Obvody oscilátora, alarmu a sirény IC 555

V tomto príspevku sa naučíme, ako zostaviť a optimalizovať základné obvody oscilátora IC 555, ktorých tvary vĺn je možné ďalej vylepšiť pre generovanie komplexných zvukových efektov, ako sú varovné signály, policajné sirény, červené varovné signály, alarmy star trek atď.

Prehľad

Základným režimom, ktorý sa bežne používa na výrobu oscilátorov IC 555, je režim astabilného obvodu.

Ak sa pozrieme na astabilný obvod zobrazený nižšie, sme nájsť pinouts pripojil nasledujúcim spôsobom:

• Spúšťací kolík 2 je skratovaný k kolíku prahu 6.
• Odpor R2 pripojený medzi kolík 2 a výbojový kolík 7.

V tomto režime, keď je napájaný, kondenzátor C1 sa exponenciálne nabíja cez rezistory R1 a R2. Keď úroveň nabitia vystúpi na 2/3 úrovne napájacieho napätia, spôsobí to nízke vybitie kolíka 7. Z tohto dôvodu sa C1 začína exponenciálne vybíjať a keď úroveň vybitia klesne na 1/3 úrovne napájania, odošle spúšť na kolíku 2.

Keď sa to stane, pin 7 sa opäť otočí vysoko a začne nabíjanie na kondenzátore, kým nenaučí 2/3 úroveň napájania. Cyklus pokračuje v nekonečnom nastavovaní astabilného režimu obvodu.

Vyššie uvedené pôsobenie astabilných vedie k tomu, že sa vyskytujú dva typy oscilácií cez C1 a cez výstupný pin 3 IC. Naprieč C1 exponenciálny nárast a pokles napätia vytvára pilovú frekvenciu, ktorá sa objaví.

Vnútorný klopný obvod reaguje na tieto kmitočty zubov a na výstupnom kolíku 3 integrovaného obvodu sa potom prevádza do obdĺžnikových vĺn. Toto nám poskytuje požadované obdĺžnikové vlnenie na výstupe kolíka IC 3.

Pretože oscilačná frekvencia úplne závisí od R1, R2 a C1, môže užívateľ meniť hodnoty týchto komponentov tak, aby získal požadované hodnoty pre periódy ON OFF oscilačných frekvencií, ktoré sa tiež nazývajú PWM riadenie alebo riadenie pracovného cyklu. .

Graf vyššie poskytuje vzťah medzi R1 a C1.

R2 je tu ignorovaná, pretože jeho hodnota je v porovnaní s R2 zanedbateľne malá.

Základný obvod oscilátora štvorcových vĺn využívajúci IC 555

Z vyššie uvedenej diskusie sme sa dozvedeli, ako sa dá IC 555 v tomto astabilnom režime použiť na vytvorenie základného obvodu obdĺžnikového oscilátora.

Konfigurácia umožňuje používateľovi meniť hodnoty R1 a R2 priamo od 1 K do mnohých mega ohmov, aby získal na výstupnom kolíku 3 obrovský rozsah voliteľných frekvencií a pracovných cyklov.

Je však potrebné poznamenať, že hodnota R1 by nemala byť príliš malá, pretože efektívna spotreba prúdu obvodu je určená R1. To sa deje preto, že počas každého procesu vybíjania C1 kolík 7 dosiahne potenciál zeme vystavením R1 priamo cez kladnú a zemnú čiaru. Ak je jeho hodnota nízka, môže dôjsť k významnému odtoku prúdu, čo zvyšuje celkovú spotrebu obvodu.

R1 a R2 tiež určujú šírku oscilačných impulzov produkovaných na kolíku 3 IC. R2 konkrétne je možné použiť na riadenie pomeru značky / priestoru výstupných impulzov.

Pre rôzne vzorce na výpočet pracovného cyklu, frekvencie a PWM oscilátora IC 555 (astabilné) sa dá študovať v tomto článku .

Oscilátor s variabilnou frekvenciou využívajúci IC 555

Vyššie vysvetlený astabilný obvod je možné rozšíriť o variabilné zariadenie, ktoré umožňuje užívateľovi meniť PWM a tiež frekvenciu obvodu podľa potreby. To sa jednoducho deje pridaním potenciometra do série s rezistorom R2, ako je uvedené nižšie. Hodnota R2 musí byť v porovnaní s hodnotou banku malá.

Vo vyššie uvedenom nastavení sa frekvencia oscilácií môže meniť priamo od 650 Hz do 7,2 kHz prostredníctvom uvedených variácií banky. Tento rozsah je možné ešte zväčšiť a vylepšiť pridaním prepínača pre výber rôznych hodnôt pre C1, pretože C1 je tiež priamo zodpovedný za nastavenie výstupnej frekvencie.

