555 Timer IC είναι ένα από τα κοινά χρησιμοποιούμενα IC μεταξύ μαθητών και χομπίστες. Υπάρχουν πολλές εφαρμογές αυτού του IC, που χρησιμοποιούνται κυρίως ως δονητές όπως, ASTABLE MULTIVIBRATOR, MONOSTABLE MULTIVIBRATOR και BISTABLE MULTIVIBRATOR. Μπορείτε να βρείτε εδώ μερικά κυκλώματα με βάση το 5555 IC. Αυτό το σεμινάριο καλύπτει διάφορες πτυχές του 555 Timer IC και εξηγεί τις λεπτομέρειες λειτουργίας του. Ας καταλάβουμε λοιπόν πρώτα τι είναι οι αστάθμητοι, μονόστατοι και δισταθείς δονητές.
ΠΡΟΣΑΡΜΟΣΜΕΝΟΣ ΠΟΛΥΤΕΛΕΣΤΕΡ
Αυτό σημαίνει ότι δεν θα υπάρχει σταθερό επίπεδο στην έξοδο. Έτσι, η έξοδος θα κυμαίνεται μεταξύ υψηλού και χαμηλού. Αυτός ο χαρακτήρας της ασταθούς εξόδου χρησιμοποιείται ως έξοδος ρολογιού ή τετραγωνικού κύματος για πολλές εφαρμογές.
ΠΟΛΥ ΜΟΝΑΔΙΚΟΣ ΠΟΛΥΠΛΟΓΡΑΦΟΣ
Αυτό σημαίνει ότι θα υπάρχει μία σταθερή κατάσταση και μια ασταθή κατάσταση. Η σταθερή κατάσταση μπορεί να επιλεγεί είτε υψηλή είτε χαμηλή από τον χρήστη. Εάν η σταθερή έξοδος έχει επιλεγεί υψηλή, τότε ο χρονοδιακόπτης προσπαθεί πάντα να βάζει υψηλή στην έξοδο. Έτσι, όταν δίνεται διακοπή, ο χρονοδιακόπτης πηγαίνει χαμηλό για μικρό χρονικό διάστημα και επειδή η χαμηλή κατάσταση είναι ασταθής, πηγαίνει σε υψηλή μετά από εκείνη την ώρα. Εάν η σταθερή κατάσταση έχει επιλεγεί χαμηλή, με διακοπή, η έξοδος πηγαίνει υψηλή για μικρό χρονικό διάστημα πριν φτάσει στη χαμηλή.
ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΠΟΛΥΠΛΟΓΡΑΦΙΚΗΣ
Αυτό σημαίνει ότι και οι δύο καταστάσεις εξόδου είναι σταθερές. Με κάθε διακοπή, η έξοδος αλλάζει και παραμένει εκεί. Για παράδειγμα, η έξοδος θεωρείται υψηλή τώρα με διακοπή πηγαίνει χαμηλή και παραμένει χαμηλή. Με την επόμενη διακοπή ανεβαίνει.
Σημαντικά χαρακτηριστικά του 555 Timer IC
Το NE555 IC είναι μια συσκευή 8 ακίδων. Τα σημαντικά ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του χρονοδιακόπτη είναι ότι δεν πρέπει να λειτουργεί πάνω από 15V, αυτό σημαίνει ότι η τάση πηγής δεν μπορεί να είναι υψηλότερη από 15v. Δεύτερον, δεν μπορούμε να αντλήσουμε περισσότερα από 100mA από το chip. Εάν δεν τα ακολουθήσετε, το IC θα καεί και θα υποστεί ζημιά.
Επεξήγηση εργασίας
Ο χρονοδιακόπτης αποτελείται βασικά από δύο κύρια δομικά στοιχεία και είναι:
1. Συγκριτές (δύο) ή δύο op-amp
2. Ένα SR flip-flop (set reset flip-flop)
Όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα, υπάρχουν μόνο δύο σημαντικά στοιχεία στο χρονοδιακόπτη, είναι το συγκριτικό και το flip-flop. Ας καταλάβουμε τι είναι οι συγκριτές και τα σαγιονάρες.
