IC 555 Pinouts, stabilna, enostabilna, bistabilna vezja z raziskanimi formulami

Prispevek pojasnjuje, kako deluje IC 555, njegove osnovne podrobnosti o pinoutu in kako konfigurirati IC v njegovih običajnih ali priljubljenih načinih stabilnega, bistabilnega in monostabilnega vezja. V prispevku so podrobno opisane tudi različne formule za izračun parametrov IC 555.

Uvod

Naš hobi svet bi bil manj zanimiv brez IC 555. To bi bil eden naših prvih IC, ki bi ga uporabili v elektroniki. V tem članku si bomo ogledali zgodovino IC555, njihove 3 načine delovanja in nekatere njihove specifikacije.

IC 555 je leta 1971 predstavilo podjetje Signetics, ki ga je zasnoval Hans R. Camenzind. Ocenjuje se, da se vsako leto izdela približno 1 milijarda IC 555. To je ena IC 555 za vsakih 7 ljudi na svetu.

Podjetje Signetics je v lasti Philips Semiconductor. Če pogledamo notranji blokovni diagram IC 555, najdemo tri zaporedoma povezane 5K ohmske upore za odločanje o faktorju časa, zato je verjetno tako naprava dobila ime IC 555 timer. Vendar nekatere hipoteze trdijo, da izbira imena nima nobene zveze z notranjimi komponentami IC, bilo je samovoljno izbrano.

Kako deluje IC 555

Standardni IC555 je sestavljen iz 25 tranzistorjev, 15 uporov in 2 diod, integriranih na silicijevi matrici. Na voljo sta dve različici IC, in sicer vojaški in civilni timer 555.

NE555 je IC civilne kakovosti in ima delovno temperaturno območje od 0 do +70 stopinj Celzija. SE555 je IC vojaškega razreda in ima delovno temperaturno območje od -55 do +125 stopinj Celzija.

Našli boste tudi Različica CMOS časovnika, znana kot 7555 in TLC555 ti porabijo manj energije v primerjavi s standardom 555 in delujejo manj kot 5V.

Časovniki različice CMOS so sestavljeni iz MOSFET-jev in ne bipolarnih tranzistorjev, ki so učinkoviti in porabijo manj energije.

IC 555 Pinout in delovne podrobnosti:

1. Zatič 1 : Ozemljitev ali 0V: To je negativni napajalni zatič IC
2. Zatič 2 : Sprožilec ali vhod: Negativni trenutni sprožilec na tem vhodnem zatiču povzroči, da se izhodni zatič 3 dvigne HIGH. To se zgodi s hitrim praznjenjem časovnega kondenzatorja pod spodnjo mejno vrednostjo 1/3 napajalne napetosti. Nato se kondenzator počasi napolni prek časovnega upora, in ko se dvigne nad 2 / 3. nivo napajanja, pin3 spet postane LOW. To vklop / izklop preklopi notranji JAPONKE stopnja.
3. Zatič 3 : Izhod: To je izhod, ki se odzove na vhodne nožice bodisi tako, da gre visoko ali nizko bodisi z nihanjem VKLOP / IZKLOP
4. Zatič 4 : Reset: To je ponastavitveni zatič, ki je vedno povezan s pozitivnim napajanjem za normalno delovanje IC. Ko je ozemljen, začasno ponastavi izhod IC v začetni položaj in če je trajno povezan z maso, onemogoči delovanje IC.
5. Zatič 5 : Nadzor: Na tem zatiču lahko uporabite zunanji spremenljiv enosmerni potencial za nadzor ali modulacijo širine impulza pin3 in generiranje nadzorovanega PWM.
6. Zatič 6 : Threshold: To je pragovni zatič, ki povzroči, da se izhod spusti NIZKO (0V), takoj ko časovni naboj kondenzatorja doseže zgornji prag 2/3 napajalne napetosti.
7. Zatič 7 : Razelektritev: To je izpustni zatič, ki ga krmili notranji flip flop, zaradi česar se časovni kondenzator izprazni takoj, ko doseže prag 2/3 napajalne napetosti.
8. Zatič 8 : Vcc: To je pozitivna vhodna napetost med 5 V in 15 V.

3 načini časovnika:

1. Bistabilni ali Schmittov sprožilec
2. Monostabilen ali en strel
3. Prost

Bistabilen način:

Ko je IC555 konfiguriran v bistabilnem načinu, deluje kot osnovni flip-flop. Z drugimi besedami, ko je podan vhodni sprožilec, preklopi izhodno stanje na ON ali OFF.

