IC 555 Pinouts, Astable, Monostable, Bistable Circuits με Formulas Explored

Η δημοσίευση εξηγεί τον τρόπο λειτουργίας του IC 555, τις βασικές λεπτομέρειες του pinout και τον τρόπο διαμόρφωσης του IC στις τυπικές ή δημοφιλείς λειτουργίες κυκλώματος astable, bistable και monostable. Η ανάρτηση αναφέρει επίσης τους διάφορους τύπους για τον υπολογισμό των παραμέτρων IC 555.

Εισαγωγή

Ο κόσμος των χόμπι μας θα ήταν λιγότερο ενδιαφέρων χωρίς το IC 555. Θα ήταν ένα από τα πρώτα IC που χρησιμοποιούσαμε στα ηλεκτρονικά. Σε αυτό το άρθρο θα εξετάσουμε το ιστορικό του IC555, τους 3 τρόπους λειτουργίας τους και ορισμένες από τις προδιαγραφές τους.

Το IC 555 κυκλοφόρησε το 1971 από μια εταιρεία που ονομάζεται 'Signetics' και σχεδιάστηκε από τον Hans R. Camenzind. Εκτιμάται ότι περίπου 1 δισεκατομμύριο IC 555s κατασκευάζονται κάθε χρόνο. Αυτό είναι ένα IC 555 για κάθε 7 άτομα στον κόσμο.

Η εταιρεία Signetics ανήκει στην Philips Semiconductor. Αν κοιτάξουμε το εσωτερικό διάγραμμα μπλοκ του IC 555 βρίσκουμε τρεις αντιστάσεις 5K ohm συνδεδεμένες σε σειρά για να αποφασίσουμε τον συντελεστή χρονισμού, οπότε μάλλον έτσι έτσι η συσκευή πήρε το όνομά της χρονόμετρο IC 555. Ωστόσο, κάποια υπόθεση ισχυρίζεται ότι η επιλογή του ονόματος δεν έχει καμία σχέση με τα εσωτερικά στοιχεία του IC, επιλέχθηκε αυθαίρετα.

Πώς λειτουργεί το IC 555

Ένα πρότυπο IC555 αποτελείται από 25 τρανζίστορ, 15 αντιστάσεις και 2 διόδους ενσωματωμένες σε μήτρα πυριτίου. Υπάρχουν δύο εκδόσεις του IC που είναι συγκεκριμένα χρονομετρητής στρατιωτικού και πολιτικού βαθμού 555.

Το NE555 είναι μη στρατιωτικού βαθμού IC και έχει εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας από 0 έως +70 βαθμούς Κελσίου. Το SE555 είναι στρατιωτικού βαθμού IC και έχει εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας από -55 έως +125 βαθμούς Κελσίου.

Θα βρείτε επίσης το CMOS έκδοση χρονοδιακόπτη γνωστή ως 7555 και TLC555 Αυτά καταναλώνουν λιγότερη ισχύ σε σύγκριση με το πρότυπο 555 και λειτουργούν λιγότερο από 5V.

Τα χρονόμετρα έκδοσης CMOS αποτελούνται από MOSFET και όχι διπολικά τρανζίστορ, τα οποία είναι αποδοτικά και καταναλώνουν λιγότερη ισχύ.

IC 555 Pinout και λεπτομέρειες εργασίας:

1. Καρφίτσα 1 : Γείωση ή 0V: Είναι ο αρνητικός πείρος τροφοδοσίας του IC
2. Καρφίτσα 2 : Σκανδάλη ή είσοδος: Μια αρνητική στιγμιαία σκανδάλη σε αυτόν τον πείρο εισόδου προκαλεί την έξοδο του πείρου3 ΥΨΗΛΗ. Αυτό συμβαίνει με μια γρήγορη εκφόρτιση του πυκνωτή χρονισμού κάτω από το χαμηλότερο επίπεδο κατωφλίου της 1 / 3ης τάσης τροφοδοσίας. Ο πυκνωτής στη συνέχεια φορτίζει αργά μέσω της αντίστασης χρονισμού, και όταν ανεβαίνει πάνω από το επίπεδο τροφοδοσίας 2/3, το pin3 γίνεται ξανά χαμηλό. Αυτή η εναλλαγή ON / OFF γίνεται από εσωτερικό FLIP-FLOP στάδιο.
3. Καρφίτσα 3 : Έξοδος: Είναι η έξοδος που ανταποκρίνεται στους ακροδέκτες εισόδου είτε ανεβαίνοντας ψηλά είτε χαμηλά, είτε με ταλαντώσεις ON / OFF
4. Καρφίτσα 4 : Επαναφορά: Είναι ο πείρος επαναφοράς που είναι πάντα συνδεδεμένος με τη θετική τροφοδοσία για κανονική λειτουργία του IC. Όταν γειωθεί, επαναφέρετε στιγμιαία την έξοδο IC στην αρχική της θέση και εάν συνδεθεί μόνιμα με τη γείωση διατηρεί τις λειτουργίες IC απενεργοποιημένες.
5. Καρφίτσα 5 : Έλεγχος: Μια εξωτερική μεταβλητή δυναμικό DC μπορεί να εφαρμοστεί σε αυτόν τον πείρο για τον έλεγχο ή τη διαμόρφωση του πλάτους παλμού pin3 και για τη δημιουργία ενός ελεγχόμενου PWM.
6. Καρφίτσα 6 : Threshold: Πρόκειται για τον πείρο κατωφλίου που προκαλεί την έξοδο LOW (0V) μόλις το φορτίο πυκνωτή χρονισμού φτάσει στο ανώτατο όριο τάσης τροφοδοσίας 2/3.
7. Καρφίτσα 7 : Εκφόρτιση: Αυτός είναι ο πείρος εκφόρτισης που ελέγχεται από το εσωτερικό flip flop, ο οποίος αναγκάζει τον πυκνωτή χρονισμού να αποφορτιστεί μόλις φτάσει στο επίπεδο κατωφλίου τάσης τροφοδοσίας 2/3.
8. Καρφίτσα 8 : Vcc: Είναι η θετική είσοδος τροφοδοσίας μεταξύ 5 V και 15 V.

3 τρόποι χρονομέτρου:

1. Bistable ή Schmitt
2. Monostable ή μία βολή
3. Ασταθής

Λειτουργία Bistable:

Όταν το IC555 έχει διαμορφωθεί σε κατάσταση bistable, λειτουργεί ως βασικό flip-flop. Με άλλα λόγια όταν δίνεται η σκανδάλη εισόδου, αλλάζει την κατάσταση εξόδουON ή OFF.

Συνήθως # pin2 και # pin4 συνδέονται με pull-up αντιστάσεις σε αυτόν τον τρόπο λειτουργίας.

Όταν το # pin2 γειωθεί για σύντομη διάρκεια, η έξοδος στο # pin3 πηγαίνει υψηλά για να επαναφέρετε την έξοδο, το # pin4 βραχυκυκλώνεται στιγμιαία στη γείωση και στη συνέχεια η έξοδος πηγαίνει χαμηλή.

Δεν υπάρχει ανάγκη για έναν πυκνωτή χρονισμού, αλλά συνιστάται η σύνδεση ενός πυκνωτή (0,01uF έως 0,1uF) σε # pin5 και γείωση. # pin7 και # pin6 μπορούν να παραμείνουν χωρίς σύνδεση σε αυτήν τη διαμόρφωση.

Εδώ είναι ένα απλό κύκλωμα:

Όταν το κουμπί ρύθμισης είναι πατημένο, η έξοδος πηγαίνει υψηλή και όταν πιέζεται το κουμπί επαναφοράς, η έξοδος μεταβαίνει σε χαμηλή κατάσταση. Τα R1 και R2 μπορεί να είναι 10k ohm, ο πυκνωτής μπορεί να βρίσκεται οπουδήποτε μεταξύ της καθορισμένης τιμής.

Λειτουργία Monostable:

Μια άλλη χρήσιμη εφαρμογή του χρονοδιακόπτη IC 555 είναι με τη μορφή a μονοκύκλωμα ή μονοσταθές κύκλωμα πολλαπλών δονητών , όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Μόλις το σήμα σκανδάλης εισόδου γίνει αρνητικό, ενεργοποιείται η λειτουργία μίας λήψης, με αποτέλεσμα ο πείρος εξόδου 3 να ανεβαίνει ψηλά στο επίπεδο Vcc. Η χρονική περίοδος της υψηλής κατάστασης εξόδου μπορεί να υπολογιστεί σύμφωνα με τον τύπο:

• Τ_υψηλός= 1,1 R_{ΠΡΟΣ ΤΗΝ}ντο

Όπως φαίνεται στο σχήμα, το αρνητικό άκρο της εισόδου αναγκάζει τον συγκριτή 2 να αλλάξει το flip-flop. Αυτή η ενέργεια αναγκάζει την έξοδο στον ακροδέκτη 3 να φτάσει ψηλά.

Στην πραγματικότητα σε αυτή τη διαδικασία ο πυκνωτής ντο χρεώνεται προς VCC μέσω της αντίστασης ΕΞΩ . Ενώ ο πυκνωτής φορτίζει, η έξοδος διατηρείται υψηλή στο επίπεδο Vcc.

Επίδειξη βίντεο

Όταν η τάση στον πυκνωτή αποκτά το επίπεδο κατωφλίου 2 VCC / 3, ο συγκριτής 1 ενεργοποιεί το flip-flop, αναγκάζοντας την έξοδο να αλλάξει κατάσταση και να πάει χαμηλή.

Αυτό μετατρέπει στη συνέχεια την εκφόρτιση χαμηλή, αναγκάζοντας τον πυκνωτή να εκφορτιστεί και να διατηρήσει περίπου 0 V μέχρι την επόμενη σκανδάλη εισόδου.

Το παραπάνω σχήμα δείχνει ολόκληρη τη διαδικασία όταν η είσοδος ενεργοποιείται χαμηλά, οδηγώντας σε μια κυματομορφή εξόδου για μια μονοσταθερή δράση ενός πυροβολισμού του IC 555.

Ο χρονισμός της εξόδου για αυτήν τη λειτουργία μπορεί να κυμαίνεται από μικροδευτερόλεπτα έως πολλά δευτερόλεπτα, επιτρέποντας σε αυτήν τη λειτουργία να είναι ιδανικά χρήσιμη για μια σειρά διαφορετικών εφαρμογών.

Απλοποιημένη εξήγηση για τους αρχάριους

Οι γεννήτριες παλμού Monostable ή One-shot χρησιμοποιούνται ευρέως σε πολλές ηλεκτρονικές εφαρμογές, όπου ένα κύκλωμα πρέπει να είναι ενεργοποιημένο για προκαθορισμένο χρόνο μετά από μια σκανδάλη. Το πλάτος παλμού εξόδου στο # pin3 μπορεί να προσδιοριστεί χρησιμοποιώντας αυτόν τον απλό τύπο:

• Τ = 1.1RC

Που

• T είναι η ώρα σε δευτερόλεπτα
• Το R είναι αντίσταση στο ohm
• Το C είναι χωρητικότητα σε farads

Ο παλμός εξόδου μειώνεται όταν η τάση στον πυκνωτή ισούται με τα 2/3 της Vcc. Η σκανδάλη εισόδου μεταξύ δύο παλμών πρέπει να είναι μεγαλύτερη από τη σταθερά χρόνου RC.

Εδώ είναι ένα απλό κύκλωμα Monostable:

Επίλυση μιας πρακτικής εφαρμογής Monostable

Μάθετε την περίοδο της κυματομορφής εξόδου για το παράδειγμα κυκλώματος που φαίνεται παρακάτω όταν ενεργοποιείται από παλμό αρνητικής ακμής.

Λύση:

• Τ_υψηλός= 1,1 R_{ΠΡΟΣ ΤΗΝ}C = 1,1 (7,5 x 10³) (0,1 χ 10)^-6) = 0,825 ms

Πώς λειτουργεί η λειτουργία Astable:

Αναφερόμενος στην παρακάτω εικόνα του κυκλώματος IC555, ο Πυκνωτής ντο χρεώνεται προς VCC επίπεδο μέσω των δύο αντιστάσεων R_{ΠΡΟΣ ΤΗΝ}και R_σι. Ο πυκνωτής φορτίζεται μέχρι να φτάσει πάνω από 2 VCC / 3. Αυτή η τάση γίνεται η τάση κατωφλίου στον ακροδέκτη 6 του IC. Αυτή η τάση λειτουργεί το συγκριτικό 1 για να ενεργοποιήσει το flip-flop, το οποίο αναγκάζει την έξοδο στον πείρο 3 να είναι χαμηλή.

Μαζί με αυτό, το τρανζίστορ εκφόρτισης είναι ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΜΕΝΟ, με αποτέλεσμα την έξοδο του πείρου 7 να αποφορτίζει τον πυκνωτή μέσω αντίστασης RB .

Αυτό προκαλεί την πτώση της τάσης μέσα στον πυκνωτή έως ότου πέσει τελικά κάτω από το επίπεδο σκανδάλης ( VCC / 3). Αυτή η ενέργεια ενεργοποιεί αμέσως το στάδιο flip flop του IC, προκαλώντας την έξοδο του IC να γίνει υψηλή, απενεργοποιώντας το τρανζίστορ εκφόρτισης. Αυτό επιτρέπει πάλι στον πυκνωτή να φορτίζεται μέσω αντιστάσεων ΕΞΩ και RB προς VCC .

Τα χρονικά διαστήματα που είναι υπεύθυνα για την περιστροφή της εξόδου υψηλά και χαμηλά μπορούν να υπολογιστούν χρησιμοποιώντας τις σχέσεις

• Τ_υψηλός≈ 0,7 (Ρ_{ΠΡΟΣ ΤΗΝ}+ Ρ_σι) ντο
• Τ_{χαμηλός}≈ 0,7 R_σι ντο

Η συνολική περίοδος είναι

• Τ = περίοδος = Τ_υψηλός+ Τ_{χαμηλός}

Εκπαιδευτικό βίντεο

Απλοποιημένη εξήγηση για τους αρχάριους

Πρόκειται για τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα σχέδια πολλαπλών δονητών ή AMV όπως το ταλαντωτές, σειρήνες, συναγερμούς , flashers κ.λπ., και αυτό θα ήταν ένα από τα πρώτα μας κυκλώματα που υλοποιήθηκαν για το IC 555 ως χόμπι (θυμηθείτε το εναλλακτικό LED blinker;)

Όταν το IC555 έχει διαμορφωθεί ως ασήμαντος πολυ-δονητής, δίνει συνεχείς ορθογώνιους παλμούς σε σχήμα # pin3.

Η συχνότητα και το πλάτος παλμού μπορούν να ρυθμιστούν από R1, R2 και C1. Το R1 συνδέεται μεταξύ Vcc και εκφόρτισης # pin7, το R2 συνδέεται μεταξύ # pin7 και # pin2 και επίσης # pin6. Τα # pin6 και # pin2 συντομεύονται.

Ο πυκνωτής συνδέεται μεταξύ # pin2 και γείωσης.

Η συχνότητα για Μπορεί να υπολογιστεί ο Astable multivibrator χρησιμοποιώντας αυτόν τον τύπο:

• F = 1,44 / ((R1 + R2 * 2) * C1)

Που,

• F είναι η συχνότητα σε Hertz
• Τα R1 και R2 είναι αντιστάσεις σε ohms
• Ο C1 είναι πυκνωτής σε farads.

Ο υψηλός χρόνος για κάθε παλμό που δίνεται από:

• Υψηλή = 0,669 (R1 + R2) * C

Ο χαμηλός χρόνος δίνεται από:

• Χαμηλή = 0,669 * R2 * C

Όλο το «R» είναι στα ohms και το «C» είναι στα ohms.

Εδώ είναι ένα βασικό αστάθμητο κύκλωμα πολλαπλών δονητών:

Για χρονοδιακόπτες 555 IC με διπολικά τρανζίστορ, το R1 με χαμηλή τιμή πρέπει να αποφεύγεται έτσι ώστε η έξοδος να παραμένει κορεσμένη κοντά στην τάση γείωσης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας εκφόρτισης, αλλιώς ο «χαμηλός χρόνος» θα μπορούσε να είναι αναξιόπιστος και μπορεί να δούμε πρακτικά μεγαλύτερες τιμές για χαμηλό χρόνο από την υπολογιζόμενη τιμή .

Επίλυση προβλήματος παραδείγματος

Στο παρακάτω σχήμα βρείτε τη συχνότητα του IC 555 και σχεδιάστε τα αποτελέσματα της κυματομορφής εξόδου.

Λύση:

Οι εικόνες κυματομορφής φαίνονται παρακάτω:

Κύκλωμα IC 555 PWM με χρήση διόδων

Εάν θέλετε την έξοδο μικρότερη από 50% κύκλος λειτουργίας, δηλαδή μικρότερο χρόνο και μικρότερο χρόνο, μια δίοδος μπορεί να συνδεθεί κατά μήκος του R2 με κάθοδο στην πλευρά του πυκνωτή. Ονομάζεται επίσης λειτουργία PWM για το χρονόμετρο 555 IC.

Μπορείτε επίσης να σχεδιάσετε ένα Κύκλωμα 555 PWM με μεταβλητό κύκλο λειτουργίας δύο διόδους όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα.

Το κύκλωμα PWM IC 555 που χρησιμοποιεί δύο διόδους είναι βασικά ένα αστάθμητο κύκλωμα όπου ο χρονισμός φόρτισης και εκφόρτισης του πυκνωτή C1 διακλαδώνεται μέσω ξεχωριστών καναλιών με χρήση διόδων. Αυτή η τροποποίηση επιτρέπει στο χρήστη να προσαρμόζει ξεχωριστά τις περιόδους ON / OFF του IC και συνεπώς να επιτυγχάνει γρήγορα τον επιθυμητό ρυθμό PWM.

Υπολογισμός PWM

Σε ένα κύκλωμα IC 555 χρησιμοποιώντας δύο διόδους, ο τύπος για τον υπολογισμό του ρυθμού PWM μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:

Τ_υψηλός≈ 0,7 (αντίσταση R1 + POT) ντο

Εδώ, η αντίσταση POT αναφέρεται στη ρύθμιση ποτενσιόμετρου και στο επίπεδο αντίστασης της συγκεκριμένης πλευράς του δοχείου μέσω του οποίου φορτίζει ο πυκνωτής C.

Ας υποθέσουμε ότι το δοχείο είναι ένα δοχείο 5 K και είναι ρυθμισμένο στα επίπεδα 60/40, παράγοντας επίπεδα αντίστασης 3 K και 2 K. Στη συνέχεια, ανάλογα με το τμήμα της αντίστασης που φορτίζει τον πυκνωτή, η τιμή θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στα παραπάνω τύπος.

Εάν είναι η πλευρική ρύθμιση 3 K που φορτίζει τον πυκνωτή, τότε ο τύπος θα μπορούσε να λυθεί ως εξής:

Τ_υψηλός≈ 0,7 (R1 + 3000 Ω) ντο

Από την άλλη πλευρά, εάν είναι 2 K που βρίσκεται στην πλευρά φόρτισης της ρύθμισης του pot, τότε ο τύπος μπορεί να λυθεί ως.

Τ_υψηλός≈ 0,7 (R1 + 2000 Ω) ντο

Θυμηθείτε, και στις δύο περιπτώσεις το C θα βρίσκεται στο Farads. Επομένως, πρέπει πρώτα να μετατρέψετε την τιμή microfarad στο σχήμα σας σε Farad, για να λάβετε μια σωστή λύση.

Βιβλιογραφικές αναφορές: Stackexchange