IC 555 stiprinājumi, stabilas, monostabilas, bistabilas shēmas ar izpētītām formulām

Ziņā ir paskaidrots, kā darbojas IC 555, tā galvenās detaļas un kā konfigurēt IC standarta vai populārajā astablajā, bistabilajā un monostabilajā ķēdes režīmā. Ziņā ir arī sīki aprakstītas dažādas formulas IC 555 parametru aprēķināšanai.

Ievads

Mūsu hobiju pasaule būtu mazāk interesanta bez IC 555. Tas būtu viens no mūsu pirmajiem IC, ko izmantotu elektronikā. Šajā rakstā mēs atskatīsimies uz IC555 vēsturi, to 3 darbības režīmiem un dažām to specifikācijām.

IC 555 1971. gadā ieviesa uzņēmums ar nosaukumu “Signetics”, un to izstrādāja Hanss R. Kamenzinds. Tiek lēsts, ka katru gadu tiek ražots apmēram 1 miljards IC 555. Tas ir viens IC 555 uz katriem 7 cilvēkiem pasaulē.

Uzņēmums Signetics pieder uzņēmumam Philips Semiconductor. Ja paskatāmies uz IC 555 iekšējo blokshēmu, mēs atrodam trīs 5K omu rezistorus, kas sērijveidā savienoti, lai noteiktu laika koeficientu, tāpēc, iespējams, tieši tā ierīce ieguva savu nosaukumu IC 555 taimeris. Tomēr dažas hipotēzes apgalvo, ka nosaukuma atlasei nav nekādas saistības ar IC iekšējiem komponentiem, tā tika izvēlēta patvaļīgi.

Kā darbojas IC 555

Standarta IC555 sastāv no 25 tranzistoriem, 15 rezistoriem un 2 diodēm, kas integrētas uz silīcija formas. Ir pieejamas divas IC versijas, proti, militārais un civilais taimeris 555.

NE555 ir civilās klases IC, un tā darba temperatūras diapazons ir no 0 līdz +70 grādiem pēc Celsija. SE555 ir militāras pakāpes IC un tā darba temperatūras diapazons ir no -55 līdz +125 grādiem pēc Celsija.

Jūs atradīsit arī Taimera CMOS versija, kas pazīstama kā 7555 un TLC555 tie patērē mazāk enerģijas, salīdzinot ar standarta 555, un darbojas mazāk nekā 5 V.

CMOS versijas taimeri sastāv no MOSFET, nevis no bipolāriem tranzistoriem, kas ir efektīvi un patērē mazāk enerģijas.

IC 555 tapas un darba informācija:

1. 1. tapa : Zeme vai 0V: tā ir IC negatīvā padeves tapa
2. 2. tapa : Trigeris vai ievade: Negatīvs momentānais sprūda uz šī ieejas tapas liek izejas spraudnim HIGH. Tas notiek, ātri izlādējot laika kondensatoru zem 1/3 barošanas sprieguma zemākā sliekšņa līmeņa. Pēc tam kondensators lēnām uzlādējas, izmantojot laika pretestību, un, kad tas paaugstinās virs 2/3 piegādes līmeņa, pin3 atkal kļūst par ZEMU. Šo ieslēgšanas / izslēgšanas pārslēgšanu veic iekšējais FLIP-FLOP posmā.
3. 3. tapa : Izeja: tā ir izeja, kas reaģē uz ieejas tapām, vai nu dodoties uz augšu vai uz leju, vai arī svārstoties ON / OFF
4. 4. tapa : Atiestatīšana: tā ir atiestatīšanas tapa, kas vienmēr ir savienota ar pozitīvo padevi normālai IC darbībai. Kad iezemēts, IC izeja tiek īslaicīgi atiestatīta sākotnējā stāvoklī un, ja tā ir pastāvīgi savienota ar zemi, IC darbības tiek atspējotas.
5. 5. tapa : Vadība: Šim tapam var pielietot ārēju mainīgu līdzstrāvas potenciālu, lai kontrolētu vai modulētu pin3 impulsa platumu un ģenerētu kontrolētu PWM.
6. 6. tapa : Slieksnis: Tas ir sliekšņa tapa, kas izejai iziet LOW (0V), tiklīdz laika kondensatora uzlāde sasniedz augšējo 2/3 barošanas sprieguma slieksni.
7. 7. tapa : Izlāde: Šī ir izlādes tapa, kuru kontrolē iekšējais flip flop, kas liek kondensatoram izlādēties, tiklīdz tas ir sasniedzis 2/3 barošanas sprieguma sliekšņa līmeni.
8. 8. tapa : Vcc: tā ir pozitīvā padeves ieeja no 5 V līdz 15 V.

