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

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

Tento príspevok vysvetľuje, ako IC 555 funguje, jeho základné podrobnosti o zapojení a ako konfigurovať IC v jeho štandardných alebo populárnych režimoch astabilného, ​​bistabilného a monostabilného obvodu. Tento príspevok tiež podrobne uvádza rôzne vzorce pre výpočet parametrov IC 555.



NE555 IC pôvodný pohľad zhora

Úvod

Náš hobby svet by bol menej zaujímavý bez IC 555. Bol by to jeden z našich prvých IC, ktoré sa používajú v elektronike. V tomto článku sa pozrieme späť na históriu IC555, ich 3 prevádzkové režimy a niektoré z ich špecifikácií.

IC 555 bol predstavený v roku 1971 spoločnosťou s názvom „Signetics“, ktorú navrhol Hans R. Camenzind. Odhaduje sa, že sa každý rok vyrobí asi 1 miliarda IC 555. To je jedna IC 555 pre každých 7 ľudí na svete.





Spoločnosť Signetics Company je majetkom spoločnosti Philips Semiconductor. Ak sa pozrieme na internú blokovú schému IC 555, nájdeme tri 5K ohmové rezistory zapojené do série pre rozhodovanie o časovacom faktore, takže asi tak dostal prístroj svoj názov IC 555 timer. Niektoré hypotézy však tvrdia, že výber názvu nemá žiadny vzťah k vnútorným zložkám IC, bol vybraný svojvoľne.

Ako funguje IC 555

Štandardná IC555 sa skladá z 25 tranzistorov, 15 rezistorov a 2 diód integrovaných do kremíkovej matrice. K dispozícii sú dve verzie IC, konkrétne vojenský a civilný časovač 555.



NE555 je civilný IC a má rozsah prevádzkových teplôt 0 až +70 stupňov Celzia. SE555 je vojenský stupeň IC a má rozsah prevádzkových teplôt -55 až +125 stupňov Celzia.

Nájdete tiež Verzia časovača CMOS známa ako 7555 a TLC555 tieto spotrebujú menej energie v porovnaní so štandardom 555 a pracujú pri menej ako 5V.

Časovače verzie CMOS pozostávajú skôr z MOSFETov ako z bipolárnych tranzistorov, ktoré sú účinné a spotrebujú menej energie.

IC 555 Pinout a pracovné podrobnosti:

SCHÉMA PINOUTU: z IC 555
  1. Pin 1 : Zem alebo 0V: Je to záporný napájací kolík IC
  2. Pin 2 : Spúšť alebo vstup: Negatívne okamžité spustenie na tomto vstupnom kolíku spôsobí, že výstupný pin3 bude VYSOKÝ. To sa deje rýchlym vybitím časovacieho kondenzátora pod spodnou prahovou úrovňou 1/3 napájacieho napätia. Kondenzátor sa potom pomaly nabíja prostredníctvom časovacieho odporu, a keď stúpne nad 2/3 úroveň napájania, pin3 sa stáva znovu NÍZKOU. Toto prepínanie ON / OFF sa vykonáva interne ŽABKY etapa.
  3. Pin 3 : Výstup: Je to výstup, ktorý reaguje na vstupné piny buď nastavením vysokej alebo nízkej hodnoty alebo osciláciou ON / OFF
  4. Pin 4 : Reset: Je to resetovací pin, ktorý je vždy pripojený na kladný zdroj pre normálnu prácu IC. Pri krátkodobom uzemnení resetuje výstup IC do pôvodnej polohy a pri trvalom pripojení k zemi bude činnosť IC deaktivovaná.
  5. Pin 5 : Ovládanie: Na tento pin je možné použiť externý premenný potenciál DC na riadenie alebo moduláciu šírky impulzu pin3 a na generovanie riadeného PWM.
  6. Pin 6 : Prahová hodnota: Toto je prahová hodnota kolíka, ktorá spôsobí, že výstup bude LOW (0V), akonáhle nabíjací kondenzátor načasovania dosiahne hornú prahovú hodnotu 2/3 napájacieho napätia.
  7. Pin 7 : Výboj: Toto je výbojový kolík riadený vnútorným klopným obvodom, ktorý núti časovací kondenzátor vybiť, hneď ako dosiahne prahovú úroveň 2/3 napájacieho napätia.
  8. Kolík 8 : Vcc: Je to kladný vstup napájania medzi 5 V a 15 V.

3 režimy časovača:

  1. Bistabilná alebo Schmittova spúšť
  2. Monostabilné alebo jeden výstrel
  3. Neuveriteľné

Bistabilný režim:

Ak je IC555 nakonfigurovaný v bistabilnom režime, funguje ako základný klopný obvod. Inými slovami, keď je daný vstupný spúšťač, prepína výstupný stav ON alebo OFF.

Za normálnych okolností sú v tomto režime činnosti # pin2 a # pin4 pripojené k pull-up rezistorom.

