Układy pinów IC 555, stabilne, monostabilne, bistabilne z zbadanymi formułami

W poście wyjaśniono, jak działa układ IC 555, jego podstawowe szczegóły dotyczące wyprowadzeń i jak skonfigurować układ scalony w jego standardowym lub popularnym trybie obwodu astabilnego, bistabilnego i monostabilnego. W poście szczegółowo opisano również różne formuły do ​​obliczania parametrów IC 555.

Wprowadzenie

Nasz świat hobby byłby mniej interesujący bez IC 555. Byłby to jeden z naszych pierwszych układów scalonych stosowanych w elektronice. W tym artykule przyjrzymy się historii IC555, ich 3 trybom pracy i niektórym specyfikacjom.

IC 555 został wprowadzony w 1971 roku przez firmę „Signetics”, został zaprojektowany przez Hansa R. Camenzinda. Szacuje się, że każdego roku produkuje się około 1 miliarda IC 555. To jeden IC 555 na każde 7 osób na świecie.

Firma Signetics jest własnością firmy Philips Semiconductor. Jeśli spojrzymy na wewnętrzny schemat blokowy IC 555, znajdziemy trzy rezystory 5 kiloomów połączone szeregowo w celu ustalenia współczynnika czasowego, więc prawdopodobnie tak urządzenie otrzymało swoją nazwę Timer IC 555. Jednak jakaś hipoteza głosi, że wybór nazwy nie ma związku z wewnętrznymi składnikami KI, został wybrany arbitralnie.

Jak działa IC 555

Standardowy układ IC555 składa się z 25 tranzystorów, 15 rezystorów i 2 diod zintegrowanych na silikonowej matrycy. Dostępne są dwie wersje układu scalonego, mianowicie zegar 555 klasy wojskowej i cywilnej.

NE555 to układ scalony klasy cywilnej, którego temperatura robocza wynosi od 0 do + 70 stopni Celsjusza. SE555 jest układem scalonym klasy wojskowej i ma zakres temperatur roboczych od -55 do +125 stopni Celsjusza.

Znajdziesz również plik Wersja timera CMOS znana jako 7555 i TLC555 te zużywają mniej energii w porównaniu do standardowego 555 i działają poniżej 5V.

Timery wersji CMOS składają się z tranzystorów MOSFET zamiast tranzystora bipolarnego, który jest wydajny i zużywa mniej energii.

Układ pinów i szczegóły robocze IC 555:

1. Pin 1 : Masa lub 0 V: Jest to ujemny pin zasilania układu scalonego
2. Pin 2 : Wyzwalanie lub wejście: Ujemny chwilowy wyzwalacz na tym pinie wejściowym powoduje, że pin3 wyjściowy staje się WYSOKI. Dzieje się tak przez szybkie rozładowanie kondensatora taktowania poniżej dolnego progu 1/3 napięcia zasilania. Kondensator następnie powoli ładuje się przez rezystor czasowy, a gdy wzrośnie powyżej 2/3 poziomu zasilania, pin3 ponownie staje się LOW. To włączanie / wyłączanie jest realizowane przez wewnętrzny FLIP-FLOP etap.
3. Pin 3 : Wyjście: Jest to wyjście, które reaguje na piny wejściowe, ustawiając się w górę lub w dół lub oscylując ON / OFF
4. Pin 4 : Reset: Jest to pin resetowania, który jest zawsze podłączony do dodatniego zasilania dla normalnej pracy układu scalonego. Po uziemieniu chwilowo resetuje wyjście układu scalonego do jego początkowej pozycji, a jeśli jest na stałe podłączony do masy, powoduje wyłączenie operacji układu scalonego.
5. Pin 5 : Sterowanie: Zewnętrzny zmienny potencjał DC może być przyłożony do tego pinu w celu sterowania lub modulacji szerokości impulsu pinu3 i generowania kontrolowanego PWM.
6. Pin 6 : Próg: Jest to styk progowy, który powoduje przejście na wyjście LOW (0 V), gdy tylko ładowanie kondensatora czasowego osiągnie górny próg 2/3 napięcia zasilania.
7. Pin 7 : Rozładowanie: Jest to pin rozładowania kontrolowany przez wewnętrzny przerzutnik, który wymusza rozładowanie kondensatora taktowania, gdy tylko osiągnie 2/3 próg napięcia zasilania.
8. Pin 8 : Vcc: Jest to dodatnie wejście zasilania między 5 V a 15 V.

3 tryby timera:

1. Wyzwalacz bistabilny lub Schmitta
2. Monostabilny lub jeden strzał
3. Astable

Tryb bistabilny:

Gdy IC555 jest skonfigurowany w trybie bistabilnym, działa jako podstawowy przerzutnik. Innymi słowy, gdy podany jest wyzwalacz wejściowy, przełącza stan wyjścia na WŁ. Lub WYŁ.

