Расчет 555 таймера: Расчет таймера 555 — Расчёты — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

555-й таймер. Часть 1. Как устроен и как работает таймер NE555. Расчёт схем на основе NE555

Эта статья посвящена микросхеме, сохраняющей популярность уже более 30 лет и имеющей множество клонов. Встречайте — таймер NE555 (он же — LM555, LC555, SE555, HA555, а также
множество других, есть даже советский аналог — КР1006ВИ1). Такую популярность этой микросхеме обеспечили простота, дешивизна, широкий диапазон напряжений питания (4,5-18В), высокая точность и стабильность (температурный дрейф 0,005% / ^oС, дрейф от напряжения питания — менее 0,1% / Вольт), ну и конечно же, самое главное, — широчайшие возможности применения.

Но, обо всём по порядку. Начнём мы с того, как эта микросхема устроена.

Итак, функциональная схема таймера показана на рисунке 1.

Ноги:

1. GND — земля/общий провод.

2. Trigger — инвертирующий вход компаратора, ответственного за установку триггера. Когда напряжение на этой ноге становится меньше 1/3 Vcc (то есть меньше, чем напряжение на неинвертирующем входе компаратора) — на вход SET триггера поступает логическая 1. Если при этом отсутствуют сигналы сброса на входах Reset, то триггер установится (на его выходе появится логический 0, так как выход инвертированный).

3. Output — выход таймера. На этом выводе присутствует инвертированный сигнал с выхода триггера, то есть когда триггер взведён (на его выходе ноль) — на выводе Output высокий уровень, когда триггер сброшен — на этом выводе низкий уровень.

4. Reset — сброс. Если этот вход подтянуть к низкому уровню, триггер сбрасывается (на его выходе устанавливается 1, а на выходе таймера низкий уровень).

5. Control — контроль/управление. Этот вывод позволяет изменять порог срабатывания компаратора, управляющего сбросом триггера. Если вывод 5 не задействован, то этот порог определяется внутренним делителем напряжения на резисторах и равен 2/3 Vcc. Вывод Control можно использовать, например, для организации обратной связи по току или напряжению (об этом я позднее расскажу).

6. Threshold — порог. Когда напряжение на этом выводе становится выше порогового (которое при незадействованном выводе 5, как вы помните, равно 2/3 Vcc) — происходит сброс триггера и на выходе таймера устанавливается низкий уровень.

7. Discharge — разряд. На этом выходе 555-й таймер имеет транзистор с открытым коллектором. Когда триггер сброшен — этот транзистор открыт и на выходе 7 присутствует низкий уровень, когда триггер установлен — транзистор закрыт и вывод 7 находится в Z-состоянии. (Почему эта нога называется «разряд» вы скоро поймёте.)

8. Vcc — напряжение питания.

Далее, давайте рассмотрим, в чём же основная идея использования этого таймера. Для этого добавим к нашей схеме пару элементов внешней обвязки (смотрим рисунок 2). 4-ю и 5-ю ноги мы пока не будем использовать, поэтому будем считать, что 4-я нога у нас гвоздём прибита к напряжению питания, а 5-я просто болтается в воздухе (с ней и так ничего не будет).

Итак, пусть изначально у нас на второй ноге присутствует высокий уровень. После включения наш триггер сброшен, на выходе триггера высокий уровень, на выходе таймера низкий уровень, на 7-й ноге тоже низкий уровень (транзистор внутри микрухи открыт).

Чтобы произошло переключение триггера — необходимо подать на вторую ногу уровень ниже 1/3 Vcc (тогда переключится компаратор и сформирует высокий уровень на входе Set нашего триггера). Пока уровень на 2-й ноге остаётся выше 1/3 Vcc — наш таймер находится в стабильном состоянии и никаких переключений не происходит.

Ну что ж, — давайте кратковременно подадим на 2-ю ногу низкий уровень (на землю её коротнём, да и всё) и посмотрим что будет происходить.

Как только уровень на 2-й ноге упадёт ниже 1/3 Vcc — у нас сработает компаратор, подключенный к устанавливающему входу триггера (S), что, соответственно, вызовет установку триггера.

На выходе триггера появится ноль (поскольку выход триггера инвертирован), при этом на выходе таймера (3-я нога) установится высокий уровень. Кроме этого транзистор на 7-й ноге закроется и 7-я нога перейдёт в Z-состояние.

При этом через резистор Rt начнёт заряжаться конденсатор Ct (поскольку он больше не замкнут на землю через 7-ю ногу микрухи).

Как только уровень на 6-й ноге поднимется выше 2/3 Vcc — сработает компаратор, подключенный ко входу R2 нашего триггера, что приведёт к сбросу триггера и возврату схемы в первоначальное состояние.

Вот мы и рассмотрели работу схемы, называемой одновибратором или моностабильным мультивибратором, короче говоря, устройства, формирующего единичный импульс.

Как нам теперь узнать длительность этого импульса? Очень просто, — для этого достаточно посчитать, за какое время конденсатор Ct зарядится от 0 до 2/3 Vcc через резистор Rt от постоянного напряжения Vcc.

Сначала решим эту задачку в общем виде. Пусть у нас конденсатор заряжается через резистор R напряжением Vп от начального уровня U₀.

Вспоминаем, как связаны ток и напряжение на конденсаторе: i=C*dU/dt. Ток через резистор: i=(Vп-U)/R. Поскольку это один и тот же ток, который течёт через резистор и заряжает конденсатор, то мы можем составить простое дифференциальное уравнение, описывающее процесс заряда нашего конденсатора: C*dU/dt=(Vп-U)/R.

Преобразуем наше уравнение к виду: RC*dU/dt + U = Vп

Это дифференциальное уравнение имеет решение, вида: U=U₀+(Vп-U₀)*(1-e^-t/RC) ( формула 1 )

Теперь вернёмся к нашей схеме. Зная, что U₀=0, напряжение питания равно Vcc, а конечное напряжение равно 2/3 Vcc, найдём время заряда:

2/3 Vcc = Vcc*(1-e^-t/RC)

2/3 = 1-e^-t/RC

1-2/3 = e^-t/RC

ln(1/3) = -t/RC

Отсюда получаем длительность импульса нашего одновибратора:

t = RC*(-ln(1/3)) ≈ 1,1*RC

А теперь мы нашу схему немного изменим. Добавим в неё ещё один резистор, и чуть изменим подключение ног (смотрим рисунок 3).

Так, что у нас получилось? На старте конденсатор Ct разряжен (напряжение на нём меньше 1/3 Vcc), значит сработает компаратор запуска и сформирует высокий уровень на входе S нашего триггера. Напряжение на 6-й ноге меньше 2/3 Vcc, значит компаратор, формирующий сигнал на входе R2, — выключен (на его выходе низкий уровень, то есть сигнала Reset нет).

Следовательно сразу после включения наш триггер установится, на его выходе появится логический 0, на выходе таймера установится высокий уровень, транзистор на 7-й ноге закроется и конденсатор Ct начнёт заряжаться через резисторы R1, R2. При этом напруга на 2-й и 6-й ногах начнёт расти.

Когда эта напруга вырастет до 1/3 Vcc — пропадёт сигнал Set (отключится компаратор установки триггера), но триггеру пофиг, на то он и триггер, — если уж он установился, то сбросить его можно только сигналом Reset.

Сигнал Reset сформируется верхним на нашем рисунке компаратором, когда напряжение на конденсаторе, а вместе с ним на 2-й и 6-й ногах, достигнет значения 2/3 Vcc (то есть как только напряжение на конденсаторе станет чуть больше — сразу сформируется Reset).

Этот сигнал (Reset) сбросит наш триггер и на его выходе установится высокий уровень. При этом на выходе таймера установится низкий уровень, транзистор на 7-й ноге откроется и конденсатор Ct начнёт разряжаться через резистор R2. Напряжение на 2-й и 6-й ногах начнёт падать. Как только оно станет чуть меньше 2/3 Vcc — верхний компаратор снова переключится и сигнал Reset пропадёт, но установить триггер теперь можно только сигналом Set, поэтому он так и останется в сброшенном состоянии.

Как только напряжение на Ct снизится до 1/3 Vcc (станет чуть ниже) — снова сработает нижний компаратор, формирующий сигнал Set, и триггер снова установится, на его выходе снова появится ноль, на выходе таймера — единица, транзистор на 7-й ноге закроется и снова начнётся заряд конденсатора.

Далее этот процесс так и будет продолжаться до бесконечности — заряд конденсатора через R1,R2 от 1/3 Vcc до 2/3 Vcc (на выходе таймера высокий уровень), потом разряд конденсатора от 2/3 Vcc до 1/3 Vcc через резистор R2 (на выходе таймера низкий уровень).

Таким образом наша схема теперь работает как генератор прямоугольных импульсов, то есть мультивибратор в автоколебательном режиме (когда импульсы сами возникают, без каких-либо внешних воздействий).

Осталось только посчитать длительности импульсов и пауз. Для этого снова воспользуемся формулой 1, которую мы вывели выше.

При заряде конденсатора напряжением Vcc через R1,R2 от 1/3 Vcc до 2/3 Vcc, имеем:

2/3 Vcc = 1/3 Vcc + (Vcc-1/3 Vcc)*(1-e^-t/(R1+R2)C)

1/3 = 2/3*(1-e^-t/(R1+R2)C)

1/2 = 1-e

-t/(R1+R2)C

e^-t/(R1+R2)C = 1/2

t/(R1+R2)C = -ln(1/2)

Отсюда получаем длительность импульса нашего мультивибратора:

tи = -ln(1/2)*(R1+R2)*C ≈ 0,693*(R1+R2)C

Аналогично находим длительность паузы, только теперь у нас начальный уровень 2/3 Vcc, конденсатор мы не заряжаем от Vcc, а разряжаем на землю (т.е. вместо Vп в формулу нужно подставить ноль, а не Vcc) и разряд идёт только через резистор R2:

1/3 Vcc = 2/3 Vcc + (0-2/3 Vcc)*(1-e^-t/R2*C)

2/3*(1-e^-t/R2*C) = 1/3

1-e^-t/R2*C = 1/2

-t/R2*C = 1/2

t/R2*C = -ln(1/2)

Отсюда получаем длительность паузы мультивибратора:

tп = -ln(1/2)*R2*C ≈ 0,693*R2*C

Ну и дальше уже несложно посчитать для нашего мультивибратора период импульса и частоту:

T = tи + tп = -ln(1/2)*(R1+2*R2)*C ≈ 0,693*(R1+2*R2)*C

f = 1/T

Продолжение: Генератор прямоугольных импульсов с регулируемой скважностью, на 555-м таймере.

Интегральный таймер 555

555 — интегральная схема, универсальный таймер — устройство для формирования (генерации) одиночных и повторяющихся импульсов со стабильными временными характеристиками. Впервые выпущен в 1971 году компанией Signetics под обозначением NE555.

Путь в радиолюбительство начинается, как правило, с попытки сборки несложных схем. Если сразу же после сборки схема начинает подавать признаки жизни, — мигать, пищать, щелкать или разговаривать, то путь в радиолюбительство почти открыт. Насчет «разговаривать», скорее всего, получится не сразу, для этого придется прочитать немало книг, спаять и наладить некоторое количество схем, может быть, сжечь большую или маленькую кучу деталей (лучше маленькую).

А вот мигалки и пищалки получаются практически у всех и сразу. И лучшего элемента, чем интегральный таймер NE555 найти для этих опытов, просто не удастся. Для начала рассмотрим схемы генераторов, но перед этим обратимся к фирменной документации — DATA SHEET. Прежде всего, обратим внимание на графическое начертание таймера, которое показано на рисунке 1.

А на рисунке 2 показано изображение таймера из отечественного справочника. Здесь оно приведено просто для возможности сравнения обозначений сигналов у них и у нас, к тому же «наша» функциональная схема показана более подробно и понятно.

Далее показаны еще два рисунка, позаимствованные из даташита. Ну, просто, как рекомендации фирмы производителя.

Рисунок 1.

Рисунок 2.

Одновибратор на базе 555

На рисунке 3 изображена схема одновибратора. Нет, это не половинка мультивибратора, хотя сам он вырабатывать колебания не может. Ему требуется посторонняя помощь, пусть даже небольшая.

Рисунок 3. Схема одновибратора

Логика действия одновибратора достаточно проста. На вход запуска 2 подается кратковременный импульс низкого уровня, как показано на рисунке. В результате на выходе 3 получается прямоугольный импульс длительностью ΔT = 1,1*R*C. Если подставить в формулу R в омах, а C в фарадах, то время T получится в секундах. Соответственно при килоомах и микрофарадах результат будет в миллисекундах.

А на рисунке 4 показано, как сформировать запускающий импульс с помощью простой механической кнопки, хотя это вполне может быть полупроводниковый элемент, — микросхема или транзистор.

Рисунок 4.

В целом одновибратор (иногда называют моновибратор, а у бравых военных в ходу было слово кипп-реле) работает следующим образом. При нажатии на кнопку, импульс низкого уровня на выводе 2 приводит к тому, что на выходе таймера 3 устанавливается высокий уровень. Неспроста этот сигнал (вывод 2) в отечественных справочниках называется запуском.

Транзистор, соединенный с выводом 7 (DISCHARGE) в этом состоянии закрыт. Поэтому, ничто не мешает заряжаться времязадающему конденсатору C. Во времена кипп-реле, конечно, никаких 555 не было, все делалось на лампах, в лучшем случае на дискретных транзисторах, но алгоритм работы был такой же.

Пока конденсатор заряжается, на выходе удерживается напряжение высокого уровня. Если в это время на вход 2 подать еще импульс, состояние выхода не изменится, длительность выходного импульса таким образом уменьшить или увеличить нельзя, повторного запуска одновибратора не произойдет.

Другое дело, если подать импульс сброса (низкий уровень) на 4 вывод. На выходе 3 сразу же появится низкий уровень. Сигнал «сброс» имеет высший приоритет, и поэтому может быть подан в любой момент.

По мере заряда напряжение на конденсаторе возрастает, и, в конце концов, достигает уровня 2/3U. Как было рассказано в предыдущей статье, это есть уровень срабатывания, порог, верхнего компаратора, который приводит к сбросу таймера, что является окончанием выходного импульса.

На выводе 3, появляется низкий уровень и в этот же момент открывается транзистор VT3, который разряжает конденсатор C. На этом формирование импульса заканчивается. Если после окончания выходного импульса, но не раньше, подать еще один запускающий импульс, то на выходе сформируется выходной, такой же, как и первый.

Конечно, для нормальной работы одновибратора запускающий импульс должен быть короче, чем импульс, формирующийся на выходе.

На рисунке 5 показан график работы одновибратора.