Συγκριτές: ο συγκριτής είναι απλώς μια συσκευή που συγκρίνει τις τάσεις στους ακροδέκτες εισόδου (αντιστροφή (- VE) και ακροδέκτες μη αναστροφής (+ VE)). Έτσι, ανάλογα με τη διαφορά στο θετικό τερματικό και το αρνητικό τερματικό στη θύρα εισόδου, καθορίζεται η έξοδος του συγκριτή.
Για παράδειγμα, θεωρήστε ότι η τάση ακροδέκτη θετικής εισόδου είναι + 5V και η τάση τερματικού αρνητικής εισόδου είναι + 3V Η διαφορά είναι, 5-3 = + 2v. Δεδομένου ότι η διαφορά είναι θετική παίρνουμε τη θετική μέγιστη τάση στην έξοδο του συγκριτή.
Για άλλο παράδειγμα, εάν η θετική τάση τερματικού είναι + 3V και η αρνητική τάση τερματικού εισόδου είναι + 5V. Η διαφορά είναι + 3- + 5 = -2V, καθώς η διαφορά τάσης εισόδου είναι αρνητική. Η έξοδος του συγκριτή θα είναι αρνητική μέγιστη τάση.
Αν για παράδειγμα θεωρήστε το τερματικό θετικής εισόδου ως INPUT και το αρνητικό τερματικό εισόδου ως ΑΝΑΦΟΡΑ όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα. Έτσι, η διαφορά τάσης μεταξύ INPUT και REFERNCE είναι θετική, λαμβάνουμε μια θετική έξοδο από το συγκριτή. Εάν η διαφορά είναι αρνητική, τότε θα έχουμε αρνητικό ή επίγειο στην έξοδο του συγκριτή.
Flip-Flop: Το flip-flop είναι ένα κελί μνήμης, μπορεί να αποθηκεύσει ένα κομμάτι δεδομένων. Στο σχήμα μπορούμε να δούμε τον πίνακα αλήθειας του SR flip-flop.
Υπάρχουν τέσσερις καταστάσεις σε ένα flip-flop για δύο εισόδους. Ωστόσο, πρέπει να κατανοήσουμε μόνο δύο καταστάσεις του flip-flop για αυτήν την περίπτωση.
| μικρό | Ρ | Ερ | Q '(Q bar) |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
Τώρα, όπως φαίνεται στον πίνακα, για τις ρυθμίσεις εισόδου και επαναφοράς λαμβάνουμε τις αντίστοιχες εξόδους. Εάν υπάρχει παλμός στον πείρο ρύθμισης και χαμηλό επίπεδο κατά την επαναφορά, τότε το flip-flop αποθηκεύει την τιμή ένα και βάζει υψηλή λογική στο τερματικό Q. Αυτή η κατάσταση συνεχίζεται έως ότου ο πείρος επαναφοράς πάρει έναν παλμό ενώ ο πείρος ρύθμισης έχει χαμηλή λογική. Αυτό επαναφέρει το flip-flop έτσι η έξοδος Q πηγαίνει χαμηλή και αυτή η κατάσταση συνεχίζεται μέχρι να ρυθμιστεί ξανά το flip-flop.
Με αυτόν τον τρόπο το flip-flop αποθηκεύει ένα κομμάτι δεδομένων. Εδώ ένα άλλο πράγμα είναι το Q και Q bar είναι πάντα αντίθετα
Σε ένα χρονόμετρο ο συγκριτής και το flip-flop ενώνονται.
Σκεφτείτε ότι το 9V παρέχεται στο χρονοδιακόπτη, λόγω του διαχωριστή τάσης που σχηματίζεται από το δίκτυο αντίστασης μέσα στο χρονόμετρο, όπως φαίνεται στο διάγραμμα μπλοκ. θα υπάρχει τάση στις ακίδες σύγκρισης. Λόγω του δικτύου διαχωριστή τάσης θα έχουμε + 6V στο αρνητικό τερματικό του συγκριτικού. Και + 3V στο θετικό τερματικό του δεύτερου συγκριτή.
Ένα άλλο πράγμα είναι το συγκριτικό, μια έξοδος συνδέεται για επαναφορά του πείρου του flip-flop, οπότε το συγκριτικό μία έξοδος πηγαίνει ψηλά από το χαμηλό, τότε το flip-flop θα επαναφέρει. Και από την άλλη πλευρά, η δεύτερη έξοδος του συγκριτή συνδέεται με τον πείρο του flip-flop, οπότε αν η έξοδος του δεύτερου συγκριτή πηγαίνει υψηλά από το χαμηλό, τα σύνολα flip-flop και αποθηκεύουν ΕΝΑ.