Običajno sta v tem načinu delovanja # pin2 in # pin4 priključena na vlečne upore.

Ko je # pin2 kratkotrajno ozemljen, gre izhod na # pin3 visoko za ponastavitev izhoda, # pin4 je trenutno kratkostičen na maso, nato pa je izhod nizek.

Tu ni potrebe po časovnem kondenzatorju, priporočamo pa priključitev kondenzatorja (0,01uF do 0,1uF) na # pin5 in ozemljitev. # pin7 in # pin6 lahko v tej konfiguraciji ostaneta nepovezani.

Tu je preprosto bistabilno vezje:

Ko pritisnete gumb za nastavitev, se izhod preklopi visoko, ko pritisnete gumb za ponastavitev, pa se izhod preklopi v nizko stanje. R1 in R2 sta lahko 10k ohm, kondenzator je lahko kjer koli med navedeno vrednostjo.

Monostabilen način:

Druga uporabna aplikacija časovnika IC 555 je v obliki enkraten ali monostabilen multivibrator vezje , kot je prikazano na spodnji sliki.

Takoj, ko vhodni signal sprožilca postane negativen, se aktivira način enega posnetka, zaradi česar se izhodni zatič 3 dvigne visoko na ravni Vcc. Časovno obdobje izhodnega stanja lahko izračunamo po formuli:

• T_visoko= 1,1 R_TOC

Kot je razvidno na sliki, negativni rob vhoda prisili primerjalnik 2, da preklopi flip-flop. To dejanje povzroči, da gre izhod na zatiču 3 visoko.

Pravzaprav v tem procesu kondenzator C se zaračuna proti VCC preko upora OUT . Medtem ko se kondenzator polni, je izhod na ravni Vcc visok.

Video predstavitev

Ko napetost na kondenzatorju doseže prag 2 VCC / 3, primerjalnik 1 sproži flip-flop in prisili izhod, da spremeni stanje in se zniža.

To naknadno zmanjša praznjenje, zaradi česar se kondenzator izprazni in vzdržuje na približno 0 V do naslednjega vhodnega sprožilca.

Zgornja slika prikazuje celoten postopek, ko se vhod sproži nizko, kar vodi do izhodne valovne oblike za monostabilno delovanje IC 555 z enim samim strelom.

Čas izhoda za ta način se lahko giblje od mikrosekund do več sekund, kar omogoča, da ta operacija postane idealno uporabna za vrsto različnih aplikacij.

Poenostavljena razlaga za začetnike

Monostabilni ali enkračni impulzni generatorji se pogosto uporabljajo v številnih elektronskih aplikacijah, kjer je treba vezje vklopiti za vnaprej določen čas po sprožilcu. Širino izhodnega impulza na # pin3 lahko določimo s pomočjo te preproste formule:

• T = 1,1RC

Kje

• T je čas v sekundah
• R je upornost v ohmih
• C je kapacitivnost v faradih

Izhodni impulz pade, ko je napetost na kondenzatorju enaka 2/3 Vcc. Vhodni sprožilec med dvema impulzoma mora biti večji od RC časovne konstante.

Tu je preprosto monostabilno vezje:

Reševanje praktične monostabilne aplikacije

Poiščite obdobje izhodne valovne oblike za spodnji primer vezja, ko ga sproži negativni impulz roba.

Rešitev:

• T_visoko= 1,1 R_TOC = 1,1 (7,5 x 10^3.) (0,1 x 10^-6) = 0,825 ms

Kako deluje nastavljiv način:

Sklicujoč se na spodnjo sliko stabilnega vezja IC555, kondenzator C se zaračuna proti VCC skozi dva upora R_TOin R_B. Kondenzator se polni, dokler ne doseže nad 2 VCC / 3. Ta napetost postane mejna napetost na zatiču 6 IC. Ta napetost deluje s primerjalnikom 1, da sproži flip-flop, zaradi česar izhod na zatiču 3 postane nizek.

Skupaj s tem se vklopi praznilni tranzistor, kar povzroči, da izhod pin 7 izprazni kondenzator prek upora RB .

To povzroči, da napetost v kondenzatorju pade, dokler končno ne pade pod nivo sprožilca ( VCC / 3). To dejanje takoj sproži stopnjo flip flopa IC, zaradi česar izhod IC postane visok in izklopi izpustni tranzistor. To še enkrat omogoča polnjenje kondenzatorja prek uporov OUT in RB proti VCC .

