Building 555 Timer Based IC-Based Astable Multivibrator
Χωρίς τη χρήση εξωτερικών ενεργειών, το IC χρονοδιακόπτη 555 μπορεί να εναλλάσσεται μεταξύ των δύο καταστάσεων. Τρία επιπλέον εξωτερικά μέρη, δύο αντιστάσεις (R 1 και Ρ 2 ), και ένας πυκνωτής (C) μπορεί να προστεθεί στο IC 555 για να το μετατρέψει σε σταθεροποιημένο κύκλωμα πολυδονητή. Το παρακάτω κύκλωμα δείχνει τη χρήση του IC 555 ως σταθεροποιημένου πολυδονητή μαζί με τα τρία εξωτερικά μέρη.
Εφόσον οι ακίδες 6 και 2 είναι ήδη συνδεδεμένες, η συσκευή θα ενεργοποιηθεί αυτόματα και θα λειτουργήσει ως ταλαντωτής χωρίς την ανάγκη εξωτερικού παλμού ενεργοποίησης. V CC καθώς μια τάση εισόδου τροφοδοσίας συνδέεται με τον ακροδέκτη 8. Εφόσον ο ακροδέκτης 3 στο παραπάνω κύκλωμα είναι ο ακροδέκτης εξόδου, η έξοδος μπορεί να ληφθεί από εδώ. Ο εξωτερικός ακροδέκτης επαναφοράς είναι ο ακροδέκτης 4 στο κύκλωμα και αυτός ο ακροδέκτης μπορεί να επανεκκινήσει το χρονόμετρο, αλλά συνήθως, ο ακροδέκτης 4 συνδέεται στο V CC όταν η λειτουργία επαναφοράς δεν χρησιμοποιείται.
Το επίπεδο τάσης κατωφλίου θα κυμαίνεται ανάλογα με την τάση ελέγχου που παρέχεται στον ακροδέκτη 5. Αντίθετα, ο ακροδέκτης 5 συνδέεται συχνά με τη γείωση μέσω ενός πυκνωτή, ο οποίος φιλτράρει τον εξωτερικό θόρυβο από τον ακροδέκτη. Ο ακροδέκτης γείωσης είναι ο πείρος 1. R 1 , Ρ 2 και το C αποτελούν το κύκλωμα χρονισμού, το οποίο ελέγχει το πλάτος του παλμού εξόδου.
Αρχή Λειτουργίας
Το εσωτερικό κύκλωμα του IC 555 εμφανίζεται σε ασταθή λειτουργία, με R 1 , Ρ 2 , και το C είναι όλα μέρος του κυκλώματος χρονισμού RC.
Το flip-flop επαναρυθμίζεται πρώτα όταν συνδέεται με την παροχή, γεγονός που προκαλεί την έξοδο του χρονοδιακόπτη σε χαμηλή κατάσταση. Ως αποτέλεσμα της σύζευξης με το Q', το τρανζίστορ εκφόρτισης ωθείται στο σημείο κορεσμού. Το τρανζίστορ θα επιτρέψει στον πυκνωτή C του κυκλώματος χρονισμού, ο οποίος είναι συνδεδεμένος με τον ακροδέκτη 7 του IC 555, να εκφορτιστεί. Η έξοδος του χρονοδιακόπτη είναι πλέον αμελητέα. Η τάση ενεργοποίησης είναι η μόνη τάση που υπάρχει στον πυκνωτή σε αυτήν την περίπτωση. Ως αποτέλεσμα, εάν η τάση του πυκνωτή πέσει κάτω από 1/3 V CC , η τάση αναφοράς που ενεργοποιεί τον συγκριτή αρ. 2, η έξοδος του συγκριτή αρ. 2 θα γίνει υψηλό κατά την απόρριψη. Το flip-flop θα ρυθμιστεί ως αποτέλεσμα, παράγοντας μια έξοδο HIGH για το χρονόμετρο στον ακροδέκτη 3.
Το τρανζίστορ θα απενεργοποιηθεί από αυτήν την υψηλή έξοδο. Ως αποτέλεσμα, μέσω των αντιστάσεων R 1 και Ρ 2 , ο πυκνωτής C φορτίζεται. Ο ακροδέκτης 6 συνδέεται στη διασταύρωση όπου συναντώνται ο πυκνωτής και η αντίσταση, επομένως η τάση για τον πυκνωτή είναι πλέον ίση με την τάση κατωφλίου. Καθώς ο πυκνωτής φορτίζεται, η τάση του αυξάνεται εκθετικά προς το V CC ; όταν φτάσει τα 2/3 V CC , η τάση αναφοράς του συγκριτή κατωφλίου (συγκριτής 1), οι αιχμές εξόδου του.
