We hebben gezien dat Multivibratoren en CMOS-oscillatoren gemakkelijk kunnen worden geconstrueerd uit discrete componenten om ontspannings-oscillatoren te produceren voor het genereren van basisgolfuitgangsgolfvormen. Maar er zijn ook speciale IC ‘ s speciaal ontworpen om nauwkeurig de vereiste output golfvorm te produceren met de toevoeging van slechts een paar extra timing componenten.,

een dergelijk apparaat dat al bestaat sinds de begindagen van IC ‘ s en zelf iets van een industrie “standaard” is geworden is de 555 Timer Oscillator die meer algemeen de “555 Timer”wordt genoemd.

de basis 555 timer ontleent zijn naam aan het feit dat er drie intern verbonden 5kω weerstanden zijn die het gebruikt om de twee referentiespanningen van de vergelijkingsapparaten te genereren., De 555 timer IC is een zeer goedkoop, populair en nuttig precisietimingapparaat dat kan fungeren als een eenvoudige timer om enkele pulsen of lange tijdvertragingen te genereren, of als een ontspanningsoscillator die een reeks gestabiliseerde golfvormen van variërende duty cycli van 50 tot 100% produceert.,

de 555-timerchip is een uiterst robuust en stabiel 8-pins apparaat dat kan worden gebruikt als een zeer nauwkeurige Monostable, Bistable of Astable Multivibrator om een verscheidenheid aan toepassingen te produceren, zoals one-shot of delay timers, puls generatie, LED-en lampflitsers, alarmen en toon generatie, logische klokken, frequentieverdeling, voedingen en converters enz., In feite elk circuit dat enige vorm van tijdcontrole vereist omdat de lijst eindeloos is.,

De single 555 Timerchip in zijn basisvorm is een bipolair 8-pins Mini Dual-In-line Package (DIP) apparaat bestaande uit ongeveer 25 transistors, 2 diodes en ongeveer 16 weerstanden die geschikt zijn om twee comparators te vormen, een flip-flop en een hoge stroom uitgangstrap zoals hieronder weergegeven. Naast de 555 Timer is er ook de NE556 Timer Oscillator beschikbaar die twee individuele 555 ‘ s combineert binnen een enkel 14-pins DIP pakket en low power CMOS versies van de enkele 555 timer zoals de 7555 en LMC555 die in plaats daarvan MOSFET transistors gebruiken.,

een vereenvoudigd “blokdiagram” dat de interne circuits van de 555 timer weergeeft, wordt hieronder gegeven met een korte uitleg van elk van de aansluitpennen om een beter begrip te geven van hoe het werkt.

555 Timer Block Diagram

  • • Pin 1. – Grond, de grondpen verbindt de 555 timer met de negatieve (0v) toevoerrail.
  • * Pin 2. – Trigger, de negatieve ingang van comparator 1., Een negatieve puls op deze pin “stelt” de interne Flip-flop wanneer de spanning daalt onder 1/3Vcc waardoor de output om te schakelen van een “lage” naar een “hoge” staat.
  • * Pin 3. – Output, kan de outputspeld om het even welke kring van TTL drijven en kan sourcing of zinkend tot 200mA van stroom bij een outputvoltage gelijk aan ongeveer Vcc – 1.5 V zodat kunnen de kleine sprekers, LEDs of motoren direct aan de output worden aangesloten.
  • * Pin 4. – Het terugstellen, wordt deze speld gebruikt om de interne Flip-flop te “terugstellen” die de staat van de output, speld 3 Controleren., Dit is een active-low ingang en is over het algemeen verbonden met een logica “1” niveau wanneer niet gebruikt om ongewenste resetten van de uitgang te voorkomen.
  • * Pin 5. – Stuurspanning, deze pin regelt de timing van de 555 door het 2/3Vcc niveau van het spanningsdelernetwerk te overschrijven. Door het toepassen van een spanning op deze pin kan de breedte van het uitgangssignaal onafhankelijk van het RC-tijdnetwerk worden gevarieerd. Wanneer niet gebruikt wordt het verbonden met de grond via een 10nF condensator om om het even welk lawaai te elimineren.
  • * Pin 6. – Drempelwaarde, de positieve input voor comparator nr. 2., Deze speld wordt gebruikt om de Flip-flop terug te stellen wanneer het voltage op het 2/3Vcc overschrijdt veroorzakend de output om van “hoog” aan “lage” staat te schakelen. Deze pin sluit direct aan op het RC-tijdcircuit.
  • * Pin 7. – Ontlading, de ontlading pin is direct aangesloten op de Collector van een interne NPN transistor die wordt gebruikt om “ontlading” de timing condensator aan de grond wanneer de uitgang op pin 3 schakelt “laag”.
  • * Pin 8. – Voeding + Vcc, Dit is de voedingspeld en voor algemeen gebruik TTL 555 timers is tussen 4.5 V en 15V.,

De naam van 555 Timers komt van het feit dat er drie 5kω weerstanden intern met elkaar verbonden zijn en een spanningsverdelernetwerk produceren tussen de voedingsspanning bij pin 8 en de grond bij pin 1. De spanning over dit reeksresistieve netwerk houdt de negatieve inverterende ingang van comparator twee bij 2/3Vcc en de positieve niet-inverterende ingang van comparator één bij 1/3Vcc.,

de twee comparators produceren een uitgangsspanning die afhankelijk is van het spanningsverschil aan hun ingangen en die wordt bepaald door de laad-en ontlaadwerking van het extern aangesloten RC-netwerk. De uitgangen van beide comparators zijn verbonden met de twee ingangen van de flip-flop die op zijn beurt een “hoge” of “lage” output op Q produceert op basis van de toestanden van de ingangen. De output van de flip-flop wordt gebruikt om een hoog stroomoutputomschakelingsstadium te controleren om de aangesloten lading te drijven die of een “hoog” of “laag” spanningsniveau bij de outputspeld produceren.,

de 555 timer oscillator wordt het meest gebruikt als een eenvoudige astable oscillator door het verbinden van twee weerstanden en een condensator over de terminals om een vaste pulstrein te genereren met een tijdsperiode die wordt bepaald door de tijdconstante van het RC-netwerk. Maar de 555 timer oscillator chip kan ook worden aangesloten op een verscheidenheid van verschillende manieren om Monostable of Bistable multivibrators evenals de meer voorkomende Astable Multivibrator produceren.,

de Monostable 555 Timer

de werking en uitvoer van de 555 timer monostabel is precies hetzelfde als die van de transistoriseerde die we eerder in de monostable Multivibrators tutorial bekijken. Het verschil deze keer is dat de twee transistors zijn vervangen door de 555 timer. Denk aan de 555 timer monostable circuit hieronder.,

Monostabel 555 Timer

wanneer een negatieve ( 0V ) puls wordt toegepast op de triggeringang (pin 2) van de Monostabel geconfigureerde 555 Timer oscillator, detecteert de interne comparator (comparator No1) deze ingang en “stelt” de toestand van de flip-flop in, waarbij de output wordt veranderd van een “laag” staat naar een “hoge” staat. Deze actie schakelt op zijn beurt ” uit ” de ontladingstransistor aangesloten op pin 7, waardoor de kortsluiting over de externe timing condensator, C1 wordt verwijderd.,

Met deze actie kan de tijdcondensator beginnen op te laden via weerstand, R1 totdat de spanning over de condensator de drempel (pin 6) spanning van 2/3Vcc bereikt die door het interne spanningsdelernetwerk is ingesteld. Op dit punt gaat de uitgang van de comparators “hoog” en “reset” de flip-flop terug naar zijn oorspronkelijke staat die op zijn beurt de transistor “aan” zet en de condensator aan grond door speld 7 ontlaadt. Dit zorgt ervoor dat de output zijn toestand terug verandert naar de oorspronkelijke stabiele “lage” waarde in afwachting van een andere triggerpuls om het timingsproces opnieuw te starten., Dan, zoals voorheen, heeft de Monostable Multivibrator slechts” één ” stabiele toestand.

De monostabiele 555-Tijdschakelkring triggert op een negatieve puls die wordt toegepast op pin 2 en deze triggerpuls moet veel korter zijn dan de breedte van de uitgangsimpuls, zodat de tijd voor het opladen en vervolgens volledig ontladen is. Eenmaal geactiveerd, zal de 555 Monostable in deze “hoge” onstabiele uitvoerstatus blijven totdat de door het R1 x C1 netwerk ingestelde periode is verstreken. De hoeveelheid tijd dat de uitgangsspanning “hoog” of op een logisch “1” niveau blijft, wordt gegeven door de volgende vergelijking van de tijdconstante.,

waarbij t in seconden is, R In Ω en C in Farads.

555 Timer voorbeeld No1

een Monostable 555 Timer is vereist om een tijdsvertraging binnen een circuit te produceren. Als een 10uf-tijdcondensator wordt gebruikt, bereken dan de waarde van de weerstand die nodig is om een minimale vertraging in de uitgangstijd van 500ms te produceren.

500ms is hetzelfde als 0.,5s dus door de bovenstaande formule te herschikken, krijgen we de berekende waarde voor de weerstand, R als:

de berekende waarde voor de tijdweerstand die nodig is om de vereiste tijdconstante van 500ms te produceren is daarom 45,5 KΩ. De weerstandswaarde van 45,5 KΩ bestaat echter niet als standaardwaardeweerstand, dus moeten we de dichtstbijzijnde voorkeurswaardeweerstand van 47kΩ selecteren die beschikbaar is in alle standaard tolerantiebereiken van de E12 (10%) tot de E96 (1%), wat ons een nieuwe herberekende tijdsvertraging van 517ms geeft.,

als dit tijdsverschil van 17ms (500 – 517ms) onaanvaardbaar is in plaats van één enkele tijdsweerstand, kunnen twee verschillende waardeweerstanden in serie met elkaar worden verbonden om de pulsbreedte aan te passen aan de exacte gewenste waarde, of een andere gekozen tijdscondensatorwaarde.

we weten nu dat de tijdvertraging of de uitgangspulsbreedte van een monostable 555 timer wordt bepaald door de tijdconstante van het aangesloten RC-netwerk., Als lange tijdsvertragingen in de 10 seconden nodig zijn, is het niet altijd aan te raden om hoogwaardige tijdcondensatoren te gebruiken, omdat ze fysiek groot en duur kunnen zijn en grote waardetoleranties hebben, bijv. ±20%.

een alternatieve oplossing is om een kleine waarde timing condensator en een veel grotere waardeweerstand tot ongeveer 20MΩ ‘ s te gebruiken om de vereiste tijdsvertraging te produceren., Ook door gebruik te maken van een kleinere waarde timing condensator en verschillende weerstand waarden aangesloten op het door middel van een multi-positie draaischakelaar, kunnen we een Monostable 555 timer oscillator circuit dat verschillende pulsbreedten kan produceren bij elke schakelaar rotatie, zoals de schakelbare Monostable 555 timer circuit hieronder weergegeven produceren.

een schakelbare 555 Timer

We kunnen handmatig de waarden van R en C berekenen voor de afzonderlijke componenten die nodig zijn, zoals we in het voorbeeld hierboven hebben gedaan., Voor de keuze van de componenten die nodig zijn om de gewenste tijdsvertraging te verkrijgen, moeten we echter berekenen met kilohm ’s (KΩ), Megaohm’ s (MΩ), microfarad ’s (µF) of picafarad’ s (pF) en het is heel gemakkelijk om te eindigen met een tijdsvertraging die een factor tien of zelfs honderd uitvalt.

we kunnen ons leven een beetje gemakkelijker maken door gebruik te maken van een soort grafiek genaamd een “Nomograph” die ons zal helpen om de monostable multivibrators verwachte frequentie-output te vinden voor verschillende combinaties of waarden van zowel de R als de C., Bijvoorbeeld,

Monostable Nomograph

dus door geschikte waarden van C en R in het bereik van respectievelijk 0,001 uF tot 100uF en 1kΩ tot 10MΩ te selecteren, kunnen we de verwachte uitgangsfrequentie direct uit de nomograafgrafiek lezen, waardoor eventuele fouten in de berekeningen worden geëlimineerd. In de praktijk mag de waarde van de tijdweerstand voor een monostable 555 timer niet minder dan 1kΩ of groter dan 20MΩ zijn.,

bistable 555 Timer

naast de one shot 555 Monostable configuratie hierboven, kunnen we ook een bistable (twee stabiele toestanden) apparaat produceren waarbij de werking en uitvoer van de 555 Bistable vergelijkbaar zijn met de transistoriseerde die we eerder in de bistable Multivibrators tutorial bekijken.

De 555 Bistable is een van de eenvoudigste circuits die we kunnen bouwen met behulp van de 555 timer oscillator chip. Deze bistable configuratie gebruikt geen RC timing netwerk om een output golfvorm te produceren, dus er zijn geen vergelijkingen nodig om de tijdsperiode van het circuit te berekenen., Denk aan de bistable 555 Timer circuit hieronder.

bistable 555 Timer (flip-flop)

het schakelen van de uitgangsgolfvorm wordt bereikt door de trigger-en resetingangen van de 555 timer te regelen die “hoog” worden gehouden door de twee pull-up weerstanden, R1 en R2. Door de trekkerinput (speld 2) “laag” te nemen, schakelaar in vastgestelde positie, verandert de outputstaat in de “hoge” staat en door de het terugstellen input (speld 4) “laag” te nemen, schakelaar in het terugstellen positie, verandert de output in de “lage” staat.,

dit 555 timercircuit blijft onbeperkt in beide toestanden en is daarom bistable. Dan is de bistable 555 timer stabiel in beide staten, “hoog” en “laag”. De drempelingang (pin 6) is verbonden met de grond om ervoor te zorgen dat het de bistable circuit niet kan resetten zoals het zou doen in een normale timing toepassing.

555 Timer Output

we konden deze 555 Timer tutorial niet afmaken zonder iets te bespreken over de switching en drive mogelijkheden van de 555 timer of zelfs de dual 556 Timer IC.,

de uitgang (pin 3) van de standaard 555-timer of de 556-timer heeft de mogelijkheid om ofwel een belastingsstroom van maximaal 200mA te “zinken” of “bron”, wat voldoende is om uitgangsomzetters zoals relais, gloeilampen, led-motoren, luidsprekers enz.direct aan te drijven met behulp van serieweerstanden of diode-bescherming.,

deze mogelijkheid van de 555 timer om zowel “Sink” (absorberen) als “Source” (supply) Stroom betekent dat het outputapparaat kan worden aangesloten tussen de outputterminal van de 555 timer en de voeding om de ladingsstroom te laten zinken of tussen de outputterminal en de grond om de ladingsstroom te sourcen. Bijvoorbeeld.

Sinking and Sourcing the 555 Timer Output

In het eerste circuit hierboven is de LED verbonden tussen de positieve voedingsrail ( +Vcc ) en de uitgangspin 3., Dit betekent dat de stroom zal “zinken” (absorberen) of stromen in de 555 timer uitgang terminal en de LED zal “aan” wanneer de uitgang is “laag”.

het tweede circuit hierboven laat zien dat de LED is aangesloten tussen de uitgangspin 3 en de grond ( 0v ). Dit betekent dat de stroom zal “Source” (voeding) of stroom uit de 555 timers uitgang terminal en de LED zal “ON” wanneer de uitgang is “hoog”.,

het vermogen van de 555 timer om zowel de uitgangsstroom te laten zinken als bron, betekent dat beide LED ‘ s tegelijkertijd op de uitgangsaansluiting kunnen worden aangesloten, maar slechts één wordt “aan” geschakeld, afhankelijk van of de uitgangsstatus “hoog” of “laag”is. Het circuit aan de linkerkant toont hier een voorbeeld van. de twee LED ‘ s worden afwisselend “aan” en “uit” gezet, afhankelijk van de uitgang. Weerstand, R wordt gebruikt om de LEIDENE stroom tot onder 20mA te beperken.,

we zeiden eerder dat de maximale uitgangsstroom aan of zink of bron van de ladingsstroom via speld 3 ongeveer 200mA bij het maximale voedingsspanning is, en deze waarde is meer dan genoeg om andere logische IC ‘s, LED’ s of kleine lampen, enz.aan te drijven of te schakelen. Maar wat als we apparaten met een hoger vermogen, zoals motoren, elektromagneten, relais of luidsprekers, wilden schakelen of aansturen. Dan zouden we een Transistor moeten gebruiken om de 555 timers uitgang te versterken om een voldoende hoog genoeg vermogen te leveren om de belasting aan te drijven.,

555 Timer Transistor Driver

De transistor in de twee voorbeelden hierboven kan worden vervangen door een Power MOSFET device of Darlington transistor als de belastingstroom hoog is. Bij gebruik van een inductieve belasting, zoals een motor, relais of elektromagneet, is het raadzaam om een vrijloopdiode (of vliegwiel) direct over de belastingsaansluitingen aan te sluiten om eventuele emf-spanningen te absorberen die door het inductieve apparaat worden gegenereerd wanneer deze van toestand verandert.

tot nu toe hebben we gekeken naar het gebruik van de 555 Timer om monostable en bistable output pulsen te genereren., In de volgende tutorial over Golfvormgeneratie zullen we kijken naar het aansluiten van de 555 in een astable multivibrator configuratie. Bij gebruik in de astable modus kunnen zowel de frequentie als de duty cycle van de outputgolfvorm nauwkeurig worden geregeld om een zeer veelzijdige golfvormgenerator te produceren.