Τώρα αν παρατηρήσουμε προσεκτικά, για τάση μικρότερη από + 3V στον πείρο σκανδάλης (αρνητική είσοδος του δεύτερου συγκριτή), η έξοδος του συγκριτή πηγαίνει χαμηλή από την υψηλή όπως συζητήθηκε προηγουμένως. Αυτός ο παλμός ρυθμίζει το flip-flop και αποθηκεύει μια τιμή.
Τώρα αν εφαρμόσουμε τάση υψηλότερη από + 6V στον πείρο κατωφλίου (θετική είσοδος του συγκριτή μία), η έξοδος του συγκριτή πηγαίνει από χαμηλή σε υψηλή. Αυτός ο παλμός επαναφέρει το μηδέν flip-flop και το flip-flip store.
Ένα άλλο πράγμα συμβαίνει κατά την επαναφορά του flip-flop, όταν επαναφέρει τον πείρο εκφόρτισης συνδέεται στη γείωση καθώς ενεργοποιείται το Q1. Το τρανζίστορ Q1 ενεργοποιείται επειδή το Qbar έχει υψηλή επαναφορά και είναι συνδεδεμένο με τη βάση Q1.
Σε αστάθμητη διαμόρφωση ο πυκνωτής που είναι συνδεδεμένος εδώ αποφορτίζεται κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου και έτσι η έξοδος του χρονοδιακόπτη θα είναι χαμηλή κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Σε αστάθμητη διαμόρφωση ο χρόνος κατά τη διάρκεια του πυκνωτή φορτίζει η τάση του πείρου ενεργοποίησης θα είναι μικρότερη από + 3V και έτσι το flip-flop θα αποθηκεύστε ένα και η έξοδος θα είναι υψηλή.
Σε μια διακριτή διαμόρφωση όπως φαίνεται στο σχήμα
Η συχνότητα σήματος εξόδου εξαρτάται από RA, RB αντιστάσεις και πυκνωτή C. Η εξίσωση δίνεται ως, Συχνότητα (F) = 1 / (Χρονική περίοδος) = 1,44 / ((RA + RB * 2) * C).
Εδώ τα RA, RB είναι τιμές αντίστασης και το C είναι τιμή χωρητικότητας. Βάζοντας τις τιμές αντίστασης και χωρητικότητας στην παραπάνω εξίσωση λαμβάνουμε τη συχνότητα του τετραγωνικού κύματος εξόδου.
Ο χρόνος λογικής υψηλού επιπέδου δίνεται ως, TH = 0,693 * (RA + RB) * C
Ο χρόνος λογικής χαμηλού επιπέδου δίνεται ως, TL = 0,693 * RB * C
Ο λόγος λειτουργίας του τετραγωνικού κύματος εξόδου δίνεται ως, Κύκλος λειτουργίας = (RA + RB) / (RA + 2 * RB).
555 Διάγραμμα και περιγραφές Pin Timer
Τώρα, όπως φαίνεται στο σχήμα, υπάρχουν οκτώ ακίδες για ένα 555 Timer IC, δηλαδή, 1. Γήπεδο
2. Σκανδάλη
3. Έξοδος
4. Επαναφορά.
5. Έλεγχος
6. Κατώφλι.
7. Απαλλαγή
8. Ισχύς ή Vcc
Καρφίτσα 1. Γείωση: Αυτός ο πείρος δεν έχει καμία ειδική λειτουργία από ποτέ. Συνδέεται στο έδαφος ως συνήθως. Για να λειτουργήσει ο χρονοδιακόπτης, αυτός ο πείρος πρέπει και πρέπει να συνδεθεί στη γείωση.
Καρφίτσα 8. Ισχύς ή VCC: Αυτός ο πείρος επίσης δεν έχει ειδική λειτουργία. Συνδέεται με θετική τάση. Για να λειτουργήσει ο χρονοδιακόπτης, αυτός ο πείρος πρέπει να συνδεθεί με θετική τάση εύρους + 3,6v έως + 15v.