Variabilné PWM oscilátorové obvody využívajúce IC 555

Obrázok vyššie ukazuje, ako a zariadenie s variabilným pomerom značkových priestorov je možné pridať do ľubovoľného základného obvodu astabilného oscilátora IC 555 prostredníctvom niekoľkých diód a potenciometra.

Táto funkcia umožňuje užívateľovi získať akékoľvek požadované PWM alebo nastaviteľné periódy ON OFF pre oscilácie na výstupnom kolíku 3 IC.

V ľavom bočnom diagrame sieť zahŕňajúca R1, D1 a nádobu R3 striedavo nabíja C1, zatiaľ čo nádoba R4, D2 a R2 striedavo vybíja kondenzátor C1.

R2 a R4 určujú rýchlosť nabíjania / vybíjania C1 a je možné ich vhodne upraviť na získanie požadovaného pomeru ON / OFF pre výstupnú frekvenciu.

Schéma na pravej strane zobrazuje pozíciu R3 posunutú v sérii s R1. V tejto konfigurácii je doba nabíjania C1 fixovaná D1 a jej sériovým rezistorom, zatiaľ čo banka umožňuje iba riadenie doby vybíjania C1, teda doby vypnutia výstupných impulzov. Druhý potenciometr R3 v podstate pomáha meniť frekvenciu výstupu namiesto PWM.

Alternatívne, ako je znázornené na vyššie uvedených obrázkoch, je tiež možné pripojiť IC 555 v astabilnom režime na diskrétne nastavenie pomeru značka / priestor (čas zapnutia / vypnutia) bez ovplyvnenia oscilačnej frekvencie.

V týchto konfiguráciách sa dĺžka impulzov inherentne zväčšuje so zmenšovaním intervalu priestoru a naopak.

Z tohto dôvodu zostáva celková perióda každého cyklu štvorcových vĺn konštantná.

Hlavnou vlastnosťou týchto obvodov je variabilný pracovný cyklus, ktorý je možné meniť priamo od 1% do 99% pomocou daného potenciometra R3.

Na obrázku vľavo je C1 nabíjaný striedavo R1, hornou polovicou R3 a D1, zatiaľ čo je vybíjaný pomocou D2, R2 a dolnej polovice potenciometra R3. Na obrázku vpravo je C1 striedavo nabíjaný cez R1 a D1 a pravú polovicu potenciometra R3 a vybíja sa cez ľavú polovicu potenciometra R3, D2 a R2.

V obidvoch vyššie uvedených astabilitách hodnota C1 nastavuje oscilačnú frekvenciu na okolo 1,2 kHz.

Ako pozastaviť alebo spustiť / zastaviť funkciu IC Astable Oscillator pomocou tlačidla

Astabilný oscilátor IC 555 môžete zapnúť / vypnúť niekoľkými jednoduchými spôsobmi.

Môže sa to robiť pomocou tlačidiel alebo prostredníctvom elektronického vstupného signálu.

Na obrázku vyššie je pin 4, ktorý je resetovacím pinom IC, uzemnený cez R3 a prepínač push-to-ON je pripojený cez kladné napájacie vedenie.

Kolík 4 IC 555 vyžaduje minimálne 0,7 V, aby zostal neobjektívny a aby bola zaistená funkčnosť IC. Stlačením tlačidla sa aktivuje funkcia IC astable oscillator, uvoľnením spínača sa zruší predpätie z kolíka 4 a funkcia IC sa deaktivuje.

To je možné implementovať aj prostredníctvom externého kladného signálu na pinu 4 s odpojeným spínačom a pripojeným R3 tak, ako je.

V inej alternatíve, ako je uvedené vyššie, je možné pin 4 IC vidieť trvale predpätý cez R3 a kladný zdroj. Tu je tlačidlo pripojené cez pin 4 a zem. To znamená, že po stlačení tlačidla sa deaktivujú štvorcové vlny výstupu IC, čo spôsobí, že sa výstup zmení na 0V.

Uvoľnením tlačidla sa spustí generovanie astabilných štvorcových vĺn zvyčajne cez kolík 3 integrovaného obvodu.

To isté je možné dosiahnuť externe použitým záporným signálom alebo signálom 0 V na kolíku 4 s pripojeným R3 tak, ako je.

Používanie kolíka 2 na riadenie astabilnej frekvencie

V našich predchádzajúcich diskusiách sme sa dozvedeli, ako by bolo možné generovať impulz IC IC55 prostredníctvom kolíka 4.

Teraz uvidíme, ako sa to dá dosiahnuť pinom 2 IC, ako je to znázornené vyššie.