Рисунок 5. График работы одновибратора

Как можно использовать одновибратор?

Или как говаривал кот Матроскин: «А какая от этого одновибратора польза будет?» Можно ответить, что достаточно большая. Дело в том, что диапазон выдержек времени, который можно получить от этого одновибратора, может достигать не только несколько миллисекунд, но и доходить до нескольких часов. Все зависит от параметров времязадающей RC цепочки.

Вот, пожалуйста, почти готовое решение для освещения длинного коридора. Достаточно дополнить таймер исполнительным реле или нехитрой тиристорной схемой, а в концах коридора поставить пару кнопок! Кнопку нажал, прошел коридор, и не надо заботиться о выключении лампочки. Все произойдет автоматически по окончании выдержки времени. Ну, это просто информация к размышлению. Освещение в длинном коридоре, конечно, не единственный вариант применения одновибратора.

Как проверить 555?

Проще всего спаять несложную схему, для этого почти не понадобится навесных деталей, если не считать таковыми единственный переменный резистор и светодиод для индикации состояния выхода.

У микросхемы следует соединить выводы 2 и 6 и подать на них напряжение, изменяемое переменным резистором. К выходу таймера можно подсоединить вольтметр или светодиод, конечно же, с ограничительным резистором.

Но можно ничего и не паять, более того, провести опыты даже при «наличии отсутствия» собственно микросхемы. Подобные исследования можно проделать с помощью программы – симулятора Multisim. Конечно, такое исследование очень примитивно, но, тем не менее, позволяет познакомиться с логикой работы таймера 555. Результаты «лабораторной работы» показаны на рисунках 6, 7 и 8.

Рисунок 6.

На этом рисунке можно увидеть, что входное напряжение регулируется переменным резистором R1. Около него можно рассмотреть надпись «Key = A», говорящую о том, что величину резистора можно изменять, нажимая клавишу A. Минимальный шаг регулировки 1%, вот только огорчает, что регулирование возможно лишь в сторону увеличения сопротивления, а уменьшение возможно только «мышкой».

На этом рисунке резистор «уведен» до самой «земли», напряжение на его движке близко к нулю (для наглядности измеряется мультиметром). При таком положении движка на выходе таймера высокий уровень, поэтому выходной транзистор закрыт, и светодиод LED1 не светится, о чем говорят его белые стрелки.

На следующем рисунке показано, что напряжение несколько увеличилось.

Рисунок 7.

Но увеличение происходило не просто так, а с соблюдением некоторых границ, а, именно, порогов срабатывания компараторов. Дело в том, что 1/3 и 2/3, если выразить в десятичных дробях в процентах будут 33,33… и 66,66… соответственно. Именно в процентах показана введенная часть переменного резистора в программе Multisim. При напряжении питания 12В это получится 4 и 8 вольт, что достаточно удобно для исследования.

Так вот, на рисунке 6 показано, что резистор введен на 65%, а напряжение на нем 7,8В, что несколько меньше расчетных 8 вольт. При этом светодиод на выходе погашен, т.е. на выходе таймера до сих пор высокий уровень.

Рисунок 8.

Дальнейшее незначительное увеличение напряжения на входах 2 и 6, всего на 1 процент (меньше не дают возможности программы) приводит к зажиганию светодиода LED1, что и показано на рисунке 8, — стрелочки возле светодиода приобрели красный оттенок. Такое поведение схемы говорит о том, что симулятор Multisim работает достаточно точно.

Если продолжить увеличивать напряжение на выводах 2 и 6, то никакого изменения на выходе таймера не произойдет.

Генераторы на таймере 555

Диапазон частот, генерируемый таймером, достаточно широк: от самой низкой частоты, период которой может достигать нескольких часов, до частот в несколько десятков килогерц. Все зависит от элементов времязадающей цепи.

Если не требуется строго прямоугольная форма сигнала, то можно сгенерировать частоту до нескольких мегагерц. Иногда такое вполне допускается, — форма не важна, но импульсы присутствуют. Чаще всего такая небрежность по поводу формы импульсов допускается в цифровой технике. Например, счетчик импульсов реагирует на фронт или спад импульса. Согласитесь, в этом случае «прямоугольность» импульса никакого значения не имеет.

Генератор импульсов формы меандр

Один из возможных вариантов генератора импульсов формы меандр показан на рисунке 9.

Рисунок 9. Схема генераторов импульсов формы меандр

Временные диаграммы работы генератора показаны на рисунке 10.

Рисунок 10. Временные диаграммы работы генератора

Верхний график иллюстрирует сигнал на выходе (вывод 3) таймера. А на нижнем графике показано, как изменяется напряжение на времязадающем конденсаторе.

Все происходит точно так же, как уже было рассмотрено в схеме одновибратора показанной на рисунке 3, только не используется запускающий одиночный импульс на выводе 2.

Дело в том, что при включении схемы на конденсаторе C1 напряжение равно нулю, именно оно и переведет выход таймера в состояние высокого уровня, как показано на рисунке 10. Конденсатор C1 начинает заряжаться через резистор R1.

Напряжение на конденсаторе возрастает по экспоненте до тех пор, пока не достигнет порога верхнего порога срабатывания 2/3*U. В результате таймер переключается в нулевое состояние, поэтому конденсатор C1 начинает разряжаться до нижнего порога срабатывания 1/3*U. По достижении этого порога на выходе таймера устанавливается высокий уровень и все начинается сначала. Формируется новый период колебаний.

Здесь следует обратить внимание на то, что конденсатор C1 заряжается и разряжается через один и тот же резистор R1. Поэтому время заряда и разряда равны, а, следовательно, форма колебаний на выходе такого генератора близка к меандру.

Частота колебаний такого генератора описывается очень сложной формулой f = 0,722/(R1*C1). Если сопротивление резистора R1 при расчетах указать в Омах, а емкость конденсатора C1 в Фарадах, то частота получится в Герцах. Если же в этой формуле сопротивление будет выражено в килоомах (КОм), а емкость конденсатора в микрофарадах (мкФ) результат получится в килогерцах (КГц). Чтобы получился генератор с регулируемой частотой, то достаточно резистор R1 заменить переменным.

Генератор импульсов с регулируемой скважностью

Меандр, конечно, хорошо, но иногда возникают ситуации, требующие регулирования скважности импульсов. Именно так осуществляется регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока (ШИМ регуляторы), это которые с постоянным магнитом.

Меандром называют прямоугольные импульсы, у которых время импульса (высокий уровень t1) равно времени паузы (низкий уровень t2). Такое название в электронику пришло из архитектуры, где меандром называют рисунок кирпичной кладки. Суммарное время импульса и паузы называют периодом импульса (T = t1 + t2).

Скважность и Duty cycle

Отношение периода импульса к его длительности S = T/t1 называется скважностью. Это величина безразмерная. У меандра этот показатель равен 2, поскольку t1 = t2 = 0,5*T. В англоязычной литературе вместо скважности чаще применяется обратная величина, — коэффициент заполнения (англ. Duty cycle) D = 1/S, выражается в процентах.

Если несколько усовершенствовать генератор, показанный на рисунке 9, можно получить генератор с регулируемой скважностью. Схема такого генератора показана на рисунке 11.

Рисунок 11.

В этой схеме заряд конденсатора C1 происходит по цепи R1, RP1, VD1. Когда напряжение на конденсаторе достигнет верхнего порога 2/3*U, таймер переключается в состояние низкого уровня и конденсатор C1 разряжается по цепи VD2, RP1, R1 до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не упадет до нижнего порога 1/3*U, после чего цикл повторяется.

Изменение положения движка RP1 дает возможность регулировать длительность заряда и разряда: если длительность заряда возрастает, то уменьшается время разряда. При этом период следования импульса остается неизменным, меняется только скважность, или коэффициент заполнения. Ну, это как кому удобней.

На основе таймера 555 можно сконструировать не только генераторы, но и еще много полезных устройств, о которых будет рассказано в следующей статье. Кстати, существуют программы – калькуляторы для расчета частоты генераторов на таймере 555, а в программе – симуляторе Multisim для этих целей есть специальная закладка.

Ранее ЭлектроВести писали, что производство электроэнергии в объединенной энергосистеме (ОЭС) Украины в 2020 году сократилось на 3,3% (на 5 млрд 157,3 млн кВт*ч) по сравнению с 2019 годом — до 148 млрд 809,8 млн кВт*ч, свидетельствуют данные Министерства энергетики.

По материалам: electrik.info.

Конструкции на интегральном таймере 555 — Каталог статей — Каталог статей

Рисунок 1.

Рисунок 2.

Одновибратор на базе 555

Рисунок 3. Схема одновибратора

Рисунок 4.

На рисунке 5 показан график работы одновибратора.

Рисунок 5. График работы одновибратора

Как можно использовать одновибратор?

Как проверить 555?

Рисунок 6.

На следующем рисунке показано, что напряжение несколько увеличилось.

Рисунок 7.

Рисунок 8.

Генераторы на таймере 555

Генератор импульсов формы меандр

Один из возможных вариантов генератора импульсов формы меандр показан на рисунке 9.

Рисунок 9. Схема генераторов импульсов формы меандр

Временные диаграммы работы генератора показаны на рисунке 10.

Рисунок 10. Временные диаграммы работы генератора

Генератор импульсов с регулируемой скважностью

Скважность и Duty cycle

Рисунок 11.

555 нестабильный таймер выдает неверный период / частоту

Я строю схему 555 нестабильного таймера для курса, который должен соответствовать BPM песни. Песня имеет BPM 104, что требует частоты таймера примерно 1,733 Гц.

Схема выглядит следующим образом:

(зеленые провода уходят налево на другой макет, который выглядит следующим образом 🙂

Это трудно увидеть, но конденсатор 0,01 мкФ переходит на контакт 5 таймера 555.

Значения, используемые в схеме следующим образом (измерены с использованием измерителя LCR): R1 = 5,5 кОм R2 = 38,5 кОм Ctotal = 10,02 мкФ

Проблема в том, что схема выдает частоту примерно 1,5, что далеко от желаемой / прогнозируемой частоты 1,733. Питание 5 В подается на обе шины, чип заменен, но безрезультатно. Вот изображение моделируемой схемы в LTspice:

Это из-за некоторых ограничений таймера 555 на частотах около 1 Гц или из-за неправильного подключения с моей стороны?

^{смоделировать эту схему — схема, созданная с использованием CircuitLab}

Джон Биркхед

Как прокомментировали практически все, электролитические конденсаторы обычно не выбираются для приложений с точным временем. Конденсаторы CDE имеют типичные допуски емкости ± 20%, –10% + 50% и –10% + 75%. Таким образом, ваша схема, скорее всего, работает отлично, но значение конденсатора неизвестно.

Однако, поскольку у вас есть встроенная и работающая схема, вы можете использовать ее для оценки значений резисторов, необходимых для работы схемы на желаемой частоте. Если вы находитесь на 1,5 Гц, вы находитесь на 1,5 / 1,733 или 86,6% от вашей целевой частоты. Вы можете достичь 1,733 Гц, умножив значения двух синхронизирующих резисторов на 0,866, что даст (в данном случае) 4,76 кОм и 33,3 кОм. Вы можете сделать математику и поставить параллельно резисторы для достижения этого результата. Даже если бы вы потратили деньги и получили прецизионные резисторы и конденсаторы, таймеры 555 будут варьироваться на пару процентов от микросхемы к микросхеме, так что на практике принято строить схему, которая дает слишком низкую частоту (так же, как Вы сделали) и оставьте контактные площадки для добавления параллельных резисторов к временным резисторам, которые выбраны для компенсации ошибок компонентов.

Удачи!

Схема задержки на ne555

Однажды в студенную зимнюю пору
Нет, просто однажды, понадобился мне надежно работающий одновибратор.
Классикой жанра в этом вопросе считается микросхема таймера NE555.
Нужно ли говорить, что, несмотря на простоту конструкции, из схем, «переползающих» из сайта на сайт, 100% рабочую найти не удалось? — все были по тем или иным причинам неработоспособны.
Поэтому, пришлось рисовать (если уж она окажется похожей на где -то уже приведенную схему — «звиняйте бананів в нас нема»)

Экскурс в историю (нагло стыренный, но измененный)
Наверное нет такого радиолюбителя, который не использовал бы в своей практике эту замечательную микросхему. Ну а уж слышали о ней так точно все.

Её история началась в 1971 году, когда компания Signetics Corporation выпустила микросхему SE555/NE555 под названием «Интегральный таймер» (The IC Time Machine).
На тот момент это была единственная «таймерная» микросхема доступная массовому потребителю, поэтому сразу после поступления в продажу, микросхема завоевала бешеную популярность и среди любителей и среди профессионалов. Появилась куча статей, описаний, схем, использующих сей девайс.
За прошедшие 35 лет практически каждый уважающий себя производитель полупроводников считал свои долгом выпустить свою версию этой микросхемы, в том числе и по более современным техпроцессам. Например, компания Motorola выпускает CMOS версию MC1455. Но при всем при этом в функциональности и расположении выводов никаких различий у всех этих версий нет. Все они полные аналоги друг друга.
Наши отечественные производители тоже не остались в стороне и выпускают эту микросхему под названием КР1006ВИ1.
А вот список заморских производителей, которые выпускают таймер 555 и их коммерческие обозначения:

Описание микросхемы
Много писать не буду — все это легко гуглится, приведу только назначение выводов

3. Выход. Выходное напряжение меняется вместе с напряжением питания и равно Vпит-1,7В (высокий уровень на выходе). При низком уровне выходное напряжение равно примерно 0,25в (при напряжении питания +5в). Переключение между состояниями низкий — высокий уровень происходит приблизительно за 100 нс.
4. Сброс. При подаче на этот вывод напряжения низкого уровня (не более 0,7в) происходит сброс выхода в состояние низкого уровня не зависимо от того, в каком режиме находится таймер на данный момент и чем он занимается. Reset, знаете ли, он и в Африке reset. Входное напряжение не зависит от величины напряжения питания — это TTL-совместимый вход. Для предотвращения случайных сбросов этот вывод настоятельно рекомендуется подключить к плюсу питания, пока в нем нет необходимости.
5. Контроль. Этот вывод позволяет получить доступ к опорному напряжению компаратора №1, которое равно 2/3Vпит. Обычно, этот вывод не используется. Однако его использование может весьма существенно расширить возможности управления таймером. Все дело в том, что подачей напряжения на этот вывод можно управлять длительностью выходных импульсов таймера и таким образом, забить на RC времязадающую цепочку. Подаваемое напряжение на этот вход в режиме моностабильного мультивибратора может составлять от 45% до 90% напряжения питания. А в режиме мультивибратора от 1,7в до напряжения питания. При этом мы получаем ЧМ (FM) модулированный сигнал на выходе. Если же этот вывод таки не используется, то его рекомендуется подключить к общему проводу через конденсатор 0,01мкФ (10нФ) для уменьшения уровня помех и всяких других неприятностей.
6. Останов. Этот вывод является одним из входов компаратора №1. Он используется как эдакий антипод вывода 2. То есть используется для остановки таймера и приведения выхода в состояние низкого уровня. При подаче импульса высокого уровня (не менее 2/3 напряжения питания), таймер останавливается, и выход сбрасывается в состояние низкого уровня. Так же как и на вывод 2, на этот вывод можно подавать как прямоугольные импульсы, так и синусоидальные.
7. Разряд. Этот вывод подсоединен к коллектору транзистора Т6, эмиттер которого соединен с землей. Таким образом, при открытом транзисторе конденсатор С разряжается через переход коллектор-эмиттер и остается в разряженном состоянии пока не закроется транзистор. Транзистор открыт, когда на выходе микросхемы низкий уровень и закрыт, когда выход активен, то есть на нем высокий уровень. Этот вывод может также применяться как вспомогательный выход. Нагрузочная способность его примерно такая же, как и у обычного выхода таймера.
8. Плюс питания. Как и в случае с выводом 1 особо ничего не скажешь. Напряжение питания таймера может находиться в пределах 4,5-16 вольт. У военных версий микросхемы верхний диапазон находится на уровне 18 вольт.

