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

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

Příspěvek vysvětluje, jak IC 555 funguje, jeho základní podrobnosti o zapojení a jak konfigurovat IC v jeho standardních nebo populárních režimech astabilního, bistabilního a monostabilního obvodu. Příspěvek také podrobně popisuje různé vzorce pro výpočet parametrů IC 555.



NE555 IC původní pohled shora

Úvod

Náš hobby svět by byl méně zajímavý bez IC 555. Byl by to jeden z našich prvních IC, které se používají v elektronice. V tomto článku se podíváme zpět na historii IC555, jejich 3 operačních režimů a některé jejich specifikace.

IC 555 byl představen v roce 1971 společností s názvem „Signetics“, kterou navrhl Hans R. Camenzind. Odhaduje se, že každý rok se vyrobí asi 1 miliarda IC 555. To je jedna IC 555 pro každých 7 lidí na světě.





Společnost Signetics Company je vlastněna společností Philips Semiconductor. Podíváme-li se na interní blokové schéma IC 555, najdeme tři 5K ohmové rezistory zapojené do série pro rozhodování o časovacím faktoru, takže pravděpodobně takhle zařízení získalo svůj název IC 555 timer. Některé hypotézy však tvrdí, že výběr jména nemá žádný vztah k vnitřním složkám IC, byl zvolen libovolně.

Jak IC 555 funguje

Standardní IC555 se skládá z 25 tranzistorů, 15 rezistorů a 2 diod integrovaných na silikonové matrici. K dispozici jsou dvě verze IC, konkrétně vojenský a civilní časovač 555.



NE555 je civilní IC a má rozsah provozních teplot 0 až +70 stupňů Celsia. SE555 je vojenský stupeň IC a má rozsah provozních teplot -55 až +125 stupňů Celsia.

Najdete také Verze časovače CMOS známá jako 7555 a TLC555 tyto spotřebovávají méně energie ve srovnání se standardem 555 a fungují méně než 5 V.

Časovače verze CMOS se skládají spíše z MOSFETů než z bipolárního tranzistoru, který je efektivní a spotřebovává méně energie.

IC 555 Pinout a pracovní podrobnosti:

SCHÉMA PINOUTU: z IC 555
  1. Pin 1 : Zem nebo 0V: Je to záporný napájecí kolík IC
  2. Pin 2 : Spouštěč nebo vstup: Negativní okamžité spuštění na tomto vstupním pinu způsobí, že výstupní pin3 bude VYSOKÝ. K tomu dochází rychlým vybitím časovacího kondenzátoru pod spodní prahovou úrovní 1/3 napájecího napětí. Kondenzátor se poté pomalu nabíjí přes časovací rezistor, a když stoupne nad 2/3 úroveň napájení, pin3 opět poklesne na LOW. Toto přepínání ON / OFF se provádí interně ŽABKY etapa.
  3. Kolík 3 : Výstup: Je to výstup, který reaguje na vstupní piny buď zvýšením nebo snížením, nebo oscilací ON / OFF
  4. Pin 4 : Reset: Jedná se o resetovací kolík, který je vždy připojen k kladnému napájení pro normální práci IC. Při krátkodobém uzemnění resetuje výstup IC do své výchozí polohy a pokud je trvale připojen k zemi, zůstane činnost IC deaktivována.
  5. Kolík 5 : Řízení: Na tento kolík lze použít externí proměnný potenciál DC pro řízení nebo modulaci šířky pulzu pin3 a pro generování řízeného PWM.
  6. Kolík 6 : Prahová hodnota: Jedná se o prahovou hodnotu kolíku, která způsobí, že výstup přejde na NÍZKOU (0 V), jakmile nabití časovacího kondenzátoru dosáhne horní prahové hodnoty 2/3 napájecího napětí.
  7. Pin 7 : Výboj: Toto je výbojový kolík ovládaný interním klopným obvodem, který nutí časovací kondenzátor vybít, jakmile dosáhne úrovně 2/3 mezní hodnoty napájecího napětí.
  8. Kolík 8 : Vcc: Je to kladný napájecí vstup mezi 5 V a 15 V.

3 režimy časovače:

  1. Bistabilní nebo Schmittova spoušť
  2. Monostabilní nebo jeden výstřel
  3. Neuvěřitelné

Bistabilní režim:

Pokud je IC555 nakonfigurován v bistabilním režimu, funguje jako základní klopný obvod. Jinými slovy, pokud je dána vstupní spoušť, přepíná stav výstupu ON nebo OFF.

V tomto provozním režimu jsou normálně # pin2 a # pin4 připojeny k pull-up rezistorům.