Po stlačení S1 sa kolík 2 náhle privedie na zemný potenciál, čo spôsobí, že napätie na C1 poklesne pod 1/3 Vcc. Ako vieme, keď je napätie kolíka 2 alebo úroveň nabitia na C1 udržiavaná pod 1/3 Vcc, výstupný kolík 3 trvale stúpa.

Preto stlačenie S1 spôsobí pokles napätia na C1 pod 1/3 Vcc, čo núti výstupný kolík 3 ísť vysoko, pokiaľ S1 zostáva stlačený. Toto brzdí normálne fungovanie astabilných kmitov. Po uvoľnení tlačidla sa funkcia astbale vráti do normálnych podmienok. Tvar vlny na pravej strane potvrdzuje odozvu kolíka 3 na stlačenie tlačidla.

Vyššie uvedenú operáciu je možné rovnako riadiť pomocou externého digitálneho obvodu cez diódu D1. Negatívna logika na katóde diódy iniciuje vyššie uvedené činnosti, zatiaľ čo pozitívna logika nemá žiadny účinok a umožňuje funkcii astabilného človeka obnoviť jeho normálnu prácu.

Ako modulovať oscilátor IC 555

Pin 5, ktorý je riadiacim vstupom IC 555, je jedným z dôležitých a užitočných pinov IC. Umožňuje užívateľovi modulovať výstupnú frekvenciu IC jednoduchým použitím nastaviteľnej úrovne jednosmerného prúdu na kolíku # 5.

Zvyšujúci sa potenciál DC vedie k proporcionálnemu zväčšeniu šírky impulzu výstupnej frekvencie, zatiaľ čo zníženie potenciálu DC vedie k proporcionálnemu zmenšeniu šírky impulzu. Tieto potenciály by mali byť striktne v rozmedzí 0 V a úplnej úrovne Vcc.

Na vyššie uvedenom obrázku nastavenie hrnca generuje premenlivý potenciál na kolíku 5, čo spôsobí zodpovedajúcu zmenu šírky výstupného impulzu frekvencie kmitania.

Pretože modulácia spôsobuje zmenu šírky výstupného impulzu, ovplyvňuje to aj frekvenciu, pretože C1 je nútená meniť svoje periódy nabíjania / vybíjania v závislosti od nastavenia banky.

Keď sa na kolík 5 aplikuje meniaca sa striedavá energia s amplitúdou medzi 0 V a Vcc, výstupná PWM alebo šírka impulzu tiež sleduje meniacu sa amplitúdu striedavého prúdu, ktorá generuje spojitý sled rozširujúcich a zužujúcich impulzov na kolíku 3.

Na moduláciu je možné použiť aj striedavý signál, jednoducho integráciou kolíka 5 s externým striedavým prúdom cez kondenzátor 10 uF.

Vytváranie alarmov a sirén pomocou IC 555

Univerzálna konfigurácia astabilného oscilátora IC 555 nám umožňuje implementovať ho na výrobu rôznych typov sirén a poplachových obvodov. To je možné, pretože astabilný je v podstate generátor kriviek a je možné ho prispôsobiť na generovanie rôznych typov zvukových kriviek pripomínajúcich zvuky alarmov a sirén.

Na obrázku vyššie vidíme IC 555 nakonfigurovaný ako monotónny kmitočet 800 Hz poplachový obvod .

Reproduktor môže mať akúkoľvek hodnotu impedancie v dôsledku prítomnosti prúdu obmedzujúceho odporu Rx. Bezpečná hodnota môže byť okolo 70 Ohmov 1 watt.

Na vytvorenie vysoko výkonného obvodu alarmu nepretržitého tónu sme vylepšili vyššie uvedený obvod pomocou budiča výkonového tranzistora Q1 a výkonnejšieho reproduktora, ako je uvedené nižšie:

Pretože konštrukcia môže produkovať vysokú úroveň zvlnenia, sú zahrnuté D1 a C3, aby sa zabránilo rušeniu s funkciou IC 555.

Zahrnuté sú diódy D2 a D3 na neutralizáciu indukčných spínacích špičiek generovaných z cievky reproduktora a na ochranu tranzistora Q1 pred poškodením.

Pulzný obvod alarmov IC 555

Predchádzajúci monotónny alarm 800 Hz by sa mohol previesť na intenzívnejší pulzný alarm 800 Hz pridaním ďalšieho astabilného multivibrátora s obvodom generátora tónov, ako je uvedené nižšie.

Už sme študovali, ako možno pin 5 použiť na riadenie šírky impulzu IC 555.

Tu je IC 2 nakonfigurovaný ako obvod oscilátora 1 Hz, čo spôsobí, že kolík 5 IC 1 bude striedavo klesať pri frekvencii 1 Hz. To zase spôsobí, že sa šírka impulzu 3 800 Hz zúži do tej miery, že sa Q1 takmer vypne. Takto sa vytvorí 1 Hz ostrý pulzný poplachový efekt na reproduktor.