Zwykle # pin2 i # pin4 są podłączone do rezystorów podciągających w tym trybie pracy.

Gdy styk # pin2 jest przez krótki czas uziemiony, wyjście na styku # 3 przechodzi w stan wysoki, aby zresetować wyjście, styk # styk 4 jest chwilowo zwarty do masy, a następnie wyjście staje się niskie.

Nie ma tu potrzeby stosowania kondensatora taktowania, ale zalecane jest podłączenie kondensatora (0,01 uF do 0,1 uF) między pinem 5 a masą. # pin7 i # pin6 mogą pozostać niepodłączone w tej konfiguracji.

Oto prosty obwód bistabilny:

Kiedy przycisk ustawiania jest wciśnięty, wyjście przechodzi w stan wysoki, a gdy przycisk resetowania jest wciśnięty, wyjście przechodzi w stan niski. R1 i R2 mogą mieć 10 kiloomów, kondensator może znajdować się w dowolnym miejscu między podaną wartością.

Tryb monostabilny:

Inne przydatne zastosowanie timera IC 555 ma postać jednostrzałowy lub monostabilny obwód multiwibratora , jak pokazano na poniższym rysunku.

Gdy tylko wejściowy sygnał wyzwalający stanie się ujemny, aktywowany jest tryb jednostrzałowy, powodując, że styk wyjściowy 3 osiąga wysoki poziom Vcc. Okres czasu wystąpienia stanu wysokiego mocy wyjściowej można obliczyć ze wzoru:

• T_wysoki= 1,1 R._DOdo

Jak widać na rysunku, ujemna krawędź wejścia zmusza komparator 2 do przełączenia przerzutnika. Ta czynność powoduje, że wyjście na styku 3 staje się wysokie.

Właściwie w tym procesie kondensator do jest obciążony VCC przez rezystor NA ZEWNĄTRZ . Podczas ładowania kondensatora moc wyjściowa jest utrzymywana na wysokim poziomie Vcc.

Demo wideo

Kiedy napięcie na kondensatorze osiągnie poziom progowy 2 VCC / 3, komparator 1 wyzwala przerzutnik, zmuszając wyjście do zmiany stanu i przejścia w stan niski.

To z kolei obniża poziom rozładowania, powodując rozładowanie kondensatora i utrzymywanie go na poziomie około 0 V do następnego wyzwolenia wejścia.

Powyższy rysunek przedstawia całą procedurę, gdy wejście jest wyzwalane w stanie niskim, prowadząc do kształtu fali wyjściowej dla monostabilnego działania jednostrzałowego IC 555.

Czas wyjścia w tym trybie może wahać się od mikrosekund do wielu sekund, dzięki czemu ta operacja staje się idealnie przydatna w wielu różnych zastosowaniach.

Uproszczone wyjaśnienie dla początkujących

Generatory impulsów monostabilnych lub jednokrotnych są szeroko stosowane w wielu zastosowaniach elektronicznych, w których obwód po wyzwoleniu musi być włączony przez określony czas. Szerokość impulsu wyjściowego na # pin3 można określić za pomocą tego prostego wzoru:

• T = 1,1RC

Gdzie

• T to czas w sekundach
• R jest oporem w omach
• C to pojemność w faradach

Impuls wyjściowy spada, gdy napięcie na kondensatorze jest równe 2/3 Vcc. Wyzwalanie wejścia między dwoma impulsami musi być większe niż stała czasowa RC.

Oto prosty obwód monostabilny:

Rozwiązywanie praktycznej aplikacji monostabilnej

Znajdź okres przebiegu wyjściowego dla przykładu obwodu pokazanego poniżej, gdy jest wyzwalany przez ujemny impuls zbocza.

Rozwiązanie:

• T_wysoki= 1,1 R._DOC = 1,1 (7,5 x 10³) (0,1 x 10^-6) = 0,825 ms

Jak działa tryb Astable:

Odnosząc się do poniższego rysunku obwodu astralnego IC555, kondensator do jest obciążany kwotą VCC poziom przez dwa rezystory R._DOi R._b. Kondensator jest ładowany, dopóki nie osiągnie powyżej 2 VCC / 3. To napięcie staje się napięciem progowym na pinie 6 układu scalonego. To napięcie działa na komparator 1, aby wyzwolić przerzutnik, co powoduje, że wyjście na pinie 3 staje się niskie.

Wraz z tym włączany jest tranzystor rozładowujący, w wyniku czego wyjście pinu 7 rozładowuje kondensator przez rezystor RB .

Powoduje to spadek napięcia wewnątrz kondensatora, aż w końcu spadnie poniżej poziomu wyzwalania ( VCC / 3). Ta czynność natychmiast wyzwala etap flip flop w układzie scalonym, powodując, że wyjście układu scalonego staje się wysokie, wyłączając tranzystor rozładowujący. To po raz kolejny umożliwia ładowanie kondensatora przez rezystory NA ZEWNĄTRZ i RB w kierunku VCC .