Když je # pin2 uzemněn na krátkou dobu, výstup na # pin3 jde vysoko, aby resetoval výstup, # pin4 je na okamžik zkratován na zem a pak je výstup nízký.

Zde není potřeba časovací kondenzátor, ale doporučuje se připojení kondenzátoru (0,01 uF až 0,1 uF) přes # pin5 a zem. # pin7 a # pin6 mohou v této konfiguraci zůstat nepřipojené.

Zde je jednoduchý bistabilní obvod:

Jednoduchý bistabilní obvod využívající IC 555

Když je stisknuto nastavovací tlačítko, výstup jde vysoko a když je stisknuto resetovací tlačítko, výstup jde do nízkého stavu. R1 a R2 mohou být 10k ohmů, kondenzátor může být kdekoli mezi zadanou hodnotou.

Monostabilní režim:

Další užitečná aplikace časovače IC 555 je ve formě a jednorázový nebo monostabilní multivibrátorový obvod , jak je znázorněno na obrázku níže.

Jakmile se vstupní spouštěcí signál stane záporným, aktivuje se jednorázový režim, což způsobí, že výstupní kolík 3 bude vysoký na úrovni Vcc. Časové období podmínky vysokého výstupu lze vypočítat pomocí vzorce:

  • Tvysoký= 1,1 R.NAC

Jak je vidět na obrázku, záporná hrana vstupu nutí komparátor 2 přepínat klopný obvod. Tato akce způsobí, že výstup na kolíku 3 bude vysoký.

Ve skutečnosti v tomto procesu kondenzátor C je účtován k VCC přes odpor VEN . Zatímco se kondenzátor nabíjí, výstup je udržován na vysoké úrovni Vcc.

IC 555 monostabilní jednorázový vzorec a tvar vlny

Video ukázka

Když napětí na kondenzátoru dosáhne prahové úrovně 2 VCC / 3, komparátor 1 spouští klopný obvod a nutí výstup ke změně stavu a poklesu.

To následně změní výboj na nízkou úroveň, což způsobí vybití kondenzátoru a jeho udržování na hodnotě okolo 0 V až do dalšího spouštěcího vstupu.

Výše uvedený obrázek ukazuje celou proceduru, když je vstup spuštěn nízko, což vede k výstupní vlně pro monostabilní jednorázovou akci IC 555.

Načasování výstupu pro tento režim se může pohybovat od mikrosekund po mnoho sekund, což umožňuje, aby se tato operace stala ideálně užitečnou pro řadu různých aplikací.

Zjednodušené vysvětlení pro nováčky

Monostabilní nebo jednorázové generátory pulzů jsou široce používány v mnoha elektronických aplikacích, kde je třeba zapnout obvod na předem stanovenou dobu po spuštění. Šířku výstupního impulzu na # pin3 lze určit pomocí tohoto jednoduchého vzorce:

  • T = 1,1 RC

Kde

  • T je čas v sekundách
  • R je odpor v ohmech
  • C je kapacita ve faradech

Výstupní impuls klesá, když se napětí na kondenzátoru rovná 2/3 Vcc. Vstupní spoušť mezi dvěma impulsy musí být větší než časová konstanta RC.

Zde je jednoduchý obvod Monostable:

Jednoduchý monostabilní obvod využívající IC 555

Řešení praktické monostabilní aplikace

Zjistěte periodu výstupního průběhu pro příklad obvodu zobrazený níže, když je spuštěn záporným okrajovým pulzem.

Řešení:

  • Tvysoký= 1,1 R.NAC = 1,1 (7,5 x 103) (0,1 x 10-6) = 0,825 ms

Jak funguje Astable Mode:

S odkazem na obrázek astabilního obvodu IC555 níže, kondenzátor C je účtován k VCC přes dva odpory RNAa R.B. Kondenzátor se nabíjí, dokud nedosáhne nad 2 VCC / 3. Toto napětí se stane prahovým napětím na kolíku 6 IC. Toto napětí působí komparátorem 1 ke spuštění klopného obvodu, což způsobí, že výstup na kolíku 3 bude nízký.

Spolu s tím je výbojový tranzistor zapnut, což vede k tomu, že výstup kolíku 7 vybije kondenzátor přes odpor RB .

To způsobí, že napětí uvnitř kondenzátoru poklesne, dokud nakonec neklesne pod spouštěcí úroveň ( VCC / 3). Tato akce okamžitě spouští fázi klopného obvodu IC, což způsobí, že výstup IC se zvýší a vypne výbojový tranzistor. To opět umožňuje nabití kondenzátoru přes rezistory VEN a RB k VCC .