Простой одновибратор
Сказать здесь особо нечего проще привести то, что наваял

«По просьбам трудящихся» добавляю осциллограмму работы одновибратора с временем задержки 0,61с
Измерения производились на 2 (входной) и 3 (выходной) ножках микросхемы

Универсальный таймер от 1 до 26c
Так как плата универсального таймера со временем задержки от 1 до 26с была прорисована, то привожу ее для «общего блага»

Всю нашу жизнь мы отсчитываем промежутки времени, что друг за другом определяют определенные события нашей жизни. В целом без отсчета времени в нашей жизни не обойтись. Ведь именно по часам и минутам мы распределяем свой распорядок дня, а эти дни складываются в недели, месяцы и годы. Можно сказать, что без времени мы бы потеряли какой-то определенный смысл в наших действиях, а еще точнее, в нашу жизнь однозначно бы ворвался хаос. Я уж даже не буду рассказывать про деловых людей, кто каждый день ходит на совещание по часам.
Однако в сегодняшней статье вовсе не о фантастических реалиях возможного отключения всех часов в мире, даже не о гипотетически невероятном, а все же о реально доступном! Ведь если нам надо, если то к чему мы привыкли так необходимо, так зачем же отрешаться от удобного!? Собственно речь пойдет как раз о таймере, который тоже в некотором роде участвует в распределении нашего времени. С помощью самодельного таймера не всегда удобно измерять время, ведь сегодня они доступны даже первоклашке! Прогресс шагнул так далеко, что многофункциональные часы можно купить в Китае за пару баксов. Однако это не всегда панацея.
Скажем если необходимо запускать или отключать какое-то электронное устройство, то лучше всего это реализовать на электронном таймере. Именно он возьмет на себя обязанности по включению и выключению устройства, путем автоматической электронной коммутации управления устройствами. Именно о таком таймере на микросхеме NE 555 я и расскажу.

Схема таймера на микросхеме NE555

Взгляните на рисунок. Как это может показаться банально, но микросхема NE555 именно в этой схеме работает в своем штатном режиме, то есть по прямому назначению. Хотя на самом деле может быть применяться как мультивибратор, как преобразователь аналогового сигнала в цифровой, как микросхема обеспечивающая питание нагрузки от датчика света, как генератор частоты, как модулятор для ШИМ. В общем чего только с ним не придумали за время его существования, которое уже перевалило за 45 лет. Ведь вышла микросхема впервые в далеком 1971.

Теперь все же давайте кратко еще раз пробежимся по подключению микросхемы и принципу работы схемы.

После нажатия на кнопку «reset» мы обнуляем потенциал на входе микросхемы, так как по сути заземляем вход. При этом конденсатор на 150 мКФ оказывается разряжен. Теперь в зависимости от емкости подключенной к ножке 6,7 и земле (150 мКФ), будет зависеть период задержки-выдержки таймера. Заметьте, что здесь также подключен и ряд резисторов 500 кОм и 2.2 мОм, то есть эти резисторы тоже участвуют в формировании задержки-выдержки.

Регулировать задержку можно с помощью переменного резистора 2.2 М (на схеме он постоянный, его можно заменить само собой на переменный). Также время можно менять путем замены конденсатора 150 мкФ.

Так при сопротивлении цепочки резисторов около 1 мОм, задержка будет около 5 мин. Соответственно если выкрутить резистор на максимум и сделать так, чтобы конденсатор заряжался максимально медленно, то можно достичь задержки в 10 минут. Здесь надо сказать, что при начале отсчета таймера загорается зеленый светодиод, когда же срабатывает таймер, то на выводе появляется минусовой потенциал и из-за этого зеленый светодиод гаснет, а загорается красный. То есть в зависимости от того, что вам надо, таймер на включение или выключение, вы можете воспользоваться соответствующим подключением, к красному или зеленому светодиоду. Схема простая и при правильном соединении всех элементов в настройке не нуждается.

P/S Когда я нашел в интернете эту схему, то в ней было еще соединение между выводом 2 и 4, но при таком подключении схема не работала. Может это косяк конкретного экземпляра, может что-то не так во мне или луне на небе в ту ночь, но потом 4 разорвал, 2 вывод подключил к 6 контакту, такое заключение было сделано исходя из других аналогичных схем в интернете и все работало.

В случае необходимости управления таймером силовой нагрузкой, можно использовать сигнал после резистора в 330 Ом. Эта о точка показана красным и зеленым крестиком. Используем обычный транзистор, скажем КТ815 и реле. Реле можно применить на 12 вольт. Пример такой реализации управления силовым питанием приведен в статье датчик свет, сморите ссылку выше. В этом случае можно будет выключать-включать мощную нагрузку.

Datasheet ( Даташит) на таймер NE555

В общем если вы хотите, то можете взглянуть на номинальные параметры и внутреннее устройства таймера, хотя бы в виде принципиальной схемы работы по блокам. Кстати даже в этом даташите будет приведена и схема подключения. Даташит от компании ST, это компания с именем, а значит думается о том, что характеристики здесь могут быть завышены. Если вы возьмете китайский аналог, то вполне возможно параметры будут несколько отличаться. Обратите внимание, что это микросхема может быть с индексом SA555 или SE555.

Подводя итог о таймере на микросхеме NE555

Приведенная здесь схема хотя и работает от 9 вольт, но вполне допускает питание и на 12 вольт. Это значит, что такую схему можно использовать не только для домашних проектов, но и для машины, когда схему напрямую можно будет подключить к бортовой сети автомобиля. Хотя для верности лучше поставить LM 7508 или КРЕНку на 5-9 вольт.
В этом случае такой таймер может быть применен для задержки включения камеры или ее выключения. Возможно применить таймер для «ленивых» указателей поворотов, для обогрева заднего стекла и т.д. Вариантов действительно много.

Остается лишь резюмировать, что время аналоговой техники все же проходит, ведь в данной таймере применены дорогостоящие конденсаторы, особенно это актуально для таймера со значительной задержкой, когда емкости будут большие. Это и деньги и габариты в устройстве таймера. Поэтому если вопрос будет стоять остро об объемах производства, о стабильности работы, то здесь, пожалуй, выиграет даже самый простой микроконтроллер.

Единственное препятствие, так это то, что микроконтроллеры все же надо уметь программировать и применять познание не только электрической части, соединений но и языков, способов программирования, это тоже чье то время, удобство и в конечном счете деньги.

Видео о работе таймера на микросхеме NE555

Для тех кто не любит читать, далее есть маленькое видео.

В видеоуроке канала «Обзоры посылок и самоделки от jakson» будем собирать схему реле времени на основе микросхемы таймера на NE555. Очень простая – мало деталей, что не составит труда спаять все своими руками. При этом многим она будет полезна.

Радиодетали для реле времени

Понадобится сама микросхема, два простых резистора, конденсатор на 3 микрофарада, неполярный конденсатор на 0,01 мкф, транзистор КТ315, диод почти любой, одно реле. Напряжение питания устройства будет от 9 до 14 вольт. Купить радиодетали или готовое собранное реле времени можно в этом китайском магазине.

Схема очень простая.

Схема реле времени на 555 таймере

Любой ее сможет осилить, при наличии необходимых деталей. Сборка на печатной макетной плате, что получится все компактно. В итоге часть платы придется отломать. Понадобится простая кнопка без фиксатора, она будет активировать реле. Также два переменных резистора, вместо одного, который требуется в схеме, поскольку у мастера нет необходимого номинала. 2 мегаома. Последовательно два резистора по 1 мегаому. Также реле, напряжение питания 12 вольт постоянного тока, пропустить через себя может 250 вольт, 10 ампер переменного.

После сборки в итоге таким образом выглядит реле времени на базе 555 таймера.

Все получилось компактно. Единственное, что визуально портит вид, диод, поскольку имеет такую форму, что его невозможно впаять иначе, поскольку у него ножки намного шире, чем отверстия в плате. Все равно получилось довольно неплохо.

Проверка устройства на 555 таймере

Проверим наше реле. Индикатором работы будет светодиодная лента. Так же подсоединим мультиметр. Проверим – нажимаем на кнопку, загорелась светодиодная лента. Напряжение, которое подается на реле – 12,5 вольт. Напряжение сейчас по нулям, но почему то горят светодиоды – скорей всего неисправность реле. Оно старое, выпаяно из ненужной платы.

При изменении положения подстроечных резисторов мы можем регулировать время работы реле. Измерим максимальное и минимальное время. Оно почти сразу же выключается. И максимальное время. Прошло около 2-3 минут – вы сами видите.

Но такие показатели только в представленном случае. У вас они могут быть другие, поскольку зависит от переменного резистора, который вы будете использовать и от емкости электроконденсатора. Чем больше емкость – тем дольше будет работать ваше реле времени.

Заключение

Интересное устройство мы сегодня собрали на NE 555. Все работает отлично. Схема не очень сложная, без проблем многие ее смогут осилить. В Китае продаются некоторые аналоги подобных схем, но интересней собрать самому, так будет дешевле. Применение подобному устройству в быту сможет найти любой. Например, уличный свет. Вы вышли из дома, включили уличное освещение и через какое-то время оно само выключается, как раз, когда вы уже уйдете.

Смотрите все на видео про сборку схемы на 555 таймере.

3 комментария

Полярный резистор? Много я есчо не знаю!

Я тоже использую подобные реле на 555 таймерах в быту.. Одно из применений – это реле задержки выключения мультиметра. Очень полезная вещь, если не хочешь постоянно менять в нём батарейки, мой мультик питается всего от 4.5 Вольт. Только таймер взял 7555, он на полевиках собран и работает в диапазоне от 3 до 18 Вольт с мизерным током потребления. Мне как раз подошёл для моего низковольтного мультика. Работой таймера доволен, уже не раз это реле выключало за меня мой мультик на выходные дни… Мультик на работе используется.
https://youtu.be/C4SQRG5W-24
Схема, плата и мои мысли по ссыклке на яндекс-диске в описании под видео.

таймер имеет нагрузочную способность в 200 мА, 315 – 100. вопрос – зачем транзистор?

Генератор электрических импульсов на таймере 555

Электрический импульс — это кратковременный всплеск напряжения или силы тока. То есть это такое событие в цепи, при котором напряжение резко повышается в несколько раз, а затем так же резко падает к исходной величине. Самый понятный пример — электрический импульс, заставляющий наше сердце биться. Самое же большое количество импульсов возникает у нас в нервных клетках головного и спинного мозга. Мы мыслим и решаем уроки благодаря электрическим импульсам!

А что в электронике? В электронике импульсы применяются повсеместно. Например, в микроконтроллерах или даже в полноценных процессорах домашнего компьютера электрические импульсы задают ритм его работы. Они еще называются тактовыми, или синхро-импульсами. Порой быстродействие вычислительных машин сравнивают именно при помощи значений тактовой частоты.

Все данные внутри электронных устройств тоже передаются при помощи импульсов. Наш интернет, проводной и беспроводной, сотовая связь и даже пульт от телевизора — все используют импульсный сигнал. Попробуем выполнить несколько заданий и на собственном опыте понять особенности генерации электрических импульсов. А начнем мы со знакомства с их важными характеристиками.

1. Период и скважность импульсного сигнала

Представим себе, что мы готовимся к встрече Нового Года и нам просто необходимо сделать мигающую гирлянду. Поскольку мы не знаем, как заставить её мигать самостоятельно, сделаем гирлянду с кнопкой. Будем сами нажимать на кнопку, соединяя тем самым цепь гирлянды с источником питания и заставляя лампочки зажигаться.

Принципиальная схема гирлянды с ручным управлением будет выглядеть так:

Внешний вид макет

Собираем схему и проводим небольшой тест. Попробуем управлять гирляндой согласно нехитрому алгоритму:

нажимаем на кнопку;
ждем 1 секунду;
отпускаем кнопку;
ждем 2 секунды;
переходим к пункту 1.

Это алгоритм периодического процесса. Нажимая на кнопку по алгоритму мы тем самым генерируем настоящий импульсный сигнал! Изобразим на графике его временную диаграмму.

У данного сигнала мы можем определить период повторения и частоту. Период повторения (T) — это отрезок времени, за который гирлянда возвращается в исходное состояние. На рисунке хорошо виден этот отрезок, он равен трем секундам. Величина обратная периоду повторения называется частотой периодического сигнала (F). Частота сигнала измеряется в Герцах. В нашем случае:

F = 1/T = 1/3 = 0.33 Гц

Период повторения можно разбить на две части: когда гирлянда горит и когда она не горит. Отрезок времени, в течение которого гирлянда горит называется длительностью импульса (t).

А теперь самое интересное! Отношение периода повторения (T) к длительности импульса (t) называется скважностью.

S = T / t

Скважность нашего сигнала равна S = 3/1 = 3. Скважность величина безразмерная.

В англоязычной литературе принят другой термин — коэффициент заполнения (Duty cycle). Это величина, обратная скважности.

D = 1 / S = t / T

В случае нашей гирлянды коэффициент заполнения равен:

D = 1 / 3 = 0.33(3) ≈ 33%

Этот параметр более нагляден. D = 33% означает, что треть периода занята импульсом. А, например, при D = 50% длительность высокого уровня сигнала на выходе таймера будет равна длительности низкого уровня.

2. Генерация импульсного сигнала при помощи микросхемы 555

Теперь попробуем заменить человека и кнопку, ведь мы не хотим весь праздник включать и выключать гирлянду каждые 3 секунды.