Το flip-flop είναι επομένως RESET. Η έξοδος του χρονοδιακόπτη μειώνεται σε LOW. Αυτή η χαμηλή έξοδος θα επανεκκινήσει το τρανζίστορ, το οποίο δίνει στον πυκνωτή μια διαδρομή εκφόρτισης. Ως αποτέλεσμα, η αντίσταση R 2 θα επιτρέψει στον πυκνωτή C να εκφορτιστεί. Έτσι, ο κύκλος συνεχίζεται.
Ως αποτέλεσμα, ενώ ο πυκνωτής φορτίζεται, η τάση εξόδου είναι υψηλή στον ακροδέκτη 3 και η τάση γύρω από τον πυκνωτή αυξάνεται επιθετικά. Παρόμοια με αυτό, η τάση εξόδου του ακροδέκτη 3 είναι χαμηλή και καθώς ο πυκνωτής αποφορτίζεται, η τάση του πέφτει εκθετικά. Η κυματομορφή εξόδου μοιάζει με μια σειρά από ορθογώνιους παλμούς.
Κυματομορφές Τάσης Πυκνωτή & Τάσης Εξόδου
Ως αποτέλεσμα, ο R 1 + R 2 αντιπροσωπεύει τη συνολική αντίσταση στο κανάλι φόρτισης και το C αντιπροσωπεύει τη σταθερά χρόνου φόρτισης. Μόνο όταν ο πυκνωτής διέρχεται από την αντίσταση R 2 κατά την αποφόρτιση κάνει αποφόρτιση. R 2 Το C είναι η σταθερά χρόνου εκφόρτισης ως αποτέλεσμα.
Κύκλος καθηκόντων
Οι αντιστάσεις Ρ 1 και Ρ 2 επηρεάζουν τη φόρτιση καθώς και τις σταθερές χρόνου εκφόρτισης. Η διακύμανση στη σταθερά χρόνου είναι συνήθως μεγαλύτερη από τη σταθερά χρόνου εκφόρτισης. Ως αποτέλεσμα, η έξοδος HIGH συνεχίζει να εμφανίζεται για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα από την έξοδο LOW, και η κυματομορφή εξόδου δεν είναι συμμετρική, επομένως εάν T είναι η διάρκεια ενός κύκλου και TON είναι ο χρόνος για υψηλότερη έξοδο, τότε ο κύκλος λειτουργίας δίνεται από :
Άρα, ο κύκλος καθήκοντος σε ποσοστό θα είναι:
Όπου T είναι το σύνολο των χρόνων φόρτισης και εκφόρτισης, T ΕΠΙ και Τ ΜΑΚΡΙΑ ΑΠΟ , η ακόλουθη εξίσωση παρέχει την τιμή του T ΕΠΙ ή ο χρόνος φόρτισης Τ ντο :
Ο χρόνος εκφόρτισης Τ ρε , συχνά γνωστό ως T ΜΑΚΡΙΑ ΑΠΟ , δίνεται από:
Συνεπώς, ο τύπος για τη διάρκεια ενός κύκλου Τ είναι:
Αντικατάσταση στον τύπο του % κύκλου εργασίας:
Η συχνότητα δίνεται από:
Εφαρμογή – Δημιουργία τετραγωνικών κυμάτων
Ο κύκλος λειτουργίας ενός ασταθούς πολυδονητή είναι συνήθως υψηλότερος από 50%. Όταν ο κύκλος λειτουργίας είναι ακριβώς 50%, ένας ασταθής πολυδονητής παράγει ένα τετραγωνικό κύμα ως έξοδο. Κύκλοι λειτουργίας 50% ή οτιδήποτε χαμηλότερο από αυτό είναι δύσκολο να επιτευχθούν με το IC 555 που λειτουργεί ως ασταθής πολυδονητής, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως. Το κύκλωμα πρέπει να περάσει από κάποιες αλλαγές.
Προστίθενται δύο δίοδοι, η μία παράλληλα με την αντίσταση R 2 και το άλλο σε σειρά με αντίσταση R 2 με την κάθοδο συνδεδεμένη στον πυκνωτή. Με την αλλαγή των αντιστάσεων R 1 και Ρ 2 , είναι δυνατό να δημιουργηθεί ένας κύκλος λειτουργίας στο βραχίονα από 5% έως 95%. Το κύκλωμα για τη δημιουργία εξόδου τετραγωνικών κυμάτων μπορεί να διαμορφωθεί ως εξής:
Σε αυτό το κύκλωμα, ο πυκνωτής φορτίζεται ενώ μεταφέρει ρεύμα μέσω R 1 , Δ 1 , και R 2 κατά τη φόρτιση. Εκφορτίζεται μέσω Δ 2 και Ρ 2 κατά την αποφόρτιση.
