Building 555 Timer IC-Based Multivibrator
Bez použitia akýchkoľvek externých spúšťačov môže 555 časovač IC prepínať medzi svojimi dvoma stavmi. Tri dodatočné vonkajšie časti, dva odpory (R 1 a R 2 ) a kondenzátor (C) môže byť pridaný k IC 555 na jeho premenu na astabilný multivibračný obvod. Nižšie uvedený obvod ukazuje použitie IC 555 ako astabilného multivibrátora spolu s tromi vonkajšími časťami.
Keďže kolíky 6 a 2 sú už pripojené, zariadenie sa automaticky aktivuje a funguje ako oscilátor bez potreby externého spúšťacieho impulzu. V CC pretože napájacie vstupné napätie je pripojené na kolík 8. Keďže kolík 3 vo vyššie uvedenom obvode je výstupná svorka, výstup môže byť odoberaný odtiaľto. Externý resetovací kolík je kolík 4 v obvode a tento kolík môže reštartovať časovač, ale zvyčajne je kolík 4 pripojený k V CC keď sa funkcia reset nepoužíva.
Úroveň prahového napätia bude kolísať v závislosti od riadiaceho napätia poskytnutého na kolíku 5. Na rozdiel od toho je kolík 5 často spojený so zemou cez kondenzátor, ktorý filtruje vonkajší šum z terminálu. Uzemňovacia svorka je kolík 1. R 1 , R 2 , a C tvoria časovací obvod, ktorý riadi šírku výstupného impulzu.
Princíp činnosti
Vnútorný obvod IC 555 sa zobrazuje v nestabilnom režime s R 1 , R 2 , a C všetky sú súčasťou RC časovacieho obvodu.
Po pripojení k zdroju sa klopný obvod najskôr resetuje, čo spôsobí prepnutie výstupu časovača do nízkeho stavu. V dôsledku spojenia s Q' je vybíjací tranzistor tlačený do bodu nasýtenia. Tranzistor umožní vybitie kondenzátora C časovacieho obvodu, ktorý je pripojený na kolík 7 IC 555. Výstup časovača je teraz zanedbateľný. Spúšťacie napätie je v tomto prípade jediné napätie prítomné na kondenzátore. V dôsledku toho, ak napätie kondenzátora klesne pod 1/3 V CC , referenčné napätie, ktoré aktivuje komparátor č. 2, výstup komparátora č. 2 sa počas vybíjania zvýši. V dôsledku toho sa nastaví klopný obvod, ktorý vytvorí HIGH výstup pre časovač na kolíku 3.
Tranzistor sa týmto vysokým výstupom vypne. Výsledkom je, že cez odpory R 1 a R 2 , kondenzátor C sa nabije. Pin 6 je pripojený ku križovatke, kde sa stretáva kondenzátor a rezistor, preto sa napätie pre kondenzátor teraz rovná prahovému napätiu. Keď sa kondenzátor nabíja, jeho napätie exponenciálne stúpa smerom k V CC ; keď dosiahne 2/3 V CC , referenčné napätie prahového komparátora (komparátor 1), jeho výstupné špičky.
Flip-flop je teda RESET. Výstup časovača sa zníži na LOW. Tento nízky výstup reštartuje tranzistor, ktorý poskytne kondenzátoru cestu vybitia. Výsledkom je, že odpor R 2 umožní vybitie kondenzátora C. Cyklus teda pokračuje.
Výsledkom je, že počas nabíjania kondenzátora je výstupné napätie na kolíku 3 vysoké a napätie okolo kondenzátora sa agresívne zvyšuje. Podobne ako toto, výstupné napätie kolíka 3 je nízke a keď sa kondenzátor vybíja, jeho napätie na ňom exponenciálne klesá. Výstupný tvar vlny vyzerá ako séria obdĺžnikových impulzov.
Priebehy napätia kondenzátora a výstupného napätia
V dôsledku toho R 1 + R 2 predstavuje celkový odpor v nabíjacom kanáli a C predstavuje časovú konštantu nabíjania. Až keď kondenzátor prechádza cez odpor R 2 pri vybíjaní sa vybíja. R 2 C je v dôsledku toho časová konštanta vybíjania.