В качестве автоматического генератора импульсов используем очень известную микросхему семейства 555. Микросхема 555 — это генератор одиночных или периодических импульсов с заданными характеристиками. По-другому данный класс микросхем называют таймерами.

Существуют разные модификации таймера 555, разработанные разными компаниями: КР1006ВИ1, NE555, TLC555, TLC551, LMC555. Как правило, все они имеют одинаковый набор выводов.

Также производители выделяют два режима работы таймера: одновибратор и мультивибратор. Нам подойдет второй режим, именно в нем таймер будет непрерывно генерировать импульсы с заданными параметрами.

Для примера, подключим к таймеру 555 один светодиод. Причем, используем вариант, когда положительный вывод светодиода соединяется с питанием, а земля к таймеру. Позже будет понятно, почему мы делаем именно так.

Принципиальная схема

Внешний вид макета

Примечание. Конденсатор C2 в схеме можно не использовать.

В этой схеме есть три компонента без номиналов: резисторы Ra и Rb, а также конденсатор C1 (далее просто C). Дело в том, что именно с помощью этих элементов настраиваются нужные нам характеристики генерируемого импульсного сигнала. Делается это с помощью несложных формул, взятых из технической документации к микросхеме.

T = 1/F = 0.693*(Ra + 2*Rb)*C; (1)

t = 0.693*(Ra + Rb)*C; (2)

Ra = T*1.44*(2*D-1)/C; (3)

Rb = T*1.44*(1-D)/C. (4)

Здесь F — частота сигнала; T — период импульса; t — его длительность; Ra и Rb — искомые сопротивления. Исходя из этих формул, коэффициент заполнения не может быть меньше 50% (иначе мы получим отрицательное значение сопротивления). Вот это новость! А что же нам делать с гирляндой? Ведь согласно нашей постановке, коэффициент заполнения импульсного сигнала должен быть непременно 33%.

Чтобы обойти это ограничение имеется два способа. Первый способ заключается в использовании другой схемы подключения таймера. Существуют более сложные схемы, которые позволяют варьировать параметр D во всем диапазоне от 0 до 100%. Второй способ не требует переделки схемы. Мы просто-напросто инвертируем выход таймера!

Собственно, в предложенной выше схеме мы это уже и сделали. Вспомним, что катод светодиода мы соединили с выводом таймера. В этой схеме светодиод будет гореть, когда на выходе таймера будет низкий уровень.

Раз так, то нам нужно настроить сопротивления Ra и Rb схемы так, чтобы коэффициент заполнения D был равен 66.6%. Учитывая, что T = 3 сек, а D = 0.66, получаем:

Ra = 3*1.44*(2*0.66 — 1)/0.0001 = 13824 Ом

Rb = 3*1.44*(1-D)/0.0001 = 14688 Ом

На самом деле, если мы будет использовать более точные значения D, то получим Ra = Rb = 14400 Ом. Вряд ли мы найдем резистор с таким номиналом. Скорее всего нам потребуется поставить последовательно несколько резисторов, например: один резистор на 10 КОм и 4 штуки на 1 КОм. Для большей точности можем добавить еще два резистора по 200 Ом.

В результате должно получиться что-то подобное:

В этой схеме используются резисторы на 15 КОм.

3. Подключение группы светодиодов к таймеру 555

Теперь, когда мы научились задавать нужный ритм, соберем небольшую гирлянду. В новой схеме пять светодиодов будут включаться на 0.5 сек каждую секунду. Для такого ритма Ra = 0, Rb = 7.2 кОм. То есть, вместо резистора Ra мы можем поставить перемычку.

Выход микросхемы 555 слишком слабый для того, чтобы одновременно зажечь 5 светодиодов. А ведь в настоящей гирлянде их может быть штук 15, 20 и более. Чтобы решить эту проблему, используем биполярный транзистор, работающий с режиме электронного ключа. Возьмем самый распространенный NPN транзистор 2N2222. Также в этой схеме можно использовать полевой N-канальный транзистор, например 2N7000.

Нашим светодиодам потребуется токозадающий резистор. Суммарный ток пяти параллельно соединенных светодиодов должен быть равен I = 20 мА*5 = 100 мА. Напряжение питания всей схемы 9 Вольт. На светодиоде красного цвета напряжение падает на 2 Вольта. Таким образом закон ома на данном участке цепи имеет вид:

100 мА = (9В-2В)/R;

отсюда R2 = 7В/0.1А = 70 Ом.

Округлим сопротивление до 100 Ом, которое можно получить параллельным соединением двух резисторов на 200Ом. А можно и вовсе оставить один резистор на 200Ом, просто светодиоды будут гореть немного тусклее.

Принципиальная схема

Внешний вид макета

Примечание. Конденсатор C2 в схеме можно не использовать.

Собираем схему, подключаем батарейку и наблюдаем за результатом. Если все работает как надо, закрепим полученные знания, сделав несколько забавных устройств.

Задания

Генератор звука. В схеме гирлянды заменить группу светодиодов на пьезодинамик. Увеличить частоту звука, например, до 100 Гц. Если поднять частоту до 15 кГц, то можно будет отпугивать комаров!
Железнодорожный светофор. Подключить к таймеру два светодиода таким образом, чтобы один соединялся с таймером катодом, а второй анодом. Установить частоту импульсов — 1 Гц.

К размышлению

Как уже говорилось, таймер 555 — очень популярная микросхема. Это объясняется тем, что большинству электронных устройств свойственны периодические процессы. Любой звук — это периодический процесс. ШИМ сигнал, управляющий скоростью двигателя — тоже периодический, причем с изменяющимся коэффициентом заполнения. И как уже говорилось, работа любого микроконтроллера и процессора основана на тактовом сигнале, имеющем очень точную частоту.

На следующем уроке мы сделаем бинарные часы с помощью таймера и двоичного счетчика. Будет немного сложнее, но интереснее!

Полезные ссылки

Сборник проектов на таймере 555

Вконтакте

Facebook

Twitter

Мультивибраторы на на таймере КР1006ВИ1(NE555)

радиоликбез

В современной аппаратуре широко применяют генераторы прямоугольных импульсов, выполненные на таймерах. При простоте схемы они обладают весьма высокими эксплуатационными характеристиками. Стабильность частоты генерации обеспечена принципом действия микросхемы.

Так как образцовое напряжение на оба компаратора DA1 и DA2 (рис. 2.36) задают внутренние делители напряжения R1—R3, пороги срабатывания компараторов сдвигаются пропорционально изменению питающего напряжения, и напряжение, заряжающее конденсатор С1, меняется в той же пропорции, компенсируя погрешность. Уход частоты генератора при изменении напряжения питания на 1 В не превышает 0,1%.

В литературе описано много генераторов на таймерах. Схема простейшего из них изображена на рис. 5.39, а. За счет объединения обоих управляющих входов — выводы 2 и 6 — микросхема работает как триггер Шмитта. Времязадающая RC-цепь состоит из одного резистора (R1) и одного конденсатора (С1) и может быть легко приспособлена для перекрытия диапазона частот.

В момент подачи напряжения питания на входе таймера будет напряжение низкого уровня, на выходе — высокого. Конденсатор С1 начинает заряжаться. Как только напряжение на конденсаторе достигнет значения 2/3 U_п сработает компаратор DA1. Он переключит внутренний триггер, и уровень выходного напряжения сменится на низкий. Конденсатор С1 начнет разряжаться. Когда напряжение на входе микросхемы снизится до 1/3 U_п, компаратор DA2 вызовет обратное переключение триггера и начнется новый цикл работы. В установившемся режиме генерации напряжение на конденсаторе колеблется в пределах от 1/3 U_п до 2/3 U_п (рис. 5.39,б),

Таймер КР1006ВИ1 устойчиво генерирует вплоть до частоты 1 МГц. Выходное напряжение, заряжающее конденсатор С1, немного меньше напряжения питания: U¹вых=Uп—Uкэ, где Uкэ — падение напряжения на выходном биполярном транзисторе таймера. Это — недостаток рассмотренного варианта генератора. Вычитаемое напряжение Uкэ = 0,6…0,9 В служит причиной неравенства длительности стадий зарядки и разрядки, а также нестабильности частоты.

Включением дополнительного резистора R2 сопротивлением 1…2 кОм разность Uп—U¹вых можно уменьшить, улучшив тем самым параметры генератора. Скважность становится практически равной 2, а уход частоты при изменении питания от 5 до 12 В (без нагрузки) менее 0,1%. Однако резистор R2 дополнительно нагружает источник питания при U⁰вых.

Период колебаний можно определить, приняв U¹вых ≈Uп; U⁰вых ≈0В,

tз ≈ 0,7R1C1, (5.16)

tp ≈ 0,7R1C1, (5.17)

следовательно, период колебаний

T=tз+tp=1,4R1C1. (5.18)

Вариант генератора на рис. 5.39, в работает подобно рассмотренному с тем лишь отличием, что зарядка конденсатора происходит, когда выходное напряжение имеет низкий уровень, и разрядка — высокий.

На частоту этих генераторов влияет сопротивление нагрузки, что является существенным их недостатком. Так, при напряжении питания Uп= 12 В (R2=1 кОм, см. рис. 5.39, а) изменение нагрузки в пределах от 10 до 1 кОм вызывает уход частоты на 2,5%.

На практике чаще употребляют генератор по схеме рис. 5.40, а свободный от этого недостатка. Здесь резистор R3 и выключатель SA1 служат для прерывания колебаний. При замкнутых контактах генерация прекращается. Если прерывания не требуется, эту цепь исключают, а вывод 4 таймера соединяют с плюсовым проводом питания, как обычно.

Зарядный ток конденсатора С1 протекает через резисторы R1 и R2. У транзистора VT1 таймера (см. рис. 2.36) коллектор соединен с выводом 7, поэтому транзистор в это время закрыт. Выходное напряжение имеет

Рис. 5.40. Мультивибратор на таймере КР1006ВИ1 с улучшенными параметрами:а — принципиальная схема; б — схема мультивибратора, позволяющая изменять скважность выходных сигналов

высокий уровень. После достижения на конденсаторе С1 напряжения 2/3 U_n произойдет переключение внутреннего триггера, одновременно с переключением выходных транзисторов таймера откроется и транзистор VT1 и начнется разрядка конденсатора.

Разрядный ток течет через резистор R2 и выходной транзистор VT1. Так как на выводе 7 таймера напряжение практически равно нулю, подзарядки конденсатора не происходит. Когда напряжение на конденсаторе С1 уменьшится до 1/3 Un, произойдет очередное переключение, транзистор VT1 закроется и начнется новый цикл работы. В этом генераторе хронирующая цепь и выход таймера не связаны между собой. Для возникновения самовозбуждения следует обеспечить сопротивление R2≥3 кОм.

Временные диаграммы работы генератора такие же, как и у предыдущего.

Время зарядки конденсатора С1

(5.19)

а время разрядки

t_p = 0,693R2C1 ≈ 0,7R2C1. (5.20)

Период колебаний, таким образом,

T=tз+tр = 0,7(R1+ 2R2) С1, (5.21)

а частота колебаний

f = 1/T= 1,44/ [ (R1 + 2R2) С1 ]. (5.22)

Важно отметить, что напряжение питания не входит в эти формулы, т. е. не влияет на частоту генерирования.

Так как R1 + R2>R2, длительность зарядки t₁ (в течение которой Uвых имеет высокий уровень) всегда превышает длительность t₂. Скважность выходного напряжения

Q= (t₁+t₂) /t₁ = T/t₁= (R1+R2)/R1. (5.23)

Если желательно иметь симметричный выходной сигнал, следует параллельно резистору R включить диод VD1, выведя тем самым резистор R2 из цепи зарядки конденсатора. Еще один диод — VD2, включенный последовательно с резистором R2 (рис. 5.40,б), создает равные условия для разрядки, в результате чего отношение t₁/t₂ становится эквивалентным отношению R1/R2. Хронирующая цепь с диодами позволяет регулировать скважность в широких пределах.

Когда требования к симметрии выходных сигналов не очень высоки, можно ограничиться только одним диодом VD1.

Рис. 5.41. Схема мультивибраторов на таймере КР1006ВИ1, обеспечивающая выходные импульсы со скважностью Q = 2

Выходное напряжение строго симметричной формы со скважностью 2 можно получить, добавив последовательно с резистором RC-цепи полевой транзистор VT1 (рис. 5.41). Сопротивление этого транзистора в открытом состоянии должно быть, по меньшей мере, в сто раз меньше сопротивления зарядного резистора R1, если необходимо обеспечить ошибку в симметрии менее 1 %.

Когда выходное напряжение имеет высокий уровень, транзистор VT1 открыт и конденсатор С1 заряжается. Когда напряжение на конденсаторе достигнет 2/3 U_n, сработает компаратор DA1 и напряжение на выходе упадет до низкого уровня. В этот момент полевой транзистор VT1 закроется, отключая RC-цепь от источника питания, а внутренний транзистор VT1 таймера (рис. 2.36) откроется, разряжая конденсатор. Когда напряжение на входах компараторов снизится до 1/3 U_n, произойдет новое переключение и описанный процесс будет повторяться. Поскольку при разрядке конденсатора RC-цепь отключена от источника питания, продолжительность циклов зарядки и разрядки одинакова. Строгая симметричность выходных импульсов такого генератора зависит от точности, с которой подобраны сопротивления резисторов внутреннего делителя, создающего образцовые напряжения для компараторов. Оптимальное напряжение питания для генератора по схеме на рис. 5.41—от 12 до 15 В. При меньшем напряжении параметры транзистора VT1 сильнее сказываются на качестве работы. Частота генерации fген = 0,72/ (R1С1).

После включения питания, когда напряжение на конденсаторе С1 равно нулю, первый интервял выходного напряжения длится дольше, чем последующие в установившемся режиме. Продолжительность его равна t₀= 1,1 (R1 + R2)C1.

Частотную модуляцию колебаний можно реализовать, подавая модулирующее напряжение на вывод 5 таймера, на котором действует образцовое напряжение компаратора DAI, U_обр = 2/3U_n (рис. 5.42). При изменении образцового напряжения для обеспечения срабатывания компаратора напряжение на другом его входе — выводе 6 — должно измениться таким же образом. Поскольку напряжение на выводе 6 определяется временем зарядки и разрядки конденсатора С1, длительность интервалов t_I и t₂ будет

Рис. 5.42. Способ частотной модуляции колебаний мультивибратора на таймере КР1006ВИ1 (а) и его временные диаграммы (б)

меняться пропорционально модулирующему напряжению (рис. 5.42,б). Для успешной работы необходимо соблюдать условие f_ген >> f_мод

Cмотрите также: Одновибратор на таймере КР1006ВИ1 (NE 555)

555 Oscillator Tutorial — The Astable Multivibrator

Таймер 555 IC может быть подключен либо в его моностабильном режиме, создавая прецизионный таймер фиксированной продолжительности времени, либо в его бистабильном режиме для выполнения переключающего действия триггерного типа. Но мы также можем подключить микросхему таймера 555 в нестабильном режиме, чтобы создать очень стабильную схему 555 Oscillator для генерации высокоточных сигналов свободного хода, выходная частота которых может регулироваться с помощью подключенной извне RC-цепи, состоящей всего из двух резисторов. и конденсатор.