Keď je # pin2 uzemnený na krátke obdobie, výstup na # pin3 ide vysoko na resetovanie výstupu, # pin4 je na chvíľu skratovaný na zem a potom výstup klesne.

Tu nie je potrebný časovací kondenzátor, ale odporúča sa pripojenie kondenzátora (0,01 uF až 0,1 uF) cez # pin5 a zem. # pin7 a # pin6 môžu zostať v tejto konfigurácii nepripojené.

Tu je jednoduchý bistabilný obvod:

Jednoduchý bistabilný obvod využívajúci IC 555

Po stlačení nastavovacieho tlačidla sa výstup zvýši a po stlačení resetovacieho tlačidla sa výstup prepne do nízkeho stavu. R1 a R2 môžu byť 10k ohmov, kondenzátor môže byť kdekoľvek medzi zadanou hodnotou.

Monostabilný režim:

Ďalšou užitočnou aplikáciou časovača IC 555 je vo forme a jednorazový alebo monostabilný obvod multivibrátora , ako je to znázornené na obrázku nižšie.

Akonáhle je vstupný spúšťací signál negatívny, aktivuje sa jednorazový režim, ktorý spôsobí, že výstupný kolík 3 bude vysoký na úrovni Vcc. Časové obdobie podmienky vysokého výstupu je možné vypočítať podľa vzorca:

  • Tvysoká= 1,1 RTOC.

Ako je vidieť na obrázku, záporná hrana vstupu núti komparátor 2 prepínať klopný obvod. Táto akcia spôsobí, že výstup na kolíku 3 bude vysoký.

Vlastne v tomto procese kondenzátor C. je účtovaný voči VCC cez odpor VON . Zatiaľ čo sa kondenzátor nabíja, výstup sa udržuje na vysokej úrovni Vcc.

IC 555 monostabilný jednorazový vzorec a priebeh

Video ukážka

Keď napätie na kondenzátore dosiahne prahovú hladinu 2 VCC / 3, komparátor 1 spúšťa klopný obvod a núti výstup, aby zmenil stav a znížil sa.

To následne zmení výboj na nízku, čo spôsobí vybitie kondenzátora a jeho udržiavanie na hodnote okolo 0 V až do ďalšieho spustenia vstupu.

Na obrázku vyššie je znázornený celý postup, keď je vstup spustený na nízku úroveň, čo vedie k výstupnému tvaru vlny pre monostabilnú jednorázovú akciu IC 555.

Načasovanie výstupu pre tento režim sa môže pohybovať od mikrosekúnd po mnoho sekúnd, čo umožňuje, aby sa táto operácia stala ideálne využiteľnou pre celý rad rôznych aplikácií.

Zjednodušené vysvetlenie pre nováčikov

Monostabilné alebo jednorazové generátory impulzov sa široko používajú v mnohých elektronických aplikáciách, kde je potrebné zapnúť obvod na vopred určený čas po spustení. Šírku výstupného impulzu na # pin3 možno určiť pomocou tohto jednoduchého vzorca:

  • T = 1,1 RC

Kde

  • T je čas v sekundách
  • R je odpor v ohme
  • C je kapacita vo faradoch

Výstupný impulz klesá, keď sa napätie na kondenzátore rovná 2/3 Vcc. Vstupný spúšťač medzi dvoma impulzmi musí byť väčší ako časová konštanta RC.

Tu je jednoduchý obvod Monostable:

Jednoduchý monostabilný obvod využívajúci IC 555

Riešenie praktickej monostabilnej aplikácie

Zistite periódu výstupného priebehu pre príklad obvodu zobrazený nižšie, keď je spustený záporným okrajovým impulzom.

Riešenie:

  • Tvysoká= 1,1 RTOC = 1,1 (7,5 x 103) (0,1 x 10-6) = 0,825 ms

Ako funguje Astable Mode:

S odkazom na obrázok astabilného obvodu IC555 nižšie, kondenzátor C. sa účtuje voči VCC cez dva odpory RTOa R.B. Kondenzátor sa nabíja, kým nedosiahne hodnotu vyššiu ako 2 VCC / 3. Toto napätie sa stáva prahovým napätím na kolíku 6 IC. Toto napätie prevádzkuje komparátor 1 na spustenie klopného obvodu, čo spôsobí, že výstup na kolíku 3 bude nízky.

Spolu s tým je vybíjací tranzistor zapnutý, čo vedie k tomu, že výstup z kolíka 7 vybíja kondenzátor cez odpor RB .

To spôsobí, že napätie vo vnútri kondenzátora klesne, až kým neklesne pod spúšťaciu úroveň ( VCC / 3). Táto akcia okamžite spustí fázu klopného obvodu IC, čo spôsobí zvýšenie výstupu IC a vypnutie vybíjacieho tranzistora. To opäť umožňuje nabitie kondenzátora cez rezistory VON a RB smerom k VCC .