Pin 4. Επαναφορά: Όπως συζητήθηκε προηγουμένως, υπάρχει ένα flip-flop στο χρονοδιακόπτη. Η έξοδος του flip-flop ελέγχει την έξοδο chip στο pin3 απευθείας.
Ο πείρος επαναφοράς συνδέεται απευθείας με το MR (Master Reset) του flip-flop. Κατά την παρατήρηση μπορούμε να παρατηρήσουμε έναν μικρό κύκλο στο MR του flip-flop. Αυτό το συννεφάκι αντιπροσωπεύει τον πείρο MR (Master Reset) είναι ενεργός σκανδάλη LOW. Αυτό σημαίνει ότι το flip-flop για να επαναφέρει την τάση του πείρου MR πρέπει να πάει από HIGH σε LOW. Με αυτήν τη λογική προς τα κάτω, το flip-flop τραβιέται σχεδόν προς τα κάτω στο LOW. Έτσι, η έξοδος πηγαίνει LOW, ανεξάρτητα από τις ακίδες.
Αυτός ο πείρος συνδέεται στο VCC για να σταματήσει η επαναφορά από το flip-flop.
Pin 3. OUTPUT: Αυτός ο πείρος επίσης δεν έχει ειδική λειτουργία. Αυτός ο πείρος προέρχεται από τη διαμόρφωση PUSH-PULL που σχηματίζεται από τρανζίστορ.
Η διαμόρφωση ώθησης φαίνεται στο σχήμα. Οι βάσεις δύο τρανζίστορ συνδέονται με έξοδο flip-flop. Έτσι, όταν η λογική υψηλή εμφανίζεται στην έξοδο του flip-flop, το τρανζίστορ NPN ενεργοποιείται και το + V1 εμφανίζεται στην έξοδο. Όταν η λογική εμφανίστηκε στην έξοδο του flip-flop είναι ΧΑΜΗΛΗ, το τρανζίστορ PNP ενεργοποιείται και η έξοδος τραβιέται προς τη γείωση ή -V1 εμφανίζεται στην έξοδο.
Έτσι πώς χρησιμοποιείται η διαμόρφωση push-pull για να πάρει τετράγωνο κύμα στην έξοδο με λογική ελέγχου από το flip-flop. Ο κύριος σκοπός αυτής της διαμόρφωσης είναι η επαναφορά του φορτίου από το flip-flop. Λοιπόν, το flip-flop προφανώς δεν μπορεί να αποδώσει 100mA στην έξοδο.
Λοιπόν, μέχρι τώρα συζητήσαμε καρφίτσες που δεν αλλάζουν την κατάσταση εξόδου σε καμία κατάσταση. Οι υπόλοιπες τέσσερις ακίδες είναι ειδικές επειδή καθορίζουν την κατάσταση εξόδου του χρονοδιακόπτη, θα συζητήσουμε καθένα από αυτά τώρα.
Pin 5. Conrol Pin: Ο πείρος ελέγχου συνδέεται από τον αρνητικό πείρο εισόδου του συγκριτικού.
Εξετάστε σε περίπτωση που η τάση μεταξύ VCC και GROUND είναι 9v. Λόγω του διαχωριστή τάσης στο τσιπ, όπως παρατηρείται στο σχήμα3 της σελίδας 8, η τάση στον πείρο ελέγχου θα είναι VCC * 2/3 (για VCC = 9, τάση πείρου = 9 * 2/3 = 6V).
Η λειτουργία αυτού του πείρου για να δώσει στον χρήστη τον άμεσο έλεγχο του πρώτου συγκριτή. Όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα, η έξοδος του συγκριτή τροφοδοτείται με την επαναφορά του flip-flop. Σε αυτόν τον πείρο μπορούμε να βάλουμε μια διαφορετική τάση, ας πούμε αν τη συνδέσουμε στα + 8v. Τώρα που συμβαίνει είναι ότι η τάση ακροδέκτη THRESHOLD πρέπει να φτάσει τα + 8V για να επαναφέρετε το flip-flop και να σύρετε την έξοδο προς τα κάτω.
Για κανονική περίπτωση, το V-out θα μειωθεί μόλις ο πυκνωτής φορτίσει έως και 2 / 3VCC (+ 6V για τροφοδοσία 9V). Τώρα, αφού έχουμε τοποθετήσει μια διαφορετική τάση στον πείρο ελέγχου (συγκριτής ένα αρνητικό ή επαναφορά συγκριτή).