Η σταθερά χρόνου φόρτισης, T ΕΠΙ = Τ ντο , μπορεί να υπολογιστεί ως εξής:
Και έτσι παίρνετε τη σταθερά χρόνου εκφόρτισης, T ΜΑΚΡΙΑ ΑΠΟ = Τ ρε :
Συνεπώς, ο κύκλος λειτουργίας D καθορίζεται από:
Κάνοντας το R 1 και Ρ 2 ίσης αξίας θα έχει ως αποτέλεσμα ένα τετραγωνικό κύμα με κύκλο λειτουργίας 50%.
Ένας κύκλος λειτουργίας μικρότερος από 50% επιτυγχάνεται όταν το R 1 Η αντίσταση του είναι χαμηλότερη από το R 2 ενώ κανονικά ο Ρ 1 και Ρ 2 μπορεί να αντικατασταθεί από ποτενσιόμετρα για να επιτευχθεί αυτό. Χωρίς τη χρήση διόδων, ένα άλλο κύκλωμα γεννήτριας τετραγωνικών κυμάτων μπορεί να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας έναν σταθεροποιημένο πολυδονητή. R 2 συνδέεται μεταξύ των ακίδων 3 και 2 ή του ακροδέκτη εξόδου και του ακροδέκτη της σκανδάλης. Παρακάτω είναι ένα διάγραμμα του κυκλώματος:
Και οι δύο διαδικασίες φόρτισης και εκφόρτισης σε αυτό το κύκλωμα πραγματοποιούνται μόνο μέσω της αντίστασης R 2 . Ο πυκνωτής δεν πρέπει να εκτίθεται σε εξωτερικές συνδέσεις κατά τη φόρτιση από την αντίσταση R 1 , το οποίο θα πρέπει να οριστεί σε υψηλή τιμή. Επιπλέον, χρησιμεύει για να εγγυηθεί ότι ο πυκνωτής φορτίζει στο μέγιστο των δυνατοτήτων του (V CC ).
Εφαρμογή – Διακυμάνσεις θέσης παλμού
Δύο IC με χρονοδιακόπτη 555, το ένα εκ των οποίων λειτουργεί σε ασταθή λειτουργία και το αντίθετο σε μονοσταθερή λειτουργία, προσφέρουν διαμόρφωση θέσης παλμού. Πρώτον, το IC 555 είναι σε λειτουργία ασταθούς λειτουργίας, το σήμα διαμόρφωσης εφαρμόζεται στον ακροδέκτη 5 και το IC 555 παράγει ένα κύμα διαμορφωμένο σε πλάτος παλμού ως έξοδό του. Η είσοδος ενεργοποίησης του επόμενου IC 555, που εκτελείται σε μονοσταθή λειτουργία, λαμβάνει αυτό το σήμα PWM. Η θέση των παλμών εξόδου του δεύτερου IC 555 ποικίλλει ανάλογα με το σήμα PWM, το οποίο για άλλη μια φορά εξαρτάται από το σήμα διαμόρφωσης.
Παρακάτω είναι η διαμόρφωση του κυκλώματος για έναν διαμορφωτή θέσης παλμού που χρησιμοποιεί δύο ολοκληρωμένα κυκλώματα χρονοδιακόπτη 555.
Η τάση ελέγχου, η οποία καθορίζει το ελάχιστο επίπεδο τάσης ή κατωφλίου για το πρώτο IC 555, προσαρμόζεται για τη δημιουργία του UTL (Upper Threshold Level).
Καθώς η τάση κατωφλίου αλλάζει σε σχέση με το σήμα διαμόρφωσης που εφαρμόζεται, το πλάτος του παλμού και η χρονική καθυστέρηση αλλάζουν επίσης. Όταν αυτό το σήμα PWM εφαρμόζεται για να ενεργοποιήσει το δεύτερο IC, το μόνο πράγμα που θα αλλάξει είναι η θέση του παλμού εξόδου, ούτε το πλάτος ούτε το πλάτος του θα αλλάξει.
συμπέρασμα
Τα IC 555 Timer μπορούν να λειτουργήσουν ως ταλαντωτής ελεύθερης λειτουργίας ή ένας ασταθής πολυδονητής όταν συνδυάζονται με πρόσθετα εξαρτήματα. Τα IC με χρονοδιακόπτη 555 σε ασταθή λειτουργία χρησιμοποιούνται σε μια μεγάλη ποικιλία εφαρμογών που κυμαίνονται από τη δημιουργία παλμικού συστήματος, τη διαμόρφωση και τις γενιές τετραγωνικών κυμάτων.