Korzystając z zależności, można obliczyć przedziały czasu odpowiedzialne za podniesienie i zmniejszenie wydajności

• T_wysoki≈ 0,7 (R_DO+ R._b) do
• T_Niska≈ 0,7 R._b do

Całkowity okres wynosi

• T = okres = T_wysoki+ T._Niska

Instrukcja wideo

Uproszczone wyjaśnienie dla początkujących

Jest to najczęściej używany multiwibrator lub projekty AMV, takie jak w oscylatory, syreny, alarmy , migacze itp., i byłby to jeden z naszych pierwszych obwodów zaimplementowanych dla IC 555 jako hobbysta (pamiętasz alternatywną diodę migacza?).

Gdy IC555 jest skonfigurowany jako stabilny multiwibrator, emituje ciągłe prostokątne impulsy na # pin3.

Częstotliwość i szerokość impulsu można regulować za pomocą R1, R2 i C1.R1 jest podłączony między Vcc a wyładowaniem # pin7, R2 jest podłączony między # pin7 i # pin2, a także # pin6. # Pin6 i # pin2 są zwarte.

Kondensator jest podłączony między # pin2 a masą.

Częstotliwość dla Można obliczyć stabilny multiwibrator używając tego wzoru:

• F = 1,44 / ((R1 + R2 * 2) * C1)

Gdzie,

• F to częstotliwość w hercach
• R1 i R2 to rezystory w omach
• C1 to kondensator w faradach.

Najwyższy czas dla każdego impulsu podany przez:

• Wysoka = 0,693 (R1 + R2) * C

Niski czas określa:

• Niski = 0,693 * R2 * C

Wszystkie „R” są w omach, a „C” w omach.

Oto podstawowy astable obwód multiwibratora:

W przypadku timerów 555 IC z tranzystorami bipolarnymi należy unikać R1 o niskiej wartości, aby wyjście pozostało nasycone w pobliżu napięcia uziemienia podczas procesu rozładowania, w przeciwnym razie `` niski czas '' może być zawodny i możemy zobaczyć większe wartości dla niskiego czasu praktycznie niż wartość obliczona .

Rozwiązywanie prostego przykładowego problemu

Na poniższym rysunku znajdź częstotliwość IC 555 i narysuj wyniki przebiegu wyjściowego.

Rozwiązanie:

Obrazy przebiegów można zobaczyć poniżej:

Obwód PWM IC 555 wykorzystujący diody

Jeśli chcesz, aby wyjściowy cykl pracy był mniejszy niż 50%, tj. Krótszy czas wysoki i dłuższy czas niski, diodę można podłączyć do R2 z katodą po stronie kondensatora. Nazywa się to również trybem PWM dla timera 555 IC.

Możesz również zaprojektować plik 555 Obwód PWM ze zmiennym cyklem pracy dwie diody, jak pokazano na powyższym rysunku.

Obwód PWM IC 555 wykorzystujący dwie diody jest w zasadzie stabilnym obwodem, w którym taktowanie ładowania i rozładowywania kondensatora C1 jest rozwidlone przez oddzielne kanały za pomocą diod. Ta modyfikacja umożliwia użytkownikowi oddzielną regulację okresów włączania / wyłączania układu scalonego, a tym samym szybkie osiągnięcie żądanej szybkości PWM.

Obliczanie PWM

W obwodzie IC 555 wykorzystującym dwie diody wzór na obliczenie współczynnika PWM można uzyskać za pomocą następującego wzoru:

T_wysoki≈ 0,7 (rezystancja R1 + POT) do

Tutaj rezystancja POT odnosi się do regulacji potencjometru i poziomu rezystancji tej konkretnej strony potencjometru, przez którą ładuje się kondensator C.

Powiedzmy, że garnek jest garnkiem o mocy 5 K i jest wyregulowany na poziomie 60/40, dając poziomy oporu 3 K i 2 K. Wtedy w zależności od tego, która część rezystancji ładuje kondensator, wartość można wykorzystać w powyższym formuła.

Jeśli to regulacja boczna 3 K ładuje kondensator, wzór można rozwiązać jako:

T_wysoki≈ 0,7 (R1 + 3000 Ω) do

Z drugiej strony, jeśli to 2 K jest po stronie ładowania regulacji naczynia, wówczas wzór można rozwiązać jako.

T_wysoki≈ 0,7 (R1 + 2000 Ω) do

Proszę pamiętać, że w obu przypadkach C będzie w Faradach. Musisz więc najpierw przekonwertować wartość mikrofarady na schemacie na Farad, aby uzyskać prawidłowe rozwiązanie.

Bibliografia: Stackexchange