3 taimera režīmi:

1. Bistable vai Schmitt trigeris
2. Monostabils vai viens šāviens
3. Astabils

Bistable režīms:

Kad IC555 ir konfigurēts bistabilā režīmā, tas darbojas kā pamata flip-flop. Citiem vārdiem sakot, kad tiek ievadīts ievades trigeris, tas pārslēdz izejas stāvokli ON vai OFF.

Parasti šajā darbības režīmā # pin2 un # pin4 ir savienoti ar pievilkšanas rezistoriem.

Kad # pin2 ir iezemēts uz īsu laiku, izeja pie # pin3 iet uz augšu, lai atiestatītu izvadi, # pin4 uz brīdi tiek saīsināts līdz zemei, un pēc tam izeja ir zema.

Šeit nav nepieciešams laika kondensators, taču ieteicams savienot kondensatoru (no 0,01 uF līdz 0,1 uF) pāri # pin5 un zemei. # pin7 un # pin6 šajā konfigurācijā var palikt nesaistīti.

Šeit ir vienkārša bistabila ķēde:

Nospiežot iestatīšanas pogu, izeja kļūst augsta un, nospiežot atiestatīšanas pogu, izeja nonāk zemā stāvoklī. R1 un R2 var būt 10k omi, kondensators var būt jebkur starp norādīto vērtību.

Monostabils režīms:

Vēl viens noderīgs IC 555 taimera pielietojums ir a viena kadra vai monostabila multivibratora ķēde , kā parādīts attēlā zemāk.

Tiklīdz ieejas trigera signāls kļūst negatīvs, tiek aktivizēts viena kadra režīms, kā rezultātā izejas kontakts 3 tiek paaugstināts Vcc līmenī. Augstas izejas nosacījuma laika periodu var aprēķināt, izmantojot formulu:

• T_augsts= 1,1 R_TOC

Kā redzams attēlā, ievades negatīvā mala liek salīdzinātājam 2 pārslēgt flip-flop. Šīs darbības dēļ 3. tapas izeja palielinās.

Patiesībā šajā procesā kondensators C tiek iekasēts pret VCC caur rezistoru OUT . Kamēr kondensators uzlādējas, izeja tiek turēta augstu Vcc līmenī.

Video demonstrācija

Kad spriegums pāri kondensatoram iegūst sliekšņa līmeni 2 VCC / 3, 1. salīdzinātājs iedarbina flip-flop, liekot izejai mainīt stāvokli un iet zemu.

Pēc tam izlāde kļūst zema, liekot kondensatoram izlādēties un noturēties pie aptuveni 0 V līdz nākamajam ieejas sprūdam.

Iepriekš redzamajā attēlā parādīta visa procedūra, kad ieeja tiek aktivizēta zemā līmenī, kas noved pie izejas viļņu formas IC 555 monostabilas vienas kadras darbībai.

Šī režīma izvades laiks var būt no mikrosekundēm līdz daudzām sekundēm, ļaujot šai darbībai kļūt ideāli noderīgai dažādām lietojumprogrammām.

Vienkāršots skaidrojums iesācējiem

Monostabili vai viena šāviena impulsu ģeneratori tiek plaši izmantoti daudzās elektroniskās lietojumprogrammās, kur ķēde ir jāieslēdz iepriekš noteiktu laiku pēc sprūda. Izejas impulsa platumu pie # pin3 var noteikt, izmantojot šo vienkāršo formulu:

• T = 1,1 RC

Kur

• T ir laiks sekundēs
• R ir pretestība omos
• C ir kapacitāte farādos

Izejas impulss samazinās, kad kondensatora spriegums ir vienāds ar 2/3 no Vcc. Ievades trigerim starp diviem impulsiem jābūt lielākiem par RC laika konstanti.

Šeit ir vienkārša monostabila shēma:

Praktiska monostabila pielietojuma risināšana

Uzziniet izejas viļņu formas periodu zemāk parādītajam ķēdes piemēram, kad to iedarbina negatīvs malas impulss.

Risinājums:

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

Kā darbojas stabilais režīms:

Atsaucoties uz IC555 astablo ķēdes attēlu zemāk, kondensators C tiek iekasēts pret VCC caur diviem rezistoriem R_TOun R_B. Kondensators tiek uzlādēts, līdz tas sasniedz virs 2 VCC / 3. Šis spriegums kļūst par sliekšņa spriegumu IC 6. kontaktā. Šis spriegums darbojas 1. salīdzinātājā, lai iedarbinātu flip-flop, kas izraisa 3. kontakta izejas samazināšanos.

Paralēli tam tiek ieslēgts izlādes tranzistors, kā rezultātā tapas 7 izeja izlādē kondensatoru caur rezistoru RB .

Tas izraisa sprieguma samazināšanos kondensatorā, līdz beidzot tas nokrītas zem sprūda līmeņa ( VCC / 3). Šī darbība nekavējoties iedarbina IC flip flop posmu, izraisot IC izejas pieaugumu, izslēdzot izlādes tranzistoru. Tas atkal ļauj kondensatoram uzlādēt caur rezistoriem OUT un RB uz VCC .