Časové intervaly zodpovedné za prepínanie výstupu na vysoký a nízky sa dajú vypočítať pomocou vzťahov

  • Tvysoká≈ 0,7 (pravTO+ R.B) C.
  • Tnízka≈ 0,7 RB C.

Celková doba je

  • T = obdobie = Tvysoká+ T.nízka

Videonávod

Zjednodušené vysvetlenie pre nováčikov

Toto je najčastejšie používaný dizajn multivibrátorov alebo AMV, ako napríklad v oscilátory, sirény, alarmy , blikače atď., a toto by bol jeden z našich prvých obvodov implementovaných pre IC 555 ako fanda (pamätáte na alternatívnu blikajúcu LED?).

Keď je IC555 nakonfigurovaný ako astabilný multivibrátor, vydáva kontinuálne obdĺžnikové impulzy na # pin3.

Frekvencia a šírka impulzu môžu byť regulované pomocou R1, R2 a C1. R1 je pripojený medzi Vcc a výbojom # pin7, R2 je pripojený medzi # pin7 a # pin2 a tiež # pin6. # Pin6 a # pin2 sú skratované.

Kondenzátor je pripojený medzi # pin2 a zemou.

Frekvencia pre Astabilný multivibrátor sa dá vypočítať pomocou tohto vzorca:

  • F = 1,44 / ((R1 + R2 * 2) * C1)

Kde,

  • F je frekvencia v Hz
  • R1 a R2 sú rezistory v ohmoch
  • C1 je kondenzátor vo faradoch.

Najvyšší čas pre každý impulz daný:

  • Vysoká = 0,693 (R1 + R2) * C

Nízky čas je daný:

  • Nízka = 0,693 * R2 * C

Všetko „R“ je v ohmoch a „C“ je v ohmoch.

Tu je základný astabilný obvod multivibrátora:

Jednoduchý astabilný obvod využívajúci IC 555

Pre časovače 555 IC s bipolárnymi tranzistormi sa musí zabrániť R1 s nízkou hodnotou, aby výstup zostal nasýtený pri zemskom napätí počas procesu vybíjania, inak by „nízky čas“ mohol byť nespoľahlivý a môžeme vidieť menšie hodnoty pre malú dobu prakticky ako vypočítaná hodnota .

Riešenie neuveriteľného príkladu problému

Na nasledujúcom obrázku nájdite frekvenciu IC 555 a nakreslite výsledky výstupných kriviek.

Riešenie:

Nižšie sú zobrazené obrázky kriviek:

Obvod IC 555 PWM pomocou diód

Ak chcete, aby výstup bol menší ako 50% pracovný cyklus, t. J. Kratší vysoký čas a dlhší nízky čas, môže byť na R2 pripojená dióda katódou na strane kondenzátora. Pre časovač 555 IC sa tiež nazýva režim PWM.

Môžete tiež navrhnúť a Obvod 555 PWM s premenlivým pracovným cyklom dve diódy, ako je znázornené na obrázku vyššie.

Obvod PWM IC 555 využívajúci dve diódy je v podstate astabilný obvod, v ktorom je časovanie nabíjania a vybíjania kondenzátora C1 rozdvojené prostredníctvom samostatných kanálov pomocou diód. Táto modifikácia umožňuje používateľovi samostatne nastaviť doby ZAPNUTIA / VYPNUTIA IC, a tým rýchlo dosiahnuť požadovanú rýchlosť PWM.

Výpočet PWM

V obvode IC 555, ktorý používa dve diódy, možno vzorec na výpočet rýchlosti PWM dosiahnuť pomocou nasledujúceho vzorca:

Tvysoká≈ 0,7 (odpor R1 + POT) C.

Tu sa odpor POT vzťahuje na nastavenie potenciometra a úroveň odporu konkrétnej strany banky, cez ktorú sa nabíja kondenzátor C.

Povedzme, že hrniec je hrniec s veľkosťou 5 K a je upravený na úroveň 60/40, čím vytvára úrovne odporu 3 K a 2 K. Potom v závislosti od toho, ktorá časť odporu nabíja kondenzátor, je možné použiť hodnotu uvedenú vyššie vzorec.

Ak je to nastavenie strany 3 K, ktoré nabíja kondenzátor, potom by vzorec mohol byť vyriešený ako:

Tvysoká≈ 0,7 (R1 + 3000 Ω) C.

Na druhej strane, ak je to 2 K na strane nabíjania nastavenia hrnca, potom je možné vzorec vyriešiť ako.

Tvysoká≈ 0,7 (R1 + 2000 Ω) C.

Pamätajte, že v obidvoch prípadoch bude C vo Faradoch. Najprv preto musíte vo svojej schéme previesť hodnotu mikrofaradu na Farad, aby ste dosiahli správne riešenie.

Referencie: Výmena zásobníka




Predošlý: Synchronizovaný stohovateľný invertor 4 kva Ďalej: Obvod brzdového svetla závislý od rýchlosti