Faradiksi oikean ratkaisun saamiseksi.

Viitteet: Pinonvaihto