Warble He-Haw Alarm Circuit

Ak chcete previesť predchádzajúcu konštrukciu na varovný signál prepichnutia uší, môžete to urobiť jednoduchou výmenou diódy D1 za odpor 10 K, ako je to znázornené na obrázku vyššie. Tieto alarmy sa tiež bežne používajú v európskych pohotovostných vozidlách.

Vieme, že pin 5 možno použiť s externým signálom vysokej / nízkej úrovne na moduláciu výstupu kolíka 3 so zodpovedajúcou šírkou / zúžením šírky impulzu. 1 Hz striedavo vysoké nízke napájanie na pin 5 IC2 núti výstupné napätie pin # 3 IC 1 na generovanie symetricky sa meniacej frekvencie v rozmedzí od 500 Hz do 440 Hz. To spôsobí, že reproduktor vygeneruje požadovaný ostrý, vysoko hlasitý zvuk kolísavého alarmu s frekvenciou 1 Hz.

Výroba policajnej sirény

IC 555 možno tiež použiť na vytvorenie dokonale imitujúceho obvodu policajnej sirény, ako je to demonštrované vyššie.

Obvod je navrhnutý tak, aby produkoval typický kvílivý zvuk, ktorý bežne počuť v policajných sirénach.

Tu je IC2 pripojený ako nízkofrekvenčný oscilátor s frekvenciou nastavenou na 6-sekundovú frekvenciu ON OFF.

Rampa s pomalým exponenciálnym trojuholníkom, generovaná naprieč jeho C1, sa napája na základňu Q1 nakonfigurovanú ako sledovač emitorov .

Frekvencia IC1 je nastavená na 500 Hz, ktorá sa stáva jej stredovou frekvenciou.

Pomalá stúpajúca a klesajúca rampa na báze Q1 nasleduje vo svojom emitori a moduluje pin 5 IC1. Pomalá rampa spôsobuje striedavé cykly pomalého zvyšovania napätia na 3 sekundy a pomalého poklesu napätia na 3 sekundy na kolíku 5. Kvôli tomuto kolíku 3 frekvencia a PWM moduluje tiež zodpovedajúcim spôsobom a generuje zvukový efekt sirény náreku.

Red Alert Star Trek Alarm Circuit

Posledným obvodom v zozname je ďalší veľmi zaujímavý generátor zvukových efektov využívajúci astabilný oscilátor IC 555. Je to zvukový generátor alarmu červenej výstrahy, ktorý sa tiež nazýva alarm star trek kvôli jeho častému použitiu v populárnom televíznom seriáli star trek.

Červený výstražný zvuk sa zvyčajne spustí nízkofrekvenčným tónom, ktorý stúpne na tón vysokej frekvencie v rýchlom rozpätí asi 1,15 sekundy, a preruší sa na 0,35 sekundy, a opäť stúpne z nízkej na vysokú frekvenciu a cyklus naďalej vyvoláva zvuk alarmu červenej výstrahy star trek.

Rovnako ako predchádzajúce zvukové okruhy alarmu a sirény, aj tento obvod neustále opakuje postupnosť, pokiaľ zostáva napájaný.

IC 2 je tu nakonfigurovaný ako nesymetrický obvod oscilátora. Kondenzátor C1 je striedavo nabíjaný cez prvky R1 a D1 a je striedavo vybíjaný cez R2.

Toto vytvára rýchlo rastúce a slabnúce pílové plusy cez kondenzátor C1. Tento rampový signál je tlmený sledovačom emitora a privádzaný ako modulačné napätie na riadiaci vstupný kolík 5 IC1 cez R7.

Kvôli pilovitej povahe tento tvar vlny spôsobí, že výstupná frekvencia kolíka 3 IC1 postupne stúpa pre pomaly sa rozpadajúcu časť tvaru vlny, a potom rýchlo klesá počas kolabujúcej časti tvaru vlny.

Počas každej z rozpadajúcich sa častí cyklu, príslušný obdĺžnikový impulz z kolíka 3 IC2 okamžite vypne Q2, čo následne spôsobí pokles pin2 IC2. Týmto sa preruší výstup C2 a stúpajúci tón reproduktora, čo spôsobí zvláštny zvukový efekt alarmu star trek červenej výstrahy.

Späť k vám

Toto bolo niekoľko rád, ako používať IC 555 na vytváranie užitočných obvodov poplachových a sirénových oscilátorov. Máte ešte nejaký zaujímavý generátor zvukových efektov, ktorý používa IC 555? Ak tak urobíte, uveďte tu podrobnosti, veľmi radi ich zaradíme do vyššie uvedeného zoznamu.