Časovne intervale, ki so odgovorni za obračanje proizvodnje visoko in nizko, je mogoče izračunati z uporabo relacij

• T_visoko≈ 0,7 (R_TO+ R_B) C
• T_nizko≈ 0,7 R_B C

Skupno obdobje je

• T = obdobje = T_visoko+ T_nizko

Video-vadnica

Poenostavljena razlaga za začetnike

To je najpogosteje uporabljen model multivibratorja ali AMV, kot je oscilatorji, sirene, alarmi , utripalke itd., in to bi bilo eno naših prvih vezij, ki smo jih IC 555 izvedli kot ljubitelje (se spomnite nadomestne utripalke LED?).

Ko je IC555 konfiguriran kot nestalni multivibrator, oddaja neprekinjene pravokotne impulze na # pin3.

Frekvenco in širino impulza lahko regulirate z R1, R2 in C1. R1 je povezan med Vcc in izpustom # pin7, R2 je povezan med # pin7 in # pin2 in tudi # pin6. # Pin6 in # pin2 sta v kratkem stiku.

Kondenzator je povezan med # pin2 in maso.

Pogostost za Nastavljiv multivibrator je mogoče izračunati z uporabo te formule:

• F = 1,44 / ((R1 + R2 * 2) * C1)

Kje,

• F je frekvenca v hercih
• R1 in R2 sta upori v ohmih
• C1 je kondenzator v faradih.

Najboljši čas za vsak impulz, ki ga poda:

• Najvišja = 0,693 (R1 + R2) * C

Kratek čas daje:

• Nizka = 0,693 * R2 * C

Vse 'R' je v ohmih, 'C' pa v ohmih.

Tu je osnovno nestabilno vezje vibratorja:

Pri 555 IC timerjih z bipolarnimi tranzistorji se je treba izogibati R1 z nizko vrednostjo, tako da izhod ostane nasičen blizu talne napetosti med postopkom praznjenja, sicer bi lahko bil 'kratek čas' nezanesljiv in bi lahko za nižji čas videli praktično večje vrednosti od izračunane vrednosti .

Reševanje problematičnega primera

Na naslednji sliki poiščite frekvenco IC 555 in narišite rezultate izhodne valovne oblike.

Rešitev:

Slike valovnih oblik si lahko ogledate spodaj:

IC 555 PWM vezje z diodami

Če želite, da je izhod manjši od 50% delovnega cikla, tj. Krajši čas in daljši čas, lahko preko R2 diodo priključite s katodo na strani kondenzatorja. Imenuje se tudi način PWM za časovnik 555 IC.

Lahko tudi oblikujete a 555 PWM vezje s spremenljivim delovnim ciklom dve diodi, kot je prikazano na zgornji sliki.

Vezje PWM IC 555, ki uporablja dve diodi, je v bistvu nestalno vezje, kjer je čas polnjenja in praznjenja kondenzatorja C1 razcepljen skozi ločene kanale z uporabo diod. Ta sprememba omogoča uporabniku, da ločeno prilagodi obdobja vklopa / izklopa IC in tako hitro doseže želeno hitrost PWM.

Izračun PWM

V vezju IC 555 z dvema diodama lahko formulo za izračun hitrosti PWM dosežemo z naslednjo formulo:

T_visoko≈ 0,7 (odpornost R1 + POT) C

Tu se odpornost POT nanaša na nastavitev potenciometra in raven odpornosti tiste strani posode, skozi katero se polni kondenzator C.

Recimo, da je lonec 5 K lonec in je nastavljen na nivo 60/40, tako da ustvari nivo odpornosti 3 K in 2 K. Nato bi lahko vrednost, odvisno od tega, kateri del upora polni kondenzator, uporabili v zgornjem formula.

Če je kondenzator napolnjen s strani 3 K, je formula lahko rešena kot:

T_visoko≈ 0,7 (R1 + 3000 Ω) C

Po drugi strani pa, če je to 2 K na polnilni strani nastavitve lonca, lahko formulo rešimo kot.

T_visoko≈ 0,7 (R1 + 2000 Ω) C

Ne pozabite, v obeh primerih bo C v Farads. Za pravilno rešitev morate najprej pretvoriti vrednost mikrofarada v shemi v Farad.

Reference: Stackexchange