zauważyliśmy, że Multiwibratory i oscylatory CMOS mogą być łatwo zbudowane z dyskretnych komponentów do wytwarzania oscylatorów relaksacyjnych do generowania podstawowych kwadratowych form wyjściowych fal. Ale istnieją również dedykowane Układy scalone specjalnie zaprojektowane, aby dokładnie wytworzyć wymagany kształt fali wyjściowej z dodatkiem tylko kilku dodatkowych komponentów czasowych.,

jednym z takich urządzeń, które istnieje od wczesnych dni układów scalonych i samo stało się czymś w rodzaju „standardu” w branży, jest oscylator czasowy 555, który jest powszechnie nazywany „timerem 555”.

Basic 555 timer bierze swoją nazwę od tego, że istnieją trzy wewnętrznie podłączone Rezystory 5kΩ, których używa do generowania napięć referencyjnych dwóch komparatorów., 555 timer IC jest bardzo tanim, popularnym i przydatnym precyzyjnym urządzeniem do pomiaru czasu, które może działać jako prosty timer do generowania pojedynczych impulsów lub długich opóźnień czasowych, lub jako oscylator relaksacyjny wytwarzający ciąg stabilizowanych przebiegów o różnych cyklach pracy od 50 do 100%.,

układ czasowy 555 jest niezwykle wytrzymałym i stabilnym urządzeniem 8-pinowym, które może być obsługiwane jako bardzo dokładny monostabilny, bistabilny lub astabilny multiwibrator do produkcji różnych aplikacji, takich jak timery jednorazowe lub opóźniające, generowanie impulsów, lampy LED i lampy błyskowe, alarmy i generowanie tonów, Zegary logiczne, podział częstotliwości, zasilacze i konwertery itp., w rzeczywistości każdy obwód, który wymaga pewnej formy kontroli czasu, ponieważ lista jest nieskończona.,

pojedynczy układ timera 555 w swojej podstawowej formie jest dwubiegunowym 8-pinowym urządzeniem typu Mini Dual-in-line Package (DIP) składającym się z około 25 tranzystorów, 2 diod i około 16 rezystorów ułożonych w dwa komparatory, klapkę i stopień wyjściowy o wysokim natężeniu prądu, jak pokazano poniżej. Oprócz timera 555 dostępny jest również Ne556 Timer Oscillator, który łączy dwa pojedyncze 555 W Jednym 14-pinowym pakiecie DIP i wersje CMOS o niskiej mocy pojedynczego timera 555, takie jak 7555 i LMC555, które zamiast tego używają tranzystorów MOSFET.,

uproszczony „schemat blokowy” reprezentujący wewnętrzny obwód zegara 555 jest podany poniżej z krótkim wyjaśnieniem każdego z jego pinów łączących, aby pomóc lepiej zrozumieć, jak to działa.

555 SCHEMAT BLOKOWY timera

  • • Pin 1. – Uziemienie, sworzeń uziemienia łączy timer 555 z ujemną szyną zasilającą (0v).
  • * Pin 2. – WYZWALACZ, Wejście ujemne do komparatora nr 1., Ujemny impuls na tym pinu „ustawia” wewnętrzną klapkę, gdy napięcie spadnie poniżej 1 / 3Vcc, powodując przełączenie wyjścia ze stanu” niskiego „na” wysoki”.
  • * Pin 3. – Wyjście, pin wyjściowy może napędzać dowolny obwód TTL i jest w stanie pozyskiwać lub tonąć do 200mA prądu przy napięciu wyjściowym równym około Vcc – 1.5 V, dzięki czemu małe głośniki, Diody LED lub silniki mogą być podłączone bezpośrednio do wyjścia.
  • * Pin 4. – Reset, ten pin służy do „resetowania” wewnętrznej Klapki kontrolującej stan wyjścia, pin 3., Jest to wejście active-low i jest zwykle podłączone do logicznego poziomu „1”, gdy nie jest używane, aby zapobiec niepożądanemu resetowaniu wyjścia.
  • * Pin 5. – Napięcie sterujące, ten pin kontroluje czas 555, nadpisując poziom 2 / 3Vcc sieci rozdzielacza napięcia. Poprzez zastosowanie napięcia do tego Pina szerokość sygnału wyjściowego może być zmieniana niezależnie od sieci rozrządu RC. Gdy nie jest używany, jest podłączony do masy za pomocą kondensatora 10nF, aby wyeliminować hałas.
  • * Pin 6. – Próg, dodatni wkład do komparatora nr 2., Ten pin służy do resetowania Klapki, gdy napięcie przyłożone do niej przekracza 2 / 3Vcc, powodując przełączenie wyjścia ze stanu” HIGH” na „LOW”. Ten pin łączy się bezpośrednio z obwodem rozrządu RC.
  • * Pin 7. – Rozładowanie, pin rozładowczy jest podłączony bezpośrednio do kolektora wewnętrznego tranzystora NPN, który służy do „rozładowania” kondensatora czasowego do masy, gdy wyjście na pin 3 przełącza się „nisko”.
  • * Pin 8. – Zasilanie +Vcc, to jest pin zasilacza i do ogólnego przeznaczenia timery TTL 555 wynoszą od 4,5 V do 15 V.,

Nazwa timerów 555 pochodzi od tego, że istnieją trzy Rezystory 5kω połączone ze sobą wewnętrznie, tworząc sieć rozdzielacza napięcia pomiędzy napięciem zasilającym na pinie 8 a uziemieniem na pinie 1. Napięcie w tej sieci rezystancyjnej serii posiada ujemne wejście odwracające komparatora dwa przy 2 / 3Vcc i dodatnie wejście Nie odwracające do komparatora jeden przy 1 / 3vcc.,

dwa komparatory wytwarzają napięcie wyjściowe zależne od różnicy napięcia na ich wejściach, która jest określona przez działanie ładowania i rozładowania zewnętrznej sieci RC. Wyjścia z obu komparatorów są podłączone do dwóch wejść klapki, która z kolei wytwarza wyjście” wysokiego „lub” niskiego ” poziomu w Q na podstawie stanów wejść. Wyjście z klapki służy do sterowania wysokoprądowym stopniem przełączania wyjścia, aby napędzać podłączone obciążenie, wytwarzając „wysoki” lub „niski” poziom napięcia na styku wyjściowym.,

najczęściej stosuje się oscylator czasowy 555 jako prosty oscylator astabilny, łącząc dwa rezystory i kondensator przez zaciski w celu wygenerowania stałego impulsu o okresie określonym przez stałą czasową sieci RC. Ale układ oscylatora czasowego 555 może być również podłączony na wiele różnych sposobów, aby wyprodukować Multiwibratory monostabilne lub Bistabilne, a także bardziej powszechny multiwibrator astabilny.,

monostabilny Timer 555

działanie i wyjście monostabilnego timera 555 jest dokładnie takie samo jak w przypadku tranzystora, o którym patrzymy wcześniej w monostabilnym multiwibratorze. Różnica tym razem polega na tym, że dwa tranzystory zostały zastąpione przez urządzenie timer 555. Rozważ Obwód monostabilny 555 timer poniżej.,

monostabilny Timer 555

gdy ujemny ( 0V ) impuls jest zastosowany do wejścia wyzwalającego (pin 2) monostabilnego skonfigurowanego oscylatora timera 555, wewnętrzny komparator (komparator No1) wykrywa to wejście i „ustawia” stan klapki, zmieniając wyjście z przełącznika.stan „niski” do stanu „wysoki”. To działanie z kolei wyłącza tranzystor wyładowczy podłączony do Pina 7, usuwając w ten sposób zwarcie na zewnętrznym kondensatorze rozrządu C1.,

Ta akcja pozwala kondensatorowi czasowemu rozpocząć ładowanie przez rezystor, R1, dopóki napięcie w kondensatorze nie osiągnie progu (pin 6) napięcia 2 / 3vcc ustawionego przez wewnętrzną sieć dzielnika napięcia. W tym momencie wyjście komparatorów przechodzi „wysoko” i „resetuje” klapkę z powrotem do stanu pierwotnego, co z kolei „włącza” tranzystor i rozładowuje kondensator do masy przez pin 7. Powoduje to, że wyjście zmienia swój stan z powrotem do pierwotnej stabilnej „niskiej” wartości w oczekiwaniu na kolejny impuls wyzwalający, aby rozpocząć proces pomiaru czasu od nowa., Wtedy, jak poprzednio, multiwibrator monostabilny ma tylko” jeden ” stan stabilny.

monostabilny Obwód timera 555 uruchamia się na ujemnym impulsie przyłożonym do pinu 2, a ten impuls wyzwalający musi być znacznie krótszy niż szerokość impulsu wyjściowego, umożliwiając czas ładowania kondensatora czasowego, a następnie pełne rozładowanie. Po uruchomieniu monostabilny 555 pozostanie w tym” wysokim ” niestabilnym stanie wyjściowym do czasu upłynięcia okresu ustawionego przez sieć R1 X C1. Czas, w którym napięcie wyjściowe pozostaje „wysokie” lub na poziomie logicznym „1”, jest określony następującym równaniem stałej czasowej.,

gdzie, t jest w sekundach, R jest w Ω i C w Faradach.

555 Timer przykład No1

monostabilny Timer 555 jest wymagany do wytworzenia opóźnienia czasowego w obwodzie. Jeśli używany jest kondensator czasowy 10uF, Oblicz wartość rezystora wymaganą do wytworzenia minimalnego opóźnienia czasowego wyjścia wynoszącego 500ms.

500ms to to samo, co 0.,5s więc zmieniając powyższy wzór, otrzymujemy obliczoną wartość dla rezystora, R jako:

obliczona wartość dla rezystora czasowego wymaganego do uzyskania wymaganej stałej czasowej 500ms wynosi zatem 45.5 KΩ. Jednak wartość rezystora 45.5 KΩ nie istnieje jako rezystor o standardowej wartości, więc musielibyśmy wybrać najbliższy preferowany rezystor o wartości 47kΩ, który jest dostępny we wszystkich standardowych zakresach tolerancji od E12 (10%) do E96 (1%), dając nam nowe przeliczone opóźnienie czasowe 517ms.,

Jeśli ta różnica czasu 17ms (500 – 517ms) jest nie do przyjęcia zamiast jednego rezystora czasowego, dwa różne Rezystory wartości mogą być połączone ze sobą szeregowo, aby dostosować szerokość impulsu do dokładnej pożądanej wartości lub inną wartość kondensatora czasowego.

wiemy, że opóźnienie czasowe lub szerokość impulsu wyjściowego monostabilnego timera 555 jest określona przez stałą czasową podłączonej sieci RC., Jeśli wymagane są duże opóźnienia czasowe w ciągu 10 sekund, nie zawsze zaleca się stosowanie kondensatorów rozrządu o wysokiej wartości, ponieważ mogą one być fizycznie duże, drogie i mają duże tolerancje wartości, np. ±20%.

jednym z alternatywnych rozwiązań jest użycie małej wartości kondensatora czasowego i znacznie większego rezystora wartościowego do około 20MΩ do wytworzenia wymaganego opóźnienia czasowego., Również za pomocą jednej mniejszej wartości kondensatora czasowego i różnych wartości rezystorów podłączonych do niego za pomocą wielopozycyjnego przełącznika obrotowego, możemy wyprodukować monostabilny Obwód oscylatora timera 555, który może wytwarzać różne szerokości impulsów przy każdym obrocie przełącznika, takie jak przełączalny monostabilny Obwód timera 555 pokazany poniżej.

a Switchable 555 Timer

możemy ręcznie obliczyć wartości R I C dla poszczególnych komponentów wymaganych, jak to zrobiliśmy w powyższym przykładzie., Jednak wybór komponentów potrzebnych do uzyskania pożądanego opóźnienia czasowego wymaga od nas obliczenia z kilohm (KΩ), Megaohm (Mω), mikrofarad (µF) lub picafarad (PF) i bardzo łatwo jest skończyć z opóźnieniem czasowym, które jest o współczynnik dziesięć lub nawet sto.

możemy uczynić nasze życie nieco łatwiejszym, używając typu wykresu zwanego „Nomografem”, który pomoże nam znaleźć monostabilne multiwibratory spodziewane wyjście częstotliwości dla różnych kombinacji lub wartości zarówno R jak i C., Na przykład

Nomograf monostabilny

tak więc wybierając odpowiednie wartości C i R w zakresach odpowiednio od 0,001 uF do 100uF i 1kω do 10MΩ, możemy odczytać oczekiwaną częstotliwość wyjściową bezpośrednio z wykresu nomografu, eliminując tym samym wszelkie błędy w obliczeniach. W praktyce wartość rezystora czasowego dla monostabilnego timera 555 nie powinna być mniejsza niż 1kΩ lub większa niż 20MΩ.,

bistabilny Timer 555

oprócz konfiguracji monostabilnej one shot 555 powyżej, możemy również wyprodukować urządzenie Bistabilne (dwa stany stabilne) z działaniem i wyjściem Bistabilnego 555, które jest podobne do tranzystorowego, o którym patrzymy wcześniej w samouczku bistabilnych Multiwibratorów.

555 Bistable jest jednym z najprostszych obwodów, które możemy zbudować za pomocą układu oscylatora czasowego 555. Ta konfiguracja bistabilna nie wykorzystuje żadnej sieci czasowej RC do wytworzenia kształtu fali wyjściowej, więc nie są wymagane żadne równania do obliczenia okresu czasu obwodu., Rozważ bistabilny Obwód timera 555 poniżej.

bistable 555 Timer (flip-flop)

przełączanie przebiegu wyjściowego odbywa się poprzez sterowanie wejściami wyzwalania i resetowania timera 555, które są utrzymywane „wysoko” przez dwa rezystory podciągane, R1 i R2. Biorąc wejście wyzwalacza (pin 2) „LOW”, przełącznik w ustawionej pozycji, zmienia stan wyjściowy na stan „HIGH” I biorąc wejście reset (pin 4) „LOW”, przełącznik w pozycji resetowania, zmienia stan wyjściowy na „LOW”.,

ten obwód timera 555 pozostanie w dowolnym stanie na czas nieokreślony i dlatego jest bistabilny. Następnie bistabilny timer 555 jest stabilny w obu stanach, „HIGH” I „LOW”. Wejście progowe (pin 6) jest podłączone do masy, aby upewnić się, że nie można zresetować obwodu bistabilnego, jak w normalnych zastosowaniach czasowych.

wyjście timera 555

nie mogliśmy ukończyć tego samouczka timera 555 bez omówienia czegoś na temat możliwości przełączania i napędu timera 555 lub podwójnego timera 556 IC.,

wyjście (pin 3) standardowego timera 555 lub timera 556 ma możliwość „zatopienia” lub „źródła” prądu obciążenia do maksimum 200mA, co jest wystarczające do bezpośredniego napędzania przetworników wyjściowych, takich jak przekaźniki, żarówki, silniki LED lub głośniki itp., za pomocą rezystorów szeregowych lub ochrony diodowej.,

ta zdolność timera 555 do zarówno „tonącego” (pochłaniania), jak i „źródła” (zasilania) prądu oznacza, że urządzenie wyjściowe może być podłączone między zaciskiem wyjściowym timera 555 a zasilaniem, aby zatopić prąd obciążenia lub między zaciskiem wyjściowym a masą, aby zasilać prąd obciążenia. Na przykład.

w pierwszym obwodzie powyżej DIODA LED jest podłączona między dodatnią szyną zasilającą ( +Vcc ) a pinem wyjściowym 3., Oznacza to, że prąd „opadnie „(pochłonie) lub wpłynie do terminala wyjściowego timera 555, a dioda LED będzie” włączona”, gdy wyjście jest”niskie”.

drugi obwód powyżej pokazuje, że dioda LED jest podłączona między pinem wyjściowym 3 a masą ( 0v ). Oznacza to, że prąd „źródłowy” (zasilający) lub wypływa z terminala wyjściowego 555 timerów, a dioda LED będzie „włączona”, gdy wyjście jest „wysokie”.,

zdolność timera 555 do zarówno zlewu, jak i źródła wyjściowego prądu obciążenia oznacza, że obie diody LED mogą być podłączone do terminala wyjściowego w tym samym czasie, ale tylko jedna zostanie włączona „na” w zależności od tego, czy stan wyjściowy jest „wysoki” czy „niski”. Obwód po lewej stronie pokazuje przykład tego. dwie diody LED zostaną alternatywnie włączone i wyłączone w zależności od wyjścia. Rezystor, R służy do ograniczenia prądu LED poniżej 20mA.,

powiedzieliśmy wcześniej, że maksymalny prąd wyjściowy do zlewu lub źródła prądu obciążenia przez pin 3 wynosi około 200mA przy maksymalnym napięciu zasilania, a ta wartość jest więcej niż wystarczająca, aby napędzać lub przełączać inne układy logiczne, diody LED lub małe lampy itp. Co jednak, gdybyśmy chcieli przełączyć lub sterować urządzeniami wyższej mocy, takimi jak silniki, Elektromagnesy, przekaźniki czy kolumny głośnikowe. Następnie musielibyśmy użyć tranzystora do wzmocnienia wyjścia timerów 555, aby zapewnić wystarczająco wysoką moc wystarczającą do napędzania obciążenia.,

sterownik tranzystora 555 Timer

tranzystor w dwóch powyższych przykładach można zastąpić urządzeniem MOSFET mocy lub tranzystorem Darlingtona, jeśli prąd obciążenia jest wysoki. W przypadku użycia obciążenia indukcyjnego, takiego jak silnik, przekaźnik lub elektromagnes, zaleca się podłączenie Diody wolnego koła zamachowego (lub koła zamachowego) bezpośrednio do zacisków obciążenia, aby wchłonąć wszelkie tylne napięcia emf generowane przez urządzenie indukcyjne, gdy zmieni się stan.

do tej pory przyjrzeliśmy się wykorzystaniu timera 555 do generowania monostabilnych i bistabilnych impulsów wyjściowych., W kolejnym tutorialu o generowaniu fal przyjrzymy się podłączeniu 555 w konfiguracji multiwibratora astable. W trybie astable zarówno częstotliwość, jak i cykl pracy wyjściowego przebiegu mogą być dokładnie kontrolowane w celu wytworzenia bardzo wszechstronnego generatora przebiegu.