Laika intervālus, kas ir atbildīgi par izejas augstu un zemu pagriešanu, var aprēķināt, izmantojot sakarības

• T_augsts≈ 0,7 (R_TO+ R_B) C
• T_zems≈ 0,7 R_B C

Kopējais periods ir

• T = periods = T_augsts+ T._zems

Video-apmācība

Vienkāršots skaidrojums iesācējiem

Šis ir visbiežāk izmantotais multivibratora vai AMV dizains, piemēram, oscilatori, sirēnas, trauksmes signāli , zibspuldzes utt., un šī būtu viena no mūsu pirmajām shēmām, kas ieviesta IC 555 kā hobija (atceraties alternatīvo mirgojošo LED?).

Kad IC555 ir konfigurēts kā astabils multivibrators, tas izsniedz nepārtrauktus taisnstūra formas impulsus pie # pin3.

Frekvenci un impulsa platumu var regulēt ar R1, R2 un C1. R1 ir savienots starp Vcc un izlādi # pin7, R2 ir savienots starp # pin7 un # pin2, kā arī # pin6. # Pin6 un # pin2 ir īssavienojums.

Kondensators ir savienots starp # pin2 un zemi.

Biežums Astable multivibrator var aprēķināt izmantojot šo formulu:

• F = 1,44 / ((R1 + R2 * 2) * C1)

Kur,

• F ir frekvence hercos
• R1 un R2 ir rezistori omos
• C1 ir kondensators farādēs.

Katra impulsa augstākais laiks, ko sniedz:

• Augsts = 0.693 (R1 + R2) * C

Zemu laiku dod:

• Zems = 0,693 * R2 * C

Visi ‘R’ ir omos, bet ‘C’ - omos.

Šeit ir pamata astable multivibratora ķēde:

555 IC taimeriem ar bipolāriem tranzistoriem ir jāizvairās no R1 ar zemu vērtību, lai izeja izlādes procesa laikā paliktu piesātināta pie zemes sprieguma, pretējā gadījumā “zems laiks” varētu būt neuzticams, un mēs varam redzēt lielākas vērtības zemam laikam praktiski nekā aprēķinātā vērtība .

Astable piemēra problēmas risināšana

Šajā attēlā atrodiet IC 555 biežumu un uzzīmējiet izejas viļņu formas rezultātus.

Risinājums:

Viļņu formas attēlus var redzēt zemāk:

IC 555 PWM shēma, izmantojot diodes

Ja vēlaties, lai izejas jauda būtu mazāka par 50%, ti, īsāks ilgāks laiks un ilgāks mazs laiks, diode var tikt savienota pāri R2 ar katodu kondensatora pusē. To sauc arī par PWM režīmu 555 IC taimerim.

Varat arī noformēt a 555 PWM ķēde ar mainīgu darba ciklu divas diodes, kā parādīts iepriekšējā attēlā.

PWM IC 555 ķēde, kurā tiek izmantotas divas diodes, būtībā ir astabla ķēde, kur kondensatora C1 uzlādes un izlādes laiks tiek sadalīts pa atsevišķiem kanāliem, izmantojot diodes. Šī modifikācija ļauj lietotājam atsevišķi pielāgot IC ieslēgšanas / izslēgšanas periodus un tādējādi ātri sasniegt vēlamo PWM ātrumu.

Aprēķina PWM

IC 555 ķēdē, izmantojot divas diodes, PWM ātruma aprēķināšanas formulu var sasniegt, izmantojot šādu formulu:

T_augsts≈ 0,7 (R1 + POT pretestība) C

Šeit POT pretestība attiecas uz potenciometra regulēšanu un pretestības līmeni tajā konkrētajā katla pusē, caur kuru kondensators C uzlādējas.

Pieņemsim, ka katls ir 5 K katls, un tas ir noregulēts 60/40 līmenī, radot pretestības līmeņus 3 K un 2 K. Pēc tam atkarībā no tā, kura pretestības daļa uzlādē kondensatoru, vērtību var izmantot iepriekš formula.

Ja kondensatoru uzlādē 3 K sānu korekcija, formulu var atrisināt šādi:

T_augsts≈ 0,7 (R1 + 3000 Ω) C

No otras puses, ja tas ir 2 K, kas atrodas katla regulēšanas uzlādes pusē, formulu var atrisināt kā.

T_augsts≈ 0,7 (R1 + 2000 Ω) C

Lūdzu, atcerieties, ka abos gadījumos C būs Farads. Tāpēc, lai iegūtu pareizu risinājumu, vispirms jāpārvērš jūsu shēmas mikrofarādes vērtība Faradā.

Atsauces: Stackexchange