Pracovný cyklus
Odpory R 1 a R 2 ovplyvňujú nabíjanie, ako aj časové konštanty vybíjania. Zmena časovej konštanty je zvyčajne väčšia ako časová konštanta vybíjania. Výsledkom je, že výstup HIGH pokračuje dlhšie ako výstup LOW a tvar výstupnej vlny nie je symetrický, takže ak T je trvanie jedného cyklu a TON je čas pre vyšší výstup, potom je pracovný cyklus daný vzťahom :
Pracovný cyklus v percentách bude teda:
Kde T je súčet časov nabíjania a vybíjania, T ON a T VYPNUTÉ , nasledujúca rovnica poskytuje hodnotu T ON alebo doba nabíjania T C :
Čas vybíjania T D , často známy ako T VYPNUTÉ , je daný:
V dôsledku toho vzorec pre trvanie jedného cyklu T je:
Nahradenie vo vzorci % pracovného cyklu:
Frekvencia je daná:
Aplikácia – Generovanie štvorcových vĺn
Pracovný cyklus astabilného multivibrátora je zvyčajne vyšší ako 50 %. Keď je pracovný cyklus presne 50 %, stabilný multivibrátor produkuje ako výstup štvorcovú vlnu. Pracovné cykly 50 % alebo čokoľvek nižšie je ťažké dosiahnuť s IC 555 fungujúcim ako astabilný multivibrátor, ako už bolo spomenuté. Okruh musí prejsť niekoľkými zmenami.
Pridajú sa dve diódy, jedna paralelne s odporom R 2 a druhý v sérii s odporom R 2 s katódou pripojenou ku kondenzátoru. Výmenou rezistorov R 1 a R 2 , je možné vytvoriť pracovný cyklus v rozsahu 5 % až 95 %. Obvod na vytvorenie výstupu štvorcových vĺn možno nakonfigurovať takto:
V tomto obvode sa kondenzátor nabíja pri prenose prúdu cez R 1 , D 1 a R 2 počas nabíjania. Vybíja sa cez D 2 a R 2 pri vybíjaní.
Časová konštanta nabíjania, T ON = T C , možno vypočítať takto:
A takto získate konštantu doby vybíjania, T VYPNUTÉ = T D :
V dôsledku toho je pracovný cyklus D určený:
Tvorba R 1 a R 2 rovnaká hodnota bude mať za následok štvorcovú vlnu s 50% pracovným cyklom.
Pracovný cyklus menší ako 50 % sa dosiahne, keď R 1 odpor je nižší ako odpor R 2 je za normálnych okolností R 1 a R 2 môžu byť nahradené potenciometrami, aby sa to dosiahlo. Bez použitia akýchkoľvek diód môže byť vytvorený ďalší obvod generátora štvorcových vĺn pomocou astabilného multivibrátora. R 2 je zapojený medzi kolíky 3 a 2, alebo výstupnú svorku a spúšťovú svorku. Nižšie je schéma obvodu:
Proces nabíjania aj vybíjania v tomto obvode prebieha iba cez odpor R 2 . Pri nabíjaní odporom R by kondenzátor nemal byť vystavený vonkajším spojeniam 1 , ktorá by mala byť nastavená na vysokú hodnotu. Okrem toho slúži na zaručenie plného nabitia kondenzátora (V CC ).
Aplikácia – zmeny polohy pulzu
Dva integrované obvody 555 s časovačom, z ktorých jeden beží v nestabilnom režime a druhý v monostabilnom režime, ponúkajú moduláciu polohy impulzov. Po prvé, IC 555 je v nestabilnom režime, modulačný signál sa aplikuje na kolík 5 a IC 555 vytvára ako svoj výstup vlnu modulovanú šírkou impulzu. Spúšťací vstup ďalšieho IC 555, ktorý beží v monostabilnom režime, prijíma tento PWM signál. Umiestnenie výstupných impulzov druhého IC 555 sa mení podľa signálu PWM, ktorý opäť závisí od modulačného signálu.
Nižšie je uvedená konfigurácia obvodu pre modulátor polohy impulzov, ktorý používa dva integrované obvody časovača 555.
Riadiace napätie, ktoré určuje minimálne napätie alebo prahovú úroveň pre prvý IC 555, je upravené tak, aby vytvorilo UTL (Upper Threshold Level).
Keď sa prahové napätie mení v závislosti od použitého modulačného signálu, mení sa aj šírka impulzu a časové oneskorenie. Keď je tento PWM signál aplikovaný na spustenie druhého IC, jediná vec, ktorá sa zmení, je umiestnenie výstupného impulzu, nezmení sa ani jeho amplitúda, ani šírka.
Záver
555 Timer IC môže fungovať ako voľne bežiaci oscilátor alebo astabilný multivibrátor v kombinácii s ďalšími komponentmi. 555 integrované obvody s časovačom v nestabilnom režime sa používajú v širokej škále aplikácií, od generovania sledu impulzov, modulácie a generácií štvorcových vĺn.