Осциллятор 555 — это другой тип релаксационного генератора для генерации стабилизированных прямоугольных выходных сигналов либо с фиксированной частотой до 500 кГц, либо с переменным коэффициентом заполнения от 50 до 100%. В предыдущем уроке по таймеру 555 мы видели, что моностабильная схема вырабатывает одиночный выходной импульс с однократным импульсом при срабатывании триггерного входа на контакте 2.

В то время как моностабильная схема 555 остановилась по истечении заданного времени, ожидая повторного запуска следующего триггерного импульса, для того, чтобы заставить генератор 555 работать как нестабильный мультивибратор, необходимо постоянно повторно запускать микросхему 555 IC после каждого временной цикл.

Этот повторный запуск в основном достигается путем соединения входа триггера (контакт 2) и входа порога (контакт 6) вместе, тем самым позволяя устройству действовать как нестабильный генератор. Тогда осциллятор 555 не имеет стабильных состояний, поскольку он постоянно переключается из одного состояния в другое. Также единственный синхронизирующий резистор предыдущей схемы моностабильного мультивибратора был разделен на два отдельных резистора, R1 и R2, с их переходом, подключенным к входу разряда (вывод 7), как показано ниже.

Базовая схема генератора Astable 555

В приведенной выше схеме генератора 555 контакты 2 и 6 соединены вместе, что позволяет схеме повторно запускать себя в каждом цикле, позволяя ей работать как автономный генератор. Во время каждого цикла конденсатор C заряжается через оба синхронизирующих резистора, R1 и R2, но разряжается только через резистор R2, поскольку другая сторона R2 подключена к разрядному выводу , вывод 7.

Затем конденсатор заряжается до 2/3 В постоянного тока (верхний предел компаратора), который определяется комбинацией 0,693 (R1 + R2) C, и разряжается до 1/3 В постоянного тока (нижний предел компаратора), определяемый 0,693 (R2 * В) комбинация. Это приводит к форме выходного сигнала, уровень напряжения которого приблизительно равен Vcc — 1,5 В, а периоды времени «ВКЛ» и «ВЫКЛ» на выходе определяются комбинацией конденсатора и резистора. Таким образом, индивидуальное время, необходимое для завершения одного цикла зарядки и разрядки выхода, составляет:

Время зарядки и разрядки генератора Astable 555

Где R — в Ом, а C — в фарадах.

При подключении в качестве нестабильного мультивибратора выходной сигнал осциллятора 555 будет продолжать бесконечно заряжаться и разряжаться между 2/3 В и 1/3 В постоянного тока до тех пор, пока не будет отключен источник питания. Как и в случае с моностабильным мультивибратором, время зарядки и разрядки, а, следовательно, и частота, не зависят от напряжения питания.

Таким образом, продолжительность одного полного временного цикла равна сумме двух отдельных моментов времени, когда конденсатор заряжается и разряжается вместе, и определяется как:

555 Время цикла осциллятора

Выходная частота колебаний может быть найдена путем обращения приведенного выше уравнения для общего времени цикла, что дает окончательное уравнение для выходной частоты генератора Astable 555 как:

555 Уравнение частоты осциллятора

Изменяя постоянную времени только одной из комбинаций RC, можно точно установить коэффициент заполнения Duty Cycle , более известный как отношение «Mark-to-Space» формы выходного сигнала, которое выражается как отношение резистора R2 к резистору. R1.Рабочий цикл генератора 555, который представляет собой отношение времени «ВКЛ» к времени «ВЫКЛ», определяется по формуле:

555 Рабочий цикл осциллятора

Рабочий цикл не имеет единиц, так как это отношение, но может быть выражено в процентах (%). Если оба синхронизирующих резистора, R1 и R2, равны по величине, то выходной рабочий цикл будет 2: 1, то есть 66% времени включения и 33% времени выключения по отношению к периоду.

555 Генератор Пример №1

Генератор Astable 555 построен с использованием следующих компонентов: R1 = 1 кОм, R2 = 2 кОм и конденсатор C = 10 мкФ.Рассчитайте выходную частоту генератора 555 и рабочий цикл выходного сигнала.

т ₁ — время «ВКЛ» заряда конденсатора рассчитывается как:

т ₂ — время «ВЫКЛ» разряда конденсатора рассчитывается как:

Таким образом, общее периодическое время (T) рассчитывается как:

Таким образом, выходная частота ƒ задается как:

Получение значения рабочего цикла:

В качестве синхронизирующего конденсатора C заряжается через резисторы R1 и R2, но разряжается только через резистор R2, выходной рабочий цикл можно изменять от 50 до 100%, изменяя значение резистора R2.При уменьшении значения R2 рабочий цикл увеличивается до 100%, а при увеличении R2 рабочий цикл уменьшается до 50%. Если резистор R2 очень велик по сравнению с резистором R1, выходная частота нестабильной цепи 555 будет определяться только R2 x C.

Проблема с этой базовой нестабильной конфигурацией генератора 555 заключается в том, что рабочий цикл, отношение «метка к промежутку» никогда не опускается ниже 50%, поскольку наличие резистора R2 предотвращает это. Другими словами, мы не можем сделать время включения выходов короче, чем время выключения, так как (R1 + R2) C всегда будет больше, чем значение R1 x C.Одним из способов решения этой проблемы является подключение диода обхода сигнала параллельно резистору R2, как показано ниже.

Улучшенный рабочий цикл генератора 555

При подключении этого диода, D1 между входом триггера и входом разряда , синхронизирующий конденсатор теперь будет заряжаться напрямую только через резистор R1, поскольку резистор R2 эффективно закорочен диодом. Конденсатор нормально разряжается через резистор R2.

Дополнительный диод D2 может быть подключен последовательно с разрядным резистором R2, если требуется, чтобы синхронизирующий конденсатор заряжался только через D1, а не через параллельный путь R2.Это связано с тем, что во время процесса зарядки диод D2 включен с обратным смещением, блокируя прохождение тока через себя.

Теперь предыдущее время зарядки t ₁ = 0,693 (R1 + R2) C изменено с учетом этой новой схемы зарядки и дается как: 0,693 (R1 x C). Поэтому рабочий цикл задается как D = R1 / (R1 + R2). Тогда для создания рабочего цикла менее 50% резистор R1 должен быть меньше резистора R2.

Хотя предыдущая схема улучшает рабочий цикл выходного сигнала путем зарядки синхронизирующего конденсатора C1 через комбинацию R1 + D1 и затем разряжает его через комбинацию D2 + R2, проблема с этой компоновкой схемы заключается в том, что схема генератора 555 использует дополнительные компоненты, т.е.е. два диода.

Мы можем улучшить эту идею и очень легко получить фиксированную прямоугольную форму выходного сигнала с точным коэффициентом заполнения 50% и без необходимости в каких-либо дополнительных диодах, просто переместив положение зарядного резистора R2 на выход (контакт 3). как показано.

Генератор с нестабильным рабочим циклом 50%

Генератор 555 теперь производит 50% рабочего цикла в качестве синхронизирующего конденсатора, C1 теперь заряжается и разряжается через тот же резистор R2, а не разряжается через вывод 7 разряда таймера, как раньше.Когда на выходе генератора 555 высокий уровень, конденсатор заряжается через R2, а когда на выходе низкий уровень, он разряжается через R2. Резистор R1 используется для обеспечения полной зарядки конденсатора до того же значения, что и напряжение питания.

Однако, поскольку конденсатор заряжается и разряжается через один и тот же резистор, приведенное выше уравнение для выходной частоты колебаний должно быть немного изменено, чтобы отразить это изменение схемы. Тогда новое уравнение для 50% нестабильного осциллятора 555 дается как:

Уравнение частоты рабочего цикла 50%

Обратите внимание, что резистор R1 должен быть достаточно высоким, чтобы гарантировать, что он не мешает зарядке конденсатора для обеспечения требуемого рабочего цикла 50%.Также изменяя значение конденсатора синхронизации, C1 изменяет частоту колебаний нестабильной цепи.

Применение осциллятора 555

Ранее мы говорили, что максимальный выход для потребления или источника тока нагрузки через контакт 3 составляет около 200 мА, и этого значения более чем достаточно для управления или переключения других логических ИС, нескольких светодиодов или небольшой лампы и т. Д., И что нам понадобится использовать биполярный транзистор или полевой МОП-транзистор для усиления выходного сигнала 555 для управления большими токовыми нагрузками, такими как двигатель или реле.

Но осциллятор 555 может также использоваться в широком диапазоне схем и приложений генератора сигналов, которые требуют очень небольшого выходного тока, например, в электронном испытательном оборудовании для создания всего диапазона различных выходных тестовых частот.

Модель 555 также может использоваться для создания очень точных синусоидальных, прямоугольных и импульсных сигналов или в качестве светодиодных или ламповых мигалок и диммеров для простых схем создания шума, таких как метрономы, генераторы тонов и звуковых эффектов и даже музыкальные игрушки для Рождества.

Мы могли бы очень легко построить простую схему генератора 555 для мигания нескольких светодиодов «ВКЛ» и «ВЫКЛ», подобных показанному, или для создания высокочастотного шума из громкоговорителя. Но один очень хороший и простой в реализации научный проект с использованием нестабильного осциллятора 555 — это электронный метроном.

Метрономы — это устройства, используемые для отметки времени в музыкальных произведениях путем воспроизведения регулярных и повторяющихся музыкальных ритмов или щелчков. Простой электронный метроном может быть создан с использованием генератора 555 в качестве основного устройства отсчета времени, и путем регулировки выходной частоты генератора можно установить темп или «количество ударов в минуту».

Так, например, темп 60 ударов в минуту означает, что один удар будет происходить каждую секунду, а с точки зрения электроники это соответствует 1 Гц. Таким образом, используя некоторые очень распространенные музыкальные определения, мы можем легко построить таблицу различных частот, необходимых для нашей схемы метронома, как показано ниже.

Таблица частот метронома

Музыкальное определение	Оценка	Ударов в минуту	Время цикла (T)	Частота
Ларгетто	Очень медленно	60	1 сек	1.0 Гц
Анданте	Медленная	90	666 мс	1,5 Гц
Модерато	Средний	120	500 мс	2,0 Гц
Аллегро	Быстро	150	400 мс	2,5 Гц
Presto	Очень быстро	180	333 мс	3,0 Гц

Диапазон выходной частоты метронома был просто рассчитан как величина, обратная 1 минуте или 60 секундам, деленная на необходимое количество ударов в минуту, например (1 / (60 секунд / 90 ударов в минуту) = 1.5 Гц) и 120 ударов в минуту эквивалентны 2 Гц и так далее. Таким образом, используя наше теперь знакомое уравнение выше для расчета выходной частоты нестабильной схемы генератора 555, можно найти отдельные значения R1, R2 и C.

Период времени выходного сигнала для нестабильного осциллятора 555 задается как:

Для нашей схемы электронного метронома значение резистора синхронизации R1 можно найти, изменив приведенное выше уравнение, чтобы получить:

Предполагая значение резистора R2 = 1 кОм и конденсатора C = 10 мкФ, значение резистора синхронизации R1 для нашего частотного диапазона дается от 142 кОм при 60 ударах в минуту до 46 к 1 Ом при 180 ударах в минуту, поэтому переменный резистор (потенциометр) 150 кОм будет более чем достаточно для схемы метронома, чтобы воспроизвести полный диапазон требуемых ударов и даже больше.Тогда последняя схема для нашего примера электронного метронома будет иметь следующий вид:

555 Электронный метроном

Эта простая схема метронома демонстрирует только один простой способ использования генератора 555 для создания слышимого звука или ноты. Он использует потенциометр 150 кОм для управления всем диапазоном выходных импульсов или ударов, и, поскольку он имеет значение 150 кОм, его можно легко откалибровать, чтобы получить эквивалентное процентное значение, соответствующее положению потенциометра.Например, 60 ударов в минуту равны 142,3 кОм или 95% вращения.

Аналогичным образом, 120 ударов в минуту равны 70,1 кОм или 47% вращения и т.д. необходимо учитывать при расчете выходной частоты или периода времени.

Хотя приведенная выше схема представляет собой очень простой и забавный пример генерации звука, можно использовать осциллятор 555 в качестве генератора / синтезатора шума или для создания музыкальных звуков, тонов и сигналов тревоги путем создания частотно-регулируемого генератора. генератор сигналов отношения метка / пространство.

В этом руководстве мы использовали только одну схему генератора 555 для создания звука, но путем каскадного соединения двух или более микросхем генератора 555 можно создать различные схемы для создания целого ряда музыкальных и звуковых эффектов. Одной из таких новинок является сирена полицейской машины «Ди-Да», представленная в примере ниже.

555 Генератор полицейской сирены «Ди-Да»

Схема имитирует звуковой сигнал тревоги, имитирующий звук полицейской сирены.IC1 подключен как несимметричный нестабильный мультивибратор с частотой 2 Гц, который используется для частотной модуляции IC2 через резистор 10 кОм. Выходной сигнал IC2 симметрично чередуется между 300 Гц и 660 Гц, занимая 0,5 секунды для завершения каждого цикла чередования.

555 Таймер Math | Блог Математических встреч

Цитата дня

При тяжелой работе можно схватить трудный материал.Постепенно новичок может стать мастером.
— Джошуа Вайцкин. Чемпион мира по тайцзи, герой книги «В поисках Бобби Фишера». Он работает с Khan Academy, чтобы продвигать обучение через упорный труд.

Введение

Рисунок 1: Classic 555 в 8-контактном DIP-корпусе.

Я никогда не использовал таймер 555 для домашнего проекта, и теперь у меня есть несколько приложений для этого удобного устройства в моей хижине в Северной Миннесоте. Я думал, что расскажу о некоторых основах в этом посте.Конечно, этот материал рассматривается в других местах, но мне нужно проработать все детали самому, чтобы действительно понять часть. Мне нравится документировать здесь свое обучение, чтобы другие могли поделиться им — и помочь мне найти любые ошибки в моей работе.