Ο πυκνωτής πρέπει να φορτίζει έως ότου η τάση του φτάσει στην τάση του πείρου ελέγχου. Λόγω αυτής της φόρτισης πυκνωτή δύναμης, ο χρόνος ενεργοποίησης και ο χρόνος απενεργοποίησης του σήματος αλλάζει. Έτσι, η έξοδος βιώνει μια διαφορετική στροφή στο σχισμένο σιτηρέσιο.
Κανονικά αυτός ο πείρος τραβιέται προς τα κάτω με έναν πυκνωτή. Για να αποφύγετε ανεπιθύμητες παρεμβολές θορύβου στην εργασία.
Καρφίτσα 2. TRIGGER: Η σκανδάλη σέρνεται από την αρνητική είσοδο του συγκριτή δύο. Η έξοδος του συγκριτή δύο συνδέεται με τον πείρο SET του flip-flop. Με το συγκριτή υψηλή έξοδο δύο έχουμε υψηλή τάση στην έξοδο του χρονοδιακόπτη. Έτσι μπορούμε να πούμε ότι ο πείρος σκανδάλης ελέγχει την έξοδο χρονοδιακόπτη.
Τώρα εδώ αυτό που πρέπει να παρατηρήσετε είναι ότι, η χαμηλή τάση στον πείρο σκανδάλης αναγκάζει την τάση εξόδου να είναι υψηλή, καθώς βρίσκεται στην αντιστροφή εισόδου του δεύτερου συγκριτή. Η τάση στον πείρο σκανδάλης πρέπει να είναι κάτω από VCC * 1/3 (με VCC 9v όπως υποτίθεται, VCC * (1/3) = 9 * (1/3) = 3V). Έτσι, η τάση στον πείρο σκανδάλης πρέπει να είναι κάτω από 3V (για τροφοδοσία 9v) για να φτάσει η έξοδος του χρονοδιακόπτη.
Εάν αυτός ο πείρος είναι συνδεδεμένος στη γείωση, η έξοδος θα είναι πάντα υψηλή.
Καρφίτσα 6. THRESHOLD: Η τάση πείρου κατωφλίου καθορίζει πότε πρέπει να επαναφέρετε το flip-flop στο χρονόμετρο. Ο πείρος κατωφλίου αντλείται από θετική είσοδο του συγκριτή1.
Εδώ η διαφορά τάσης μεταξύ του πείρου THRESOLD και του πείρου CONTROL καθορίζει την έξοδο του συγκριτή 2 και έτσι τη λογική επαναφοράς. Εάν η διαφορά τάσης είναι θετική, το flip-flop επανέρχεται και η έξοδος μειώνεται. Εάν η διαφορά σε αρνητικό, η λογική στον πείρο SET καθορίζει την έξοδο.
Εάν ο πείρος ελέγχου είναι ανοιχτός. Στη συνέχεια, μια τάση ίση ή μεγαλύτερη από VCC * (2/3) (δηλ. 6V για τροφοδοσία 9V) θα επαναφέρει το flip-flop. Έτσι, η παραγωγή πηγαίνει χαμηλή.
Μπορούμε λοιπόν να συμπεράνουμε ότι η τάση ακροδέκτη THRESHOLD καθορίζει πότε η έξοδος πρέπει να είναι χαμηλή, όταν ο πείρος ελέγχου είναι ανοιχτός.
Καρφίτσα 7. ΑΠΟΡΡΙΨΗ: Αυτός ο πείρος προέρχεται από τον ανοιχτό συλλέκτη τρανζίστορ. Από τότε που το τρανζίστορ (στο οποίο πήρε τον πείρο εκφόρτισης, το Q1) συνδέθηκε η βάση του με το Qbar. Όποτε το ouput χαμηλώνει ή το flip-flop επανέρχεται, ο πείρος εκφόρτισης τραβιέται στη γείωση. Επειδή το Qbar θα είναι υψηλό όταν το Q είναι χαμηλό, έτσι το τρανζίστορ Q1 ανάβει καθώς η βάση του τρανζίστορ έχει ισχύ.
Αυτός ο πείρος αποφορτίζει συνήθως τον πυκνωτή σε διαμόρφωση ASTABLE, έτσι το όνομα DISCHARGE.