Časové intervaly, které jsou zodpovědné za otáčení výstupu na vysokou a nízkou hodnotu, lze vypočítat pomocí relací

  • Tvysoký≈ 0,7 (R.NA+ R.B) C
  • Tnízký≈ 0,7 RB C

Celková doba je

  • T = období = T.vysoký+ T.nízký

Výukový program

Zjednodušené vysvětlení pro nováčky

Toto je nejčastěji používaný design multivibrátoru nebo AMV, jako například v oscilátory, sirény, alarmy , blikače atd., a toto by byl jeden z našich prvních obvodů implementovaných pro IC 555 jako fanda (pamatujete na alternativní blikající LED?).

Když je IC555 nakonfigurován jako astabilní multivibrátor, vydává spojité obdélníkové pulzy na # pin3.

Frekvenci a šířku pulzu lze regulovat pomocí R1, R2 a C1. R1 je spojen mezi Vcc a výbojem # pin7, R2 je připojen mezi # pin7 a # pin2 a také # pin6. # Pin6 a # pin2 jsou zkratovány.

Kondenzátor je připojen mezi # pin2 a zemí.

Frekvence pro Astabilní multivibrátor lze vypočítat pomocí tohoto vzorce:

  • F = 1,44 / ((R1 + R2 * 2) * C1)

Kde,

  • F je frekvence v Hertzích
  • R1 a R2 jsou rezistory v ohmech
  • C1 je kondenzátor ve faradech.

Nejvyšší čas pro každý pulz daný:

  • Vysoká = 0,693 (R1 + R2) * C.

Nízký čas je dán:

  • Nízká = 0,693 * R2 * C

Všechny „R“ jsou v ohmech a „C“ jsou v ohmech.

Zde je základní astabilní multivibrátorový obvod:

Jednoduchý astabilní obvod využívající IC 555

U časovačů 555 IC s bipolárními tranzistory je třeba se vyvarovat R1 s nízkou hodnotou, aby během procesu vybíjení zůstal výstup nasycený poblíž zemního napětí, jinak by „nízký čas“ mohl být nespolehlivý a můžeme vidět prakticky vyšší hodnoty pro nízkou dobu než vypočítaná hodnota .

Řešení problému s neuvěřitelným příkladem

Na následujícím obrázku vyhledejte frekvenci IC 555 a nakreslete výsledky výstupních křivek.

Řešení:

Níže jsou zobrazeny obrázky vln:

Obvod IC 555 PWM využívající diody

Pokud chcete, aby výstup byl menší než 50% pracovní cyklus, tj. Kratší vysoká doba a delší nízká doba, může být dioda připojena přes R2 s katodou na straně kondenzátoru. Nazývá se také režim PWM pro časovač 555 IC.

Můžete také navrhnout a Obvod 555 PWM s proměnným pracovním cyklem dvě diody, jak je znázorněno na obrázku výše.

Obvod PWM IC 555 využívající dvě diody je v podstatě astabilní obvod, kde je časování nabíjení a vybíjení kondenzátoru C1 rozdvojováno prostřednictvím samostatných kanálů pomocí diod. Tato modifikace umožňuje uživateli samostatně nastavit doby zapnutí / vypnutí IC, a rychle tak dosáhnout požadované rychlosti PWM.

Výpočet PWM

V obvodu IC 555 používajícím dvě diody lze vzorec pro výpočet rychlosti PWM dosáhnout pomocí následujícího vzorce:

Tvysoký≈ 0,7 (R1 + POT odpor) C

Zde se odpor POT týká nastavení potenciometru a úrovně odporu konkrétní strany hrnce, přes kterou se kondenzátor C nabíjí.

Řekněme, že hrnec je hrnec 5 K a je upraven na úrovni 60/40, což vytváří úrovně odporu 3 K a 2 K. Pak v závislosti na tom, která část odporu nabíjí kondenzátor, lze hodnotu použít ve výše uvedeném vzorec.

Pokud je to nastavení 3 K na straně, které nabíjí kondenzátor, pak by vzorec mohl být vyřešen jako:

Tvysoký≈ 0,7 (R1 + 3000 Ω) C

Na druhou stranu, pokud je to 2 K, které je na straně nabíjení úpravy hrnce, může být vzorec vyřešen jako.

Tvysoký≈ 0,7 (R1 + 2000 Ω) C

Pamatujte, že v obou případech bude C ve Faradech. Nejprve tedy musíte převést hodnotu mikrofarad ve vaší schématu na Farad, abyste získali správné řešení.

Reference: Výměna zásobníku




Předchozí: Synchronizovaný 4kva stohovatelný střídač Další: Obvod brzdového světla závislý na rychlosti