Впервые я столкнулся с 555, когда учился в университете в 1970-х. Энг Хойм, отец очень хорошего друга, сконструировал очень впечатляющий электронный орган, используя банк из 555 таймеров. На рисунке 1 показан NE555 в варианте DIP — именно таким я его впервые увидел.Мне всегда было интересно зайти к нему в подвал и посмотреть все, что он строил. У его старшего сына тоже была старая система Altair 8800. Это был мой первый контакт с микроконтроллерами. Их страсть к электронике зажгла во мне огонь к электронике — страсть, которая сегодня еще больше.

Фон

Область применения

У этой детали огромный диапазон применений. В моем посте я расскажу об использовании таймера 555 в базовой нестабильной конфигурации мультивибратора.В моей кабине требуется низкочастотный генератор (27 кГц), который не должен быть очень стабильным. 555 идеально подходит для этого типа приложений.

Моя цель для этого сообщения в блоге:

Выведите выражение для частоты таймера 555, когда он используется в качестве нестабильного генератора.
Выведите выражение для рабочего цикла выхода таймера 555 при работе в качестве нестабильного генератора.
Создайте подпрограмму Mathcad для поиска значений компонентов, которые одновременно соответствуют моим требованиям к рабочему циклу и частоте.

Некоторые определения

Давайте определим несколько терминов, которые я буду использовать.

Рабочий цикл ( DC ): Рабочий цикл — это процент от одного периода, в течение которого сигнал активен. В моем случае активный означает, что V _Out = ~ V _CC .
Постоянная времени ( τ ): Постоянная времени — это параметр, характеризующий реакцию на ступенчатый вход линейной инвариантной во времени системы первого порядка (LTI).Физически константа представляет собой время, за которое ступенчатая реакция системы достигает своего конечного (асимптотического) значения. Для такой RC-системы.
Пороговое напряжение ( В _Порог ): Как я использую здесь термин, пороговое напряжение — это напряжение, при котором компаратор переключается.

Блок-схема

На рис. 1 показана блок-схема модели 555, которую я извлек из Википедии и немного изменил.

Рисунок 2: Блок-схема таймера 555

Мы можем почерпнуть много информации из рисунка 2.Выделю несколько:

Компараторы смещены с помощью резисторов 3,5 кОм.
Я слышал, что эти три резистора 5 кОм являются источником названия «555».
Вывод CONT позволяет напрямую управлять верхним порогом компаратора.
Вы не можете независимо контролировать нижний порог компаратора, но вы можете использовать резистивный делитель на выводе THRESH, чтобы получить аналогичный контроль.
Входы двух компараторов настроены по-разному.
Верхний компаратор настроен на сброс внутреннего триггера, когда вывод THRESH превышает порог высокого уровня. Нижний компаратор настроен на установку внутреннего триггера, когда вывод TRIG меньше порога высокого уровня.

Удивительно, насколько гибкой оказалась эта простая архитектура. Я видел сотни различных приложений для этой простой детали.

Базовая нестабильная работа

На рисунке 3 показан таймер 555, подключенный в стандартной нестабильной конфигурации (Источник).

Рисунок 3: Стандартная нестабильная конфигурация 555.

Частота сигнала OUT устанавливается временем заряда и разряда схемы RC с помощью R ₁ , R ₂, и C . Зарядка C осуществляется по R, _1, и R, ₂ . Разряд C осуществляется штифтом DIS (DISCH на рис. 2) с использованием только R ₂ . На время разряда влияет только R ₂ , потому что вывод DIS перейдет на 0 В во время цикла разряда.Это изолирует R ₁ от остальной цепи.

Схема на Рисунке 3 всегда будет иметь рабочий цикл более 50%. Вы можете понять это, наблюдая, что OUT = «1» (высокое напряжение), когда R ₁ и R ₂ заряжают C от низкого порогового уровня до высокого порогового уровня. OUT = «0» (низкое напряжение), когда C разряжается от верхнего порога до нижнего порога через R ₂ .Постоянная времени заряда всегда больше постоянной времени разряда, поэтому время «1» всегда больше, чем время «0». Это эквивалентно тому, что рабочий цикл всегда превышает 50%. Я включаю сюда более формальный вывод.

Существует альтернативная схема, обеспечивающая выходную нагрузку 50%. Обратите внимание, что эта схема использует вывод OUT для разряда C , а не вывод DIS. Таким образом, одно и то же сопротивление резистора используется как для зарядки, так и для разрядки.Недостатком этой схемы является то, что выходной ток привода должен быть разделен между схемой синхронизации и внешней нагрузкой. Это не очень хорошо для некоторых приложений, потому что внешняя нагрузка может значительно изменить частоту колебаний схемы.

Базовое моделирование RC-цепей

Напряжение на конденсаторе в RC-цепи можно смоделировать с помощью уравнения 1.

Ур. 1

где

v _C (t) — напряжение на конденсаторе в зависимости от времени.
В _{Исходное значение} — напряжение на конденсаторе при t = 0.
V _Final — напряжение на конденсаторе при t = ∞.
R — сопротивление резистора, заряжающего конденсатор.
C — емкость заряжаемого конденсатора.

Для получения информации см. Эту книгу.

Анализ

Частота колебаний

Вы можете определить частоту колебаний, применив уравнение 1 для определения времени нарастания и спада напряжения на конденсаторе C на рисунке 3.На рисунке 4 показаны мои расчеты.

Рисунок 4: Вывод формулы частоты.

Рабочий цикл

В моем конкретном приложении требуется, чтобы выход 555 имел определенный рабочий цикл. Мы можем вычислить рабочий цикл из схемы на Рисунке 3, используя формулу, показанную на Рисунке 5.

Рисунок 5: Вывод уравнения рабочего цикла.

Значения резисторов с точки зрения частоты, рабочего цикла и емкости конденсатора.

Я могу использовать формулы, представленные на рисунках 4 и 5, для вычисления значений для R ₁ и R ₂ с точки зрения частоты генератора, рабочего цикла и значения емкости.Вывод показан на рисунке 6.

Для тех, кому требуется более подробная информация, я предоставлю еще один пример и реализацию этих формул в виде электронной таблицы в разделе комментариев к этому сообщению.

Рисунок 6: Вывод выражений для номиналов резисторов.

Проверка против моделирования

Чтобы проверить свои уравнения, я смоделировал схему из своего примера с помощью LTSpice. На рисунке 7 показана смоделированная мной схема.

Рисунок 7: Схема нестабильной цепи в LTSpice.

На рисунке 8 показана форма выходного сигнала схемы, показанной на рисунке 7.

Рисунок 8: Форма выходного сигнала от 555 в нестабильной конфигурации.

На рис. 9 показан анализ ошибок моих измеренных значений на основе моих теоретических предсказаний.

Рисунок 9: Анализ ошибок.

Я считаю эти ошибки довольно типичными, учитывая предположения моделирования.

Заключение

Я бы сказал, что большинство из 555 схем используют ту или иную форму нестабильной конфигурации. Для меня было полезным упражнением разработать уравнения, которые позволят мне вычислить требуемые значения резистора для заданной частоты колебаний, значения емкости и рабочего цикла.

Приложение A

На рис. 10 показана нестабильная схема модели 555 с рабочим циклом 50% (источник — первоклассная веб-страница о модели 555).

Рисунок 10: Цепь 555 с рабочим циклом 50%.

Как я уже упоминал выше, я не могу часто использовать эту схему, потому что я предпочитаю держать схему нагрузки отдельно от схемы синхронизации. Это делает частоту схемы более предсказуемой.

Сохранить

555 Основные сведения о таймере — нестабильный режим

Это третья часть серии статей о таймере 555.В части 1 более подробно рассказывается о выводах и о том, как работает микросхема, так что вы можете начать с этого, если еще не читали: 555 Timer Basics — Monostable Mode.

Астабильный режим таймера 555

Нестабильный режим — это то, о чем думает большинство людей, когда речь идет о таймере 555. Часто, когда вы видите проект с мигающими светодиодами, это означает, что таймер 555 работает. Но есть и много других интересных приложений. Например, он также может генерировать частоты для воспроизведения звука, когда выход подключен к динамику.Его даже можно использовать как простой аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

БОНУС: я сделал краткое руководство для этого руководства, которое вы можете загрузить и вернуться к нему позже, если не можете настроить его прямо сейчас. Он включает в себя все схемы подключения и инструкции, необходимые для начала работы.

В нестабильном режиме таймер 555 действует как генератор, генерирующий прямоугольный сигнал. Частоту волны можно регулировать, изменяя номиналы двух резисторов и конденсатора, подключенного к микросхеме. Приведенные ниже формулы подскажут вам длительность циклов включения и выключения выхода с разными резисторами и конденсаторами:

С помощью этого уравнения вы можете видеть, что увеличение значений C1 или R2 увеличит как время, в течение которого выход остается включенным, так и время, в течение которого он остается выключенным.Увеличение значения R1 только продлит время, в течение которого выход остается включенным.

Как работает нестабильный режим

Контакт 2 — триггер : Включает выход, когда подаваемое на него напряжение падает ниже 1/3 Vcc
Контакт 6 — Порог : Отключает выход, когда подаваемое на него напряжение превышает 2/3 В постоянного тока.
Контакт 7 — Разряд : Когда выходное напряжение низкое, он разряжает C1 на землю.

В нестабильном режиме выход постоянно включается и выключается.На схеме выше обратите внимание, что вывод порогового значения и вывод триггера подключены к C1. Это делает напряжение одинаковым на контакте триггера, пороговом контакте и C1.

В начале цикла включения / выключения низкое напряжение на C1, выводе триггера и выводе порога. Когда напряжение на контакте триггера низкое, выход включен, а контакт разряда выключен. Поскольку разрядный вывод выключен, ток может протекать через резисторы R1 и R2, заряжая конденсатор C1.

Когда C1 заряжается до 2/3 В постоянного тока, выход отключается пороговым контактом.Когда выход отключается, включается разрядный штифт. Это позволяет заряду, накопленному на конденсаторе C1, стекать на землю.

Как только напряжение на C1 упадет до 1/3 Vcc, триггерный вывод отключает разрядный вывод, так что C1 может снова начать зарядку.

A Цепь мигающего светодиода

Чтобы наблюдать за таймером 555 в нестабильном режиме, давайте построим схему, которая использует колебательный выход таймера 555 для включения и выключения светодиода:

R1: резистор 4,7 кОм
R2: 4.Резистор 7 кОм
R3: резистор 1 кОм
C1: конденсатор 100 мкФ

Значения R1, R2 и C1 влияют на скорость мигания. Большие значения заставят светодиод мигать медленнее, а меньшие значения заставят светодиод мигать быстрее. Резистор R3 предназначен только для ограничения тока светодиода, чтобы он не перегорел. Если вы хотите настроить мигание на определенную скорость, вы можете использовать формулу в начале этой статьи, чтобы рассчитать необходимое сопротивление или емкость.

Мигающий светодиод, управляемый потенциометром

Простой способ наблюдать влияние сопротивления на скорость мигания — использовать потенциометр 10 кОм для R2:

R1: резистор 4,7 кОм
R2: потенциометр 10 кОм
R3: резистор 1 кОм
C1: конденсатор 100 мкФ

Регулировка потенциометра изменит частоту мигания светодиода.

Мигающий светодиод, управляемый фоторезистором

Вместо использования потенциометра для контроля частоты мигания попробуйте подключить фоторезистор:

R1: 4.Резистор 7 кОм
R2: Фоторезистор
R3: резистор 1 кОм
C1: конденсатор 100 мкФ

Сопротивление фоторезистора уменьшается по мере того, как на него попадает больше света, поэтому светодиод будет мигать быстрее при воздействии большего количества света.

Если вы хотите узнать больше о таймере 555, прочтите книгу «Таймер, операционный усилитель» и «Оптоэлектронные схемы и проекты» Том. 1 Автор Forrest Mims — отличный ресурс, который стоит иметь у себя на скамейке запасных. В книге много информации о таймере 555, операционных усилителях и других ИС.

Вы можете посмотреть, как работает каждая из схем в этом руководстве, в этом видео:

Если у вас есть вопросы или проблемы с этим проектом, оставьте комментарий ниже, и я постараюсь ответить на него как можно скорее… И не забудьте подписаться, чтобы быть в курсе наших последних статей!

555 Astable | Клуб электроники

Период времени и частота | Отметка / время пространства | Рабочий цикл | Операция

Микросхема таймера 555 может использоваться с несколькими простыми компонентами для сборки нестабильная схема, которая производит «прямоугольную волну».Это цифровой сигнал с резкими переходами. между низким (0 В) и высоким (+ Vs) длительность низкого и высокого состояний может быть разной. Схема называется и стабильной, потому что она нестабильна ни в каком состоянии: выходной сигнал постоянно меняется между «низким» и «высоким».

Рекомендуемая книга: IC 555 Projects

Период времени и частота

Период времени (T) прямоугольной волны — это время одного полного цикла, но он часто лучше рассматривать частоту (f), которая представляет собой количество циклов в секунду.

T = 0,7 × (R1 + 2R2) × C1

f =	1,4
	(R1 + 2R2) × C1

T = период времени в секундах (с)
f = частота в герцах (Гц)
R1 = сопротивление в Ом ()
R2 = сопротивление в Ом ()
C1 = емкость в фарадах (Ф)

555 нестабильный выход, прямоугольная волна
(Tm и Ts могут быть разными)

555 нестабильная цепь

Время метки и пробела

Период времени можно разделить на две части:

Период времени, T = Tm + Ts

Время отметки (высокий выход)
Tm = 0.7 × (R1 + R2) × C1

Пространственное время (низкий выход)
Ts = 0,7 × R2 × C1

Важно отметить, что Tm должно быть больше, чем Ц поскольку R1 не может быть 0 (минимум 1к).

Многие схемы требуют, чтобы Tm и Ts были примерно равны. Это достигается, если R2 намного больше, чем R1.

Для стандартной нестабильной схемы обратите внимание, что Tm всегда будет больше, чем Ts потому что Ts пропорционален R2, но Tm пропорционален R2 + R1 , и R1 не может быть нулевым.

Это не слишком ограничивает, потому что выход может как потреблять, так и истекать ток. Например, светодиод можно заставить кратковременно мигать с длинными промежутками, подключив его (с его резистором). между + Vs и выходом. Таким образом, светодиод будет гореть во время Ts, поэтому кратковременные вспышки будут достигнуты при R1 больше, чем R2, делая Ts коротким и Tm длинным.

Если R1 намного меньше R2, Tm и Ts будут очень похожи, и этого обычно достаточно для схем. для которых необходимо, чтобы Tm и Ts были (примерно) равны.

Если Tm должно быть меньше Ts, в схему можно добавить диод, как описано ниже. рабочий цикл ниже.

Выбор R1, R2 и C1

R1 и R2 должны быть в диапазоне 1k до 1М. Лучше всего сначала выбрать C1, потому что конденсаторы доступны всего в нескольких номиналах.

Выберите C1 в соответствии с требуемым диапазоном частот (используйте таблицу в качестве руководства).

Выберите R2 , чтобы задать требуемую частоту (f). Предположим, что R1 намного меньше R2. (так что Tm и Ts почти равны), тогда вы можете использовать:

Если R1 << R2, используйте
R2 =	0.7
	f × C1

Выберите R1 примерно на одну десятую R2 (минимум 1k) если только вы не хотите, чтобы время метки Tm было значительно больше пространственного времени Ts.

Если вам нужен переменный резистор , лучше всего сделать его R2.

Помните, что если R1 переменный, он должен иметь постоянный резистор не менее 1к в серии (для R2 это не требуется).

Рабочий цикл

Рабочий цикл нестабильной цепи — это доля полного цикла, для которой выходной высокий (время отметки).Обычно указывается в процентах.

Для стандартной нестабильной схемы 555 время отметки (Tm) должно быть больше, чем пространство-время (Ts), поэтому рабочий цикл должен быть не менее 50%:

Рабочий цикл =	ТМ	=	R1 + R2
	Tm + Ts		R1 + 2R2

Рабочий цикл менее 50%

Для достижения рабочего цикла менее 50% сигнальный диод (например, 1N4148) можно добавить параллельно с R2, как показано на схеме.Это обходит R2 во время зарядки (отметки) части цикла, так что Tm зависит только от R1 и C1:

555 нестабильный с диодом (для рабочего цикла <50%)

Tm = 0,7 × R1 × C1 (без учета 0,7 В на диоде)

Ts = 0,7 × R2 × C1 (без изменений)

T = Tm + Ts = 0,7 × (R1 + R2) × C1

Рабочий цикл с диодом	43 =	ТМ	=	R1
		Tm + Ts		R1 + R2

555 нестабильная цепь с диодом на R2
Tm может быть меньше Ts, поэтому рабочий цикл
может быть меньше 50%

Нестабильная работа

При высоком уровне на выходе (+ Vs) конденсатор C1 заряжается током, протекающим через R1 и R2.

Пороговые и триггерные входы контролируют напряжение конденсатора, и когда оно достигает ²/₃ Vs (пороговое напряжение) выход становится низким, и разрядный вывод подключается к 0 В.

Конденсатор теперь разряжается с током, протекающим через R2 в разрядный штырь. Когда напряжение падает до ¹/₃ В (напряжение запуска), выход становится высоким. снова, и разрядный штырь отключается, позволяя конденсатору снова начать заряжаться.

Этот цикл повторяется непрерывно, если вход сброса не подключен к 0 В, что вызывает низкий уровень на выходе. при сбросе 0 В.

Нестабильный может использоваться для обеспечения тактового сигнала для таких схем, как счетчики.

Низкочастотный нестабильный (<10 Гц) может использоваться для включения и выключения светодиода, более частые вспышки слишком часты, чтобы их можно было отчетливо разглядеть. Вождение динамика или пьезо преобразователь с низкой частотой менее 20 Гц будет производить серию «щелчков» (по одному для каждого перехода от низкого к высокому уровню), и его можно использовать для создания простого метронома.

Звуковая частота нестабильная (от 20 Гц до 20 кГц) может использоваться для воспроизведения звука от громкоговоритель или пьезоэлектрический преобразователь. Звук подходит для гудков и гудков. Собственная (резонансная) частота большинства пьезопреобразователей составляет около 3 кГц, и это будет заставить их издавать особенно громкий звук.

Политика конфиденциальности и файлы cookie

Этот сайт не собирает личную информацию. Если вы отправите электронное письмо, ваш адрес электронной почты и любая личная информация будет используется только для ответа на ваше сообщение, оно не будет передано никому.На этом веб-сайте отображается реклама, если вы нажмете на рекламодатель может знать, что вы пришли с этого сайта, и я могу быть вознагражден. Рекламодателям не передается никакая личная информация. Этот веб-сайт использует некоторые файлы cookie, которые классифицируются как «строго необходимые», они необходимы для работы веб-сайта и не могут быть отклонены, но они не содержат никакой личной информации. Этот веб-сайт использует службу Google AdSense, которая использует файлы cookie для показа рекламы на основе использования вами веб-сайтов. (включая этот), как объяснил Google.Чтобы узнать, как удалить файлы cookie и управлять ими в своем браузере, пожалуйста, посетите AboutCookies.org.

ИС таймера 555 — принцип работы, блок-схема, принципиальная электрическая схема

В этом руководстве мы узнаем, как работает таймер 555, одна из самых популярных и широко используемых микросхем всех времен. Вы можете посмотреть следующее видео или прочитать письменное руководство ниже.

РЕКОМЕНДУЕТСЯ Обзор

Таймер 555, разработанный Гансом Камензиндом в 1971 году, можно найти во многих электронных устройствах, от игрушек и кухонных приборов до даже космических кораблей.Это высокостабильная интегральная схема, способная создавать точные временные задержки и колебания. Таймер 555 имеет три режима работы: бистабильный, моностабильный и нестабильный.

Как это работает, внутренняя схема и блок-схема

Давайте подробнее рассмотрим, что находится внутри таймера 555, и объясним, как он работает в каждом из трех режимов. Вот внутренняя схема таймера 555, который состоит из 25 транзисторов, 2 диодов и 15 резисторов.

Представленный блок-схемой, он состоит из 2 компараторов, триггера, делителя напряжения, разрядного транзистора и выходного каскада.

Делитель напряжения состоит из трех одинаковых резисторов 5 кОм, которые создают два опорных напряжения при 1/3 и 2/3 подаваемого напряжения, которые могут находиться в диапазоне от 5 до 15 В.

Далее идут два компаратора. Компаратор — это элемент схемы, который сравнивает два аналоговых входных напряжения на его положительном (неинвертирующем) и отрицательном (инвертирующем) входном выводе. Если входное напряжение на положительной клемме выше, чем входное напряжение на отрицательной клемме, компаратор выдает 1.И наоборот, если напряжение на отрицательной входной клемме выше, чем напряжение на положительной клемме, компаратор выдаст 0.

Первая отрицательная входная клемма компаратора подключена к 2/3 опорного напряжения на делителе напряжения и внешнему «управляющему» выводу, а положительная входная клемма — к внешнему «пороговому» выводу.

С другой стороны, отрицательная входная клемма второго компаратора подключена к контакту «Trigger», а положительная входная клемма — к 1/3 опорного напряжения на делителе напряжения.

Таким образом, используя три контакта, триггер, порог и управление, мы можем управлять выходом двух компараторов, который затем подается на входы R и S триггера. Триггер будет выводить 1, когда R равно 0, а S равно 1, и наоборот, он будет выводить 0, когда R равно 1, а S равно 0. Кроме того, триггер может быть сброшен через внешний вывод, называемый «Reset», который может заблокировать два входа, таким образом сбросив весь таймер в любое время.

Выход Q-bar флип-флип поступает на выходной каскад или выходные драйверы, которые могут либо подавать, либо отдавать ток 200 мА в нагрузку.Выход триггера также подключен к транзистору, который соединяет вывод «Разряд» с землей.

555 Таймер — бистабильный режим

Теперь давайте рассмотрим пример работы таймера 555 в бистабильном режиме. Для этого нам понадобятся два внешних резистора и две кнопки.

Выводы триггера и сброса микросхемы подключены к VCC через два резистора, и поэтому они всегда на высоком уровне. Две кнопки подключены между этими контактами и землей, поэтому, если мы будем удерживать их нажатыми, состояние входа будет низким.

Изначально два выхода компаратора равны 0, таким образом, выход триггера, а также выход таймера 555 равны 0.

Если мы нажмем кнопку триггера, состояние на входе триггера станет низким, поэтому компаратор будет выводить высокий уровень, а выход Q-bar перевернутого типа станет низким. Выходной каскад инвертирует это, и конечный выход таймера 555 будет высоким.

Выход будет оставаться высоким, даже если кнопка триггера не нажата, потому что в этом случае входы триггера R и S будут равны 0, что означает, что триггер не изменит предыдущее состояние.Чтобы сделать выход низким, нам нужно нажать кнопку сброса, которая сбрасывает триггер и всю ИС.

Связанное руководство: Что такое триггер Шмитта | Как это работает

555 Таймер — моностабильный режим

Теперь давайте посмотрим, как таймер 555 работает в моностабильном режиме. Вот пример схемы.

Триггерный вход удерживается высоким путем подключения его к VCC через резистор. Это означает, что триггерный компаратор выдает 0 на вход S триггера.С другой стороны, вывод Threshold имеет низкий уровень, и это также делает вывод компаратора Threshold 0. Вывод Threshold на самом деле низкий, потому что выход Q-bar триггера имеет высокий уровень, который поддерживает разрядный транзистор активным, поэтому напряжение, исходящее от источника, идет на землю через этот транзистор.

Чтобы изменить состояние выхода таймера 555 на High, нам нужно нажать кнопку на контакте триггера. Это заземлит контакт триггера, или входное состояние будет 0, таким образом, компаратор будет выводить 1 на вход S триггерного переключателя.Это приведет к тому, что выход Q-bar станет низким, а выход таймера 555 — высоким. При этом мы можем заметить, что разрядный транзистор выключен, поэтому теперь конденсатор C1 начнет заряжаться через резистор R1.

Таймер 555 будет оставаться в этом состоянии до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не достигнет 2/3 подаваемого напряжения. В этом случае пороговое входное напряжение будет выше, и компаратор выведет 1 на вход R триггера. Это вернет схему в исходное состояние.Выход Q-bar станет высоким, что активирует разрядный транзистор, а также снова установит низкий уровень на выходе IC.

Итак, мы можем заметить, что количество времени, в течение которого на выходе таймера 555 находится высокий уровень, зависит от того, сколько времени требуется конденсатору для зарядки до 2/3 подаваемого напряжения, и это зависит от значений как конденсатора C1, так и резистор R1. На самом деле мы можем рассчитать это время по следующей формуле: T = 1,1 * C1 * R1.

Таймер 555 — нестабильный режим

Теперь давайте посмотрим, как таймер 555 работает в нестабильном режиме.В этом режиме ИС становится осциллятором или также называемым мультивибратором свободного хода. Он не имеет стабильного состояния и постоянно переключается между высоким и низким без применения какого-либо внешнего триггера. Вот пример схемы таймера 555, работающего в нестабильном режиме.

Нам нужны всего два резистора и конденсатор. Контакты Trigger и Threshold соединены друг с другом, поэтому нет необходимости во внешнем пусковом импульсе. Первоначально источник напряжения начнет заряжать конденсатор через резисторы R1 и R2.Во время зарядки компаратор триггера выдает 1, потому что входное напряжение на контакте триггера все еще ниже 1/3 подаваемого напряжения. Это означает, что выход Q-bar равен 0 и разрядный транзистор закрыт. В это время выходной сигнал таймера 555 высокий.

Когда напряжение на конденсаторе достигнет 1/3 подаваемого напряжения, компаратор триггера выдаст 0, но в этот момент это не изменится, поскольку оба входа R и S триггера равны 0.Таким образом, напряжение на конденсаторе будет продолжать расти, и как только оно достигнет 2/3 подаваемого напряжения, пороговый компаратор выведет 1 на вход R триггера. Это активирует разрядный транзистор, и теперь конденсатор начнет разряжаться через резистор R2 и разрядный транзистор. В этот момент выходной сигнал таймера 555 низкий.

Во время разряда напряжение на конденсаторе начинает снижаться, и пороговый компаратор сразу же начинает выводить 0, что фактически не меняет значения, поскольку теперь оба входа R и S триггера равны 0.Но как только напряжение на конденсаторе упадет до 1/3 подаваемого напряжения, триггерный компаратор выдаст 1. Это отключит разрядный транзистор, и конденсатор снова начнет заряжаться. Таким образом, эти процессы зарядки и разрядки от 2/3 до 1/3 подаваемого напряжения будут продолжать работать сами по себе, создавая прямоугольную волну на выходе таймера 555.

Мы можем рассчитать время, в течение которого выходной сигнал будет высоким и низким, используя показанные формулы. Время высокого уровня зависит от сопротивления как R1, так и R2, а также от емкости конденсатора.С другой стороны, время низкого уровня зависит только от сопротивления R2 и емкости конденсатора. Если мы суммируем время максимума и минимума, мы получим период одного цикла. С другой стороны, частота — это то, сколько раз это происходит за одну секунду, поэтому один за период даст использовать частоту выходного сигнала прямоугольной формы.

Если мы внесем некоторые изменения в эту схему, например, заменим резистор R2 переменным резистором или потенциометром, мы сможем мгновенно контролировать частоту и скважность прямоугольной волны.Однако подробнее об этом в моем следующем видео, где мы сделаем ШИМ-контроллер скорости двигателя постоянного тока с использованием таймера 555.

Надеюсь, вам понравился этот урок и вы узнали что-то новое. Не стесняйтесь задавать любой вопрос в разделе комментариев ниже.

555page — uvasux

Таймер 555 IC

Таймер 555 — это интегральная схема, способная работать либо как генератор (нестабильный режим), либо как однократный таймер (режим моностабильного мультивибратора). 556 — это два из них в одной микросхеме.Эта микросхема довольно полезная, но и довольно хитрая. Вот подробное объяснение всего, что он делает, а ниже я расскажу о том, как применить его к вашему дизайну.

Распиновка

Модель 555 можно приобрести в 8-контактном корпусе. Его контакты: (1) Земля, (2) Триггер, (3) Выход, (4) Сброс и (5) Управляющее напряжение, (6) Пороговое значение, (7) Разряд, (8) Vcc.

Модель 556 можно приобрести в 14-DIP корпусе. Он содержит два выхода 555, которые я буду называть A и B. Его контакты: (1) разряд A, (2) порог A, (3) управляющее напряжение A, (4) сброс A, (5) выход A, ( 6) Триггер A, (7) Земля и (8) Триггер B, (9) Выход B, (10) Сброс B, (11) Управляющее напряжение B, (12) Порог B, (13) Разряд B, (14) ) Vcc.

Цепь генератора

/ нестабильный режим

A 555 можно настроить на вывод импульса с заданной частотой и рабочим циклом, подключив два резистора и конденсатор, как показано на этой схеме. Эту схему настраивают, изменяя значения Ra, Rb и C с ограничениями Ra> = Rb> 0.

Математика: заданные Ra, Rb и C, найти частоту и т. Д.

Математика подробно обсуждается здесь. Я только представлю результаты.

Чтобы вычислить ширину (в секундах) высокого импульса, используйте:

t1 = 0.693 (Ra + Rb) C

Чтобы вычислить ширину (в секундах) низкого импульса, используйте:

t2 = 0,693 (Rb) C

Таким образом, общий период:

T = t1 + t2 = 0,693 (Ra + 2 Rb) C

Частота:

f = 1 / T = 1 / [0,693 (Ra + 2 Rb) C]

Рабочий цикл:

DUTY = t1 / T = (t1 ) (f)

Вы заметите, что, поскольку Ra> = Rb, DUTY обязательно> 0,5. На самом деле это не проблема; если вам нужен рабочий цикл ниже.5, вместо этого выберите DUTY ‘= 1-DUTY и добавьте инвертор к выходу таймера.

Математика: заданная частота и рабочий цикл, найдите Ra, Rb и C

Если вы разрабатываете схему, вы хотите проделать предыдущее в обратном порядке. Нам нужно найти три переменные: Ra, Rb и C. Сначала мы определим линейную зависимость между Ra и Rb как функцию рабочего цикла. Обратите внимание, что рабочий цикл должен быть долей 1:

Ra / Rb = (2 DUTY — 1) / (1 — DUTY)

Затем, учитывая частоту f, мы определим линейную зависимость между Rb и C:

C = 1 / [0.693 (f) (Ra + 2 Rb)] = 1 / [0,693 (f) (Ra / Rb + 2) (Rb)]

или

Rb = 1 / [0,693 (f) (C) (Ra / Rb + 2)]

Вы заметите, что наша система недостаточно ограничена; у нас есть два неизвестных (Rb и C), но только одно отношение между ними. На этом этапе вы должны выбрать значение для Rb или для C и вычислить другое.

Математика: более простой метод

Если вы просто используете этот осциллятор как часы для триггеров или для подачи на счетчик, то рабочий цикл на самом деле не имеет значения.В этом случае выберите DUTY = 0,75, а затем Ra / Rb = 2. В этом случае:

C = 1 / [0,693 (f) (2 Rb + 2 Rb)] = 1 / [0,693 (f) ( 4) (Rb)] = 1 / [2,772 (f) (Rb)]

или

Rb = 1 / [0,693 (f) (C) (3)] = 1 / [2,079 (f) (C )]

Это значительно упрощает ручные вычисления.

A 555 Calculator

Я написал небольшую командную строку 555 для калькулятора: 555.c. Он может выполнять прямые и обратные вычисления и предлагать стандартные значения резисторов, близкие к точным.

Моностабильный контур / моностабильный режим

Скоро в продаже.

Астабильный мультивибратор с таймером 555

В этой статье мы объясняем нестабильный мультивибратор, часто называемый автономным мультивибратором. Нестабильный мультивибратор может быть спроектирован с использованием различных типов компонентов, например, с использованием одних транзисторов (и связанных компонентов) или с использованием операционных усилителей (и связанных с ними компонентов). В этой статье мы разрабатываем нестабильный мультивибратор с использованием микросхемы 555 Timer IC.

Если вам интересно, каковы практические применения нестабильного мультивибратора, давайте начнем с нескольких. Одно из наиболее распространенных применений нестабильного мультивибратора — это создание временных задержек . Допустим, вы хотите включить светодиод « ON » на 1 секунду и удерживать его « OFF » в течение 0,5 секунды, тогда нестабильный мультивибратор — лучшая схема, которую вы можете использовать для создания этого приложения.

В отличие от моностабильного мультивибратора, эта схема не требует какого-либо внешнего триггера для изменения состояния выхода, отсюда и название — автономная работа.Прежде чем собирать схему, убедитесь, что ваша микросхема 555 работает. Для этого прочтите статью: Как проверить работоспособность микросхемы 555 Нестабильный мультивибратор можно создать, добавив резисторы и конденсатор к базовой микросхеме таймера, как показано на рисунке. Время, в течение которого на выходе будет высокий или низкий уровень, определяется подключенными извне двумя резисторами и конденсатором. Подробности схемы нестабильного мультивибратора приведены ниже.

Итак, приступим к проектированию нестабильных мультивибраторов с использованием микросхемы таймера 555.Давайте сначала нарисуем схему нестабильного мультивибратора с таймером 555.

Принципиальная схема нестабильного мультивибратора 555 с таймером

Нестабильный мультивибратор может быть сконструирован путем добавления двух резисторов (RA и RB на принципиальной схеме) и конденсатора (C на принципиальной схеме) к микросхеме таймера 555. Эти два резистора и конденсатор (номиналы) выбираются соответствующим образом, чтобы получить желаемое время «ВКЛ» и «ВЫКЛ» на выходной клемме (вывод 3). Итак, в основном, время включения и выключения на выходе (т.е.e состояние «HIGH» и «LOW» на выходном терминале) зависит от значений, выбранных для RA, RB и C. Мы увидим больше об этом в разделе, посвященном конструкции нестабильного мультивибратора, приведенному ниже.

Примечание: — Конденсатор C2 (0,01 мкФ) подключен к контакту 5 (клемма управляющего напряжения) во всех схемах на базе микросхемы 555, в которых этот конкретный контакт (контакт 5 — клемма управляющего напряжения) не используется. Этот конденсатор используется, чтобы избежать проблем с шумом, которые могут возникнуть в цепи, если этот контакт оставить открытым.

Принципиальная схема нестабильного режима 555

Взгляните на @ 555 Конфигурация Ic Pin и блок-схема 555 , прежде чем читать дальше.

Связи

Рассмотрим принципиальную схему подключения нестабильного мультивибратора с таймером 555.

Вывод 1 заземлен; контакты 4 и 8 закорочены и затем подключены к источнику питания + Vcc , выход ( Vout ) берется с контакта 3 ; контакты 2 и 6 закорочены и затем подключены к земле через конденсатор C к клемме заземления , контакт 7 подключен к питанию + V _CC через резистор R _A ; а между контактами 6 и 7 подключен резистор R _B .К выводу 5 подключается либо байпасный конденсатор (для обхода шумовых сигналов) 0,01 мкФ , либо применяется вход модуляции.

Мультивибратор нестабильный рабочий

До сих пор мы видели, как сконструирован нестабильный мультивибратор с использованием микросхемы таймера 555, принципиальную схему и как выполняются соединения контактов. Теперь посмотрим, как работает нестабильный мультивибратор. Чтобы объяснить работу нестабильного мультивибратора с таймером 555, мы нарисовали внутреннюю схему микросхемы таймера 555 (состоящей из двух операционных усилителей, SR-триггера и транзистора, подключенного к разрядному выводу — вывод 7), а также необходимые внешние соединения ( RA, RB и C).Формы сигналов от выходного терминала (Vout — контакт 3) показаны в правой части принципиальной схемы. Внимательно изучите принципиальную схему и формы выходных сигналов, прежде чем мы начнем объяснение.

Astable-Multivibrator-Operation

Основная задача нестабильного мультивибратора — переключать состояние выхода (с HIGH на LOW и с LOW на HIGH) в желаемые интервалы времени без какого-либо внешнего вмешательства (скажем, входной импульс запуска, как в случае моностабильного мультивибратора).Мы достигаем этого (в микросхеме 555 IC), управляя разрядным выводом (вывод 7) микросхемы 555 IC через конденсатор (C). Внутри микросхемы 555 эта разрядная клемма (вывод 7) подключена к клемме коллектора транзистора, база которого напрямую подключена к выходной клемме (неинвертирующая клемма — Q) триггера SR. Вы должны заметить, что Vout (контакт 3 — выходная клемма 555 IC) берется с инвертирующей выходной клеммы (дополнительная клемма Q) триггера SR. Поэтому, когда выход триггера (не инвертирующий) Q равен HIGH, Vout будет LOW, а когда выход Q триггера LOW, Vout будет HIGH.

Теперь давайте посмотрим, как автоматическое переключение состояния ВКЛ и ВЫКЛ на клемме Vout достигается конденсатором C, подключенным к клемме сброса заряда -контакт 7.

Вы также можете вспомнить блок-схему (приведенную ниже) и принцип работы для 555 IC , объясненные в нашей предыдущей главе / руководстве по таймеру 555.

Блок-схема — таймер 555 IC

Блок-схема таймера 555 показана на рисунке выше. Таймер 555 имеет два компаратора (которые в основном представляют собой 2 операционных усилителя), триггер R-S, два транзистора и резистивную сеть.

Резистивная сеть состоит из трех одинаковых резисторов (по 5 кОм каждый) и действует как делитель напряжения. Обратите внимание, что сеть резисторов спроектирована таким образом, что напряжение на инвертирующей клемме Компаратора 1 будет 2 / 3Vcc, а напряжение на неинвертирующей клемме Компаратора 2 будет 1 / 3Vcc.
Компаратор 1 — сравнивает пороговое напряжение (на выводе 6) с опорным напряжением + 2/3 В _CC Вольт.
Компаратор 2 — сравнивает напряжение триггера (на выводе 2) с опорным напряжением + 1/3 В _CC Вольт.

Для пояснения предположим, что на схему подано питание, и сейчас состояние на выходе неинвертирующего триггера — Q — НИЗКИЙ. Когда Q равен LOW, Vout будет HIGH (который мы называем выходом таймера). Вы видите, что Q напрямую подключен к базе транзистора (на выводе разряда). Таким образом, когда Q равен LOW, транзистор будет в отключенном состоянии (выключенном состоянии). В этом состоянии конденсатор C напрямую подключен к источнику питания Vcc через резисторы RA и RB. Таким образом, конденсатор начнет заряжаться до напряжения питания Vcc, а постоянная времени заряда будет определяться значениями RA и RB как (RA + RB) * C.Конденсатор будет заряжаться до Vcc, и это увеличит пороговое напряжение (напряжение на выводе 6) 555 IC. Когда конденсатор заряжается до 2/3 В постоянного тока и выше, пороговое напряжение также превысит уровень 2/3 В постоянного тока, и это приведет к тому, что выход операционного усилителя (компаратор 1) станет ВЫСОКИМ (обратите внимание, что опорное напряжение на клемме — компаратора 1 равно 2/3 В постоянного тока). Поскольку выход операционного усилителя компаратора 1 подключен к «S» (вход SET) триггера SR, триггер сработает, а выход Q (неинвертирующий выход) триггера станет ВЫСОКИМ.Вы дошли до этого? Вы можете вспомнить, что мы начали это объяснение с предположения, что Q изначально НИЗКОЕ. Теперь, в результате зарядки конденсатора, Q автоматически переходит в ВЫСОКИЙ из НИЗКИЙ. Когда Q становится HIGH, Vout автоматически переходит в LOW, поскольку Vout — это не что иное, как комплимент Q.

Когда Q равен HIGH, транзистор на выводе 7 (разрядный вывод) будет включен, и транзистор станет насыщенным. Когда транзистор насыщается, вывод 7 (разрядный вывод) действует как земля для конденсатора.В результате конденсатор может разряжаться с уровня 2/3 В постоянного тока до нуля вольт. Конденсатор начнет разряжаться по новому пути (через RB), и это приведет к снижению напряжения на триггерной клемме (вывод 2) 555 IC. Постоянная времени разряда определяется RB * C. Как только конденсатор разряжается до уровня ниже 1/3 В постоянного тока, что приводит к тому же напряжению (напряжению конденсатора) на клемме триггера (обратите внимание, что опорное входное напряжение на клемме + компаратора 2 составляет 1/3 В постоянного тока), выход операционного усилителя компаратор 2 перейдет в ВЫСОКИЙ уровень.Поскольку выход компаратора 2 соединен с «R» — входным контактом сброса SR-триггера, выход Q триггера перейдет с HIGH в LOW. Когда Q переходит в НИЗКИЙ, Vout автоматически переходит в ВЫСОКИЙ. Таким образом, в нестабильном мультивибраторе достигается автоматический переход от ВЫСОКОГО к НИЗКОМУ, а затем от НИЗКОГО к ВЫСОКОМУ. Цикл повторяется.

Мы успешно завершили рабочее объяснение нестабильного мультивибратора с использованием 555 IC. Вы можете увидеть формы выходных волн на диаграммах, приведенных выше.Два важных параметра, которые мы должны понимать на выходе таймера, — это время включения ( T _HIGH) и время выключения ( T _L0W).

Время включения — время, в течение которого выход таймера Vout оставался в ВЫСОКОМ состоянии. Мы обозначаем это как T _HIGH.

Время ВЫКЛ. — время, в течение которого выход таймера Vout оставался в НИЗКОМ состоянии. Мы обозначаем это как T _L0W.

Время включения и время выключения зависят от значений R _A, R _B и C . Таким образом, мы можем получить желаемое время включения и время выключения на выходе таймера с правильным расчетом значений R _A, R _B и C .

Стабильный мультивибратор с использованием модели 555 — Теория проектирования

Время, в течение которого конденсатор C заряжается от 1 /3 В _CC до 2/3 В _CC, равно времени высокой выходной мощности и выражается как t _c или T _HIGH = 0.693 ( _A + _B ) C , что доказано ниже.

Напряжение на конденсаторе в любой момент в течение периода зарядки определяется как, v _c = V _CC (1-e ^{t / RC} )

Время, необходимое конденсатору для зарядки от 0 до +1/3 В _CC

_{1/3 V _CC ⁼ V _CC (1-e ^{t / RC} )}

Время, необходимое конденсатору для зарядки от 0 до +2/3 В _CC

или т ₂ = Журнал RC _e 3 = 1.0986 RC

Таким образом, время, необходимое конденсатору для зарядки от +1/3 В _CC до +2/3 В _CC

т _c = (t ₂ — t ₁ ) = (10986 — 0,405) RC = 0,693 RC

Подставив R = (R _A + R _B) в приведенное выше уравнение, мы получим

T _HIGH = t _c = 0.693 ( _A + _B ) C

, где R _A и R _B указаны в омах, а C — в фарадах.

Время разряда конденсатора с +2/3 В _CC до +1/3 В _CC равно

время, когда выходная мощность низкая и задается как

t _d или T _L0W = 0.693 R _B C , где R _B выражается в омах, а C — в фарадах. Вышеупомянутое уравнение рассчитывается следующим образом: Напряжение на конденсаторе в любой момент во время периода разрядки задается как

v _c = 2/3 V _CC e ^— t _{d /} R _{4 B _{B _{B _B}}}

Подставляя v _c = 1/3 V _CC и t = t _d в уравнение выше, получаем

+1/3 V _CC = +2/3 V _CC e ^— t _{d /} R К

Или т _д = 0.693 R _B C

Общий период колебаний, T = T _HIGH + T _LOW = 0,693 (R _A + 2R _B ) Частота колебаний, обратная общему периоду колебаний T, равна

.
f = 1 / T = