Obvody IC 555 oscilátoru, alarmu a sirény

V tomto příspěvku se naučíme, jak sestavit a optimalizovat základní obvody oscilátoru IC 555, jejichž průběhy lze dále vylepšit pro generování komplexních zvukových efektů, jako je varovný signál, policejní siréna, výstražný signál červené výstrahy, výstražný signál hvězdy atd.

Přehled

Základní režim, který se obvykle používá pro výrobu oscilátorů IC 555, je režim astabilního obvodu.

Podíváme-li se na astabilní obvod zobrazený níže, my najít pinouts připojil se následujícím způsobem:

• Spouštěcí kolík 2 zkratován na prahovou kolík 6.
• Odpor R2 připojený mezi vývod 2 a výbojový vývod 7.

V tomto režimu, když je přivedeno napájení, kondenzátor C1 exponenciálně nabíjí přes odpory R1 a R2. Když se úroveň nabití vyšplhá až na 2/3 úrovně napájecího napětí, způsobí to nízké vybíjecího kolíku 7. Z tohoto důvodu se C1 začíná exponenciálně vybíjet a když úroveň vybití klesne na 1/3 úrovně napájení, vyšle spoušť na kolíku 2.

Když k tomu dojde, pin 7 se opět zvýší a zahájí nabíjení na kondenzátoru, dokud nenaučí 2/3 úroveň napájení. Cyklus pokračuje v nekonečném nastavování astabilního režimu obvodu.

Výše uvedené fungování astabilního vede ke dvěma typům oscilací, které se vyskytují napříč C1 a napříč výstupním kolíkem 3 IC. Napříč C1 vytváří exponenciální nárůst a pokles napětí kmitočet pilovitého zubu.

Interní klopný obvod reaguje na tyto kmitočty pilovitých zubů a poté se převádí na obdélníkové vlny na výstupním kolíku 3 integrovaného obvodu. To nám poskytuje požadované oscilace pravoúhlých vln na výstupu IC pinu 3.

Protože kmitání kmitání zcela závisí na R1, R2 a C1, je uživatel schopen měnit hodnoty těchto komponent tak, aby získal jakékoli požadované hodnoty pro období ZAPNUTÍ a VYPNUTÍ kmitočtů kmitání, které se také nazývá řízení PWM nebo řízení pracovního cyklu .

Výše uvedený graf nám poskytuje vztah mezi R1 a C1.

R2 je zde ignorováno, protože jeho hodnota je ve srovnání s R2 zanedbatelně malá.

Základní obvod obdélníkového oscilátoru využívající IC 555

Z výše uvedené diskuse jsme se dozvěděli, jak lze IC 555 v tomto astabilním režimu použít k vytvoření základního obvodu obdélníkového oscilátoru.

Konfigurace umožňuje uživateli měnit hodnoty R1 a R2 přímo od 1K do mnoha mega ohmů, aby na výstupním kolíku 3 získal obrovský rozsah volitelných frekvencí a pracovních cyklů.

Je však třeba poznamenat, že hodnota R1 by neměla být příliš malá, protože efektivní spotřeba proudu obvodu je určena R1. Stává se to proto, že během každého výbojového procesu C1 pin 7 dosáhne potenciálu země vystavením R1 přímo přes kladnou a zemní linii. Pokud je jeho hodnota nízká, může dojít k významnému odběru proudu, což zvyšuje celkovou spotřebu obvodu.

R1 a R2 také určují šířku oscilačních pulzů produkovaných na pinu 3 integrovaného obvodu. R2 lze konkrétně použít k řízení poměru značka / prostor výstupních pulzů.

Pro různé vzorce pro výpočet pracovního cyklu, frekvence a PWM oscilátoru IC 555 (astabilní) lze studovat v tomto článku .

Oscilátor s proměnnou frekvencí využívající IC 555

Astabilní obvod vysvětlený výše lze upgradovat pomocí variabilního zařízení, které uživateli umožňuje měnit PWM a také frekvenci obvodu podle potřeby. To se jednoduše provede přidáním potenciometru do série s rezistorem R2, jak je znázorněno níže. Hodnota R2 musí být ve srovnání s hodnotou banku malá.

Ve výše uvedeném nastavení se frekvence kmitání může měnit přímo od 650 Hz do 7,2 kHz prostřednictvím uvedených variací potenciometru. Tento rozsah lze ještě dále zvětšit a vylepšit přidáním přepínače pro výběr různých hodnot pro C1, protože C1 je také přímo zodpovědný za nastavení výstupní frekvence.

Variabilní PWM oscilátorové obvody využívající IC 555

Obrázek výše ukazuje, jak a zařízení s proměnným prostorem pro značku lze přidat do libovolného základního obvodu astabilního oscilátoru IC 555 pomocí několika diod a potenciometru.

Tato funkce umožňuje uživateli získat libovolné požadované PWM nebo nastavitelné periody ON OFF pro oscilace na výstupním kolíku 3 IC.

V diagramu na levé straně síť zahrnující R1, D1 a hrnec R3 střídavě nabíjí C1, zatímco hrnec R4, D2 a R2 střídavě vybíjí kondenzátor C1.

R2 a R4 určují rychlost nabíjení / vybíjení C1 a lze je vhodně upravit pro získání požadovaného poměru ON / OFF pro výstupní frekvenci.

Pravý boční diagram ukazuje pozici R3 posunutou v sérii s R1. V této konfiguraci je doba nabíjení C1 fixována D1 a jeho sériovým rezistorem, zatímco pot umožňuje pouze řízení pro dobu vybíjení C1, tedy dobu OFF výstupních impulzů. Druhý potenciometr R3 v zásadě pomáhá měnit frekvenci výstupu místo PWM.

Alternativně, jak je znázorněno na výše uvedených obrázcích, může být také možné připojit IC 555 v astabilním režimu pro diskrétní nastavení poměru značka / prostor (doba zapnutí / doba vypnutí) bez ovlivnění oscilační frekvence.

V těchto konfiguracích se délka pulzů inherentně zvyšuje, jak se zmenšuje interval prostoru, a naopak.

Z tohoto důvodu zůstává celková doba každého cyklu čtvercových vln konstantní.

Hlavním rysem těchto obvodů je proměnný pracovní cyklus, který lze pomocí daného potenciometru R3 měnit přímo od 1% do 99%.

Na obrázku na levé straně je C1 střídavě nabíjen R1, horní polovinou R3 a D1, zatímco je vybíjen pomocí D2, R2 a spodní poloviny potenciometru R3. Na obrázku na pravé straně je C1 střídavě nabitý přes R1 a D1 a pravou polovinu potenciometru R3 a vybíjí se přes levou polovinu potenciometru R3, D2 a R2.

U obou výše uvedených astabilit nastavuje hodnota C1 oscilační frekvenci na přibližně 1,2 kHz.

Jak pozastavit nebo spustit / zastavit funkci IC Astable Oscillator pomocí tlačítka

Astabilní oscilátor IC 555 můžete spustit ON / OFF několika jednoduchými způsoby.

To lze provést pomocí tlačítek nebo prostřednictvím elektronického vstupního signálu.

Na obrázku výše je kolík 4, ​​který je resetovacím kolíkem IC, uzemněn prostřednictvím R3 a přes kladné napájecí vedení je připojen spínač push-to-ON.

Pin 4 IC 555 potřebuje minimálně 0,7 V, aby zůstal předpjatý a aby funkce IC byla povolena. Stisknutím tlačítka aktivujete funkci IC astable oscillator, uvolněním spínače odstraníte předpětí z pinu 4 a funkce IC bude deaktivována.

To lze také realizovat prostřednictvím externího kladného signálu na pinu 4 s odpojeným spínačem a připojeným R3 tak, jak je.

V jiné alternativě, jak je znázorněno výše, je pin 4 IC viditelný trvale předpjatý prostřednictvím R3 a kladného napájení. Zde je tlačítko připojeno přes pin 4 a kostru. To znamená, že když je tlačítko stisknuto, zakáže IC výstupní obdélníkové vlny, což způsobí, že se výstup otočí o 0V.

Uvolněním tlačítka se spustí generování obdivuhodných čtvercových vln normálně přes kolík 3 IC.

Totéž lze dosáhnout externě aplikovaným záporným signálem nebo signálem 0 V na pinu 4 s připojeným R3 tak, jak je.

Používání kolíku 2 pro ovládání astabilní frekvence

V našich dřívějších diskusích jsme se dozvěděli, jak lze generovat pulsy IC 555 pomocí kolíku 4.

Nyní uvidíme, jak toho lze dosáhnout pomocí kolíku 2 IC, jak je uvedeno výše.

Když je stisknuto S1, pin 2 je najednou přiveden na zemní potenciál, což způsobí, že napětí na C1 poklesne pod 1/3 Vcc. Jak víme, když je napětí kolíku 2 nebo úroveň nabití na C1 udržována pod 1/3 Vcc, výstupní kolík 3 trvale trvale stoupne.

Proto stisknutí S1 způsobí pokles napětí na C1 pod 1/3 Vcc, což nutí výstupní kolík 3 jít vysoko, dokud S1 zůstane stisknutý. To inhibuje normální fungování astabilních kmitů. Po uvolnění tlačítka se funkce astbale obnoví zpět do normálních podmínek. Tvar vlny na pravé straně potvrzuje reakci kolíku 3 na stisknutí tlačítka.

Výše uvedená operace může být rovněž ovládána pomocí externího digitálního obvodu přes diodu D1. Negativní logika na katodě diody iniciuje výše uvedené akce, zatímco pozitivní logika nemá žádný účinek a umožňuje funkcím astabilního obnovit normální práci.

Jak modulovat oscilátor IC 555

Pin 5, který je řídicím vstupem IC 555, je jedním z důležitých a užitečných pinů IC. Umožňuje uživateli modulovat výstupní frekvenci IC jednoduše použitím nastavitelné úrovně DC na kolíku # 5.

Rostoucí stejnosměrný potenciál způsobí, že se úměrně zvýší šířka výstupního kmitočtu, zatímco snížení stejnosměrného potenciálu způsobí, že se úměrně zkrátí šířka kmitočtu. Tyto potenciály by měly být přísně v rozsahu 0 V a plné úrovně Vcc.

Na výše uvedeném obrázku seřízení potenciometru generuje kolísavý potenciál na pinu 5, což způsobí odpovídající změnu šířky výstupního pulzu oscilační frekvence.

Protože modulace způsobí změnu šířky výstupního impulzu, ovlivní to také frekvenci, protože C1 je nucena měnit své periody nabíjení / vybíjení v závislosti na nastavení potu.

Když se na kolík 5 přivede měnící se střídavý proud s amplitudou mezi 0 V a Vcc, výstupní PWM nebo šířka pulzu rovněž sleduje proměnnou střídavou amplitudu, která generuje spojitý sled rozšiřujících a zužujících pulzů na kolíku 3.

Pro modulaci lze také použít střídavý signál, jednoduše integrací kolíku 5 s externím střídavým proudem přes kondenzátor 10 uF.

Vytváření alarmů a sirén pomocí IC 555

Univerzální astabilní konfigurace oscilátoru IC 555 nám umožňuje implementovat ji pro výrobu různých typů sirén a poplachových obvodů. To je možné, protože astabilní je v zásadě generátor křivek a lze jej přizpůsobit pro generování různých typů zvukových křivek, připomínajících zvuky alarmu a sirén.

Na obrázku výše vidíme IC 555 nakonfigurovaný jako monotónní frekvence 800 Hz alarmový obvod .

Reproduktor může mít jakoukoli hodnotu impedance kvůli přítomnosti proudu omezujícího odporu Rx. Bezpečná hodnota by mohla být kolem 70 ohmů 1 watt.

Pro vytvoření vysoce výkonného obvodu alarmu nepřetržitého tónu jsme upgradovali výše uvedený obvod pomocí budiče výkonového tranzistoru Q1 a výkonnějšího reproduktoru, jak je uvedeno níže:

Vzhledem k tomu, že konstrukce může produkovat vysokou úroveň zvlnění, jsou zahrnuty D1 a C3, aby se zabránilo rušení zvlnění s funkcí IC 555.

Jsou zahrnuty diody D2 a D3, které neutralizují indukční spínací hroty generované z cívky reproduktoru a chrání tranzistor Q1 před poškozením.

Pulzní obvod alarmu IC 555

Předchozí 800 Hz monotónní alarm lze převést na intresretační pulzní 800 Hz alarm přidáním dalšího astabilního multivibrátoru s obvodem generátoru tónů, jak je znázorněno níže.

Už jsme studovali, jak lze pin 5 použít k řízení šířky pulzu IC 555.

Zde je IC 2 konfigurován jako obvod oscilátoru 1 Hz, což způsobí, že kolík 5 IC 1 bude střídavě klesat při rychlosti 1 Hz. To zase způsobí zúžení šířky pulzu kolíku 3 800 Hz do té míry, že se Q1 téměř vypne. Tím se vytvoří 1Hz ostrý pulzní efekt alarmu na reproduktoru.

Warble He-Haw Alarm Circuit

Chcete-li převést předchozí konstrukci na varovný varovný signál propíchnutí ucha, můžete to udělat jednoduše nahrazením diody D1 odporem 10 K, jak je vidět na výše uvedeném schématu. Tyto alarmy se také běžně používají v evropských pohotovostních vozidlech.

Víme, že pin 5 lze použít s externím signálem vysoké / nízké pro modulaci výstupu pin 3 s odpovídajícími šířkami šířky / zúžení pulzu. 1 Hz střídavé vysoké nízké napájení na pinu 5 IC2 nutí výstupní napětí pinu # 3 IC 1, aby generovalo symetricky se měnící frekvenci v rozmezí od 500 Hz do 440 Hz. To způsobí, že reproduktor generuje požadovaný ostrý zvuk s vysokou hlasitostí při frekvenci 1 Hz.

Výroba policejní sirény

IC 555 lze také použít k výrobě dokonale napodobujícího obvodu policejní sirény, jak je ukázáno výše.

Obvod je navržen tak, aby vydával typický kvílivý zvuk, který běžně slyšíte v policejních sirénách.

Zde je IC2 připojen jako nízkofrekvenční oscilátor s frekvencí nastavenou na 6sekundovou rychlost ZAPNUTO VYPNUTO.

Pomalá exponenciální trojúhelníková vlnová rampa generovaná napříč jeho C1 je napájena na základně Q1 nakonfigurované jako sledovač emitorů .

Frekvence IC1 je nastavena na 500 Hz, která se stává její střední frekvencí.

Pomalá stoupající a klesající rampa na základně Q1 následuje u svého emitoru a moduluje pin 5 IC1. Pomalá rampa způsobuje střídavé cykly pomalého stoupajícího napětí po dobu 3 sekund a pomalého snižujícího se napětí po dobu 3 sekund na kolíku 5. Kvůli tomuto kolíku 3 frekvence a PWM také odpovídajícím způsobem moduluje a generuje zvukový efekt policejní sirény.

Red Alert Star Trek Alarm Circuit

Konečným obvodem v seznamu je další velmi zajímavý generátor zvukových efektů využívající astabilní oscilátor IC 555. Jedná se o zvukový generátor výstražného signálu s červeným výstrahou, který se také nazývá poplach star trek kvůli jeho častému používání v populárním seriálu star trek.

Červený výstražný zvuk se obvykle spustí s nízkofrekvenčním tónem, který se zvýší na vysokofrekvenční tón během rychlého rozpětí přibližně 1,15 sekundy a ztlumí se na 0,35 sekundy, a opět se zvýší z nízké na vysokou frekvenci, a cyklus nadále vyvolává výstražný zvuk výstrahy výstrahy Star Trek.

Stejně jako předchozí obvody zvukového alarmu a sirény i tento obvod neustále opakuje sekvenci, dokud zůstane napájen.

IC 2 je zde nakonfigurován jako nesymetrický obvod oscilátoru. Kondenzátor C1 je střídavě nabíjen prvky R1 a D1 a je střídavě vybíjen prostřednictvím R2.

Tím se na kondenzátoru C1 vytvoří rychle rostoucí a slábnoucí pilovité zuby. Tento rampový signál je vyrovnáván sledovačem emitoru a přiveden jako modulační napětí na řídicí vstupní kolík 5 IC1 přes R7.

Kvůli pilovité povaze tento tvar vlny způsobí, že se výstupní frekvence pinu 3 IC1 postupně zvyšuje pro pomalu se rozpadající část tvaru vlny a poté rychle klesá během kolabující části tvaru vlny.

Během každé z rozpadajících se částí cyklu, odpovídající obdélníkový puls z pinu 3 IC2 okamžitě vypne Q2, což zase způsobí pokles pinu 2 IC2. Tím se přeruší výstup C2 a stoupající tón reproduktoru, čímž vznikne zvláštní výstražný zvukový efekt alarmu star trek.

Zpět k vám

Toto bylo několik rad ohledně toho, jak používat IC 555 k vytváření užitečných obvodů poplachových a sirénových oscilátorů. Máte pomocí IC 555 ještě nějaký zajímavý generátor zvukových efektů? Pokud tak učiníte, uveďte podrobnosti zde, velmi rádi je zahrneme do výše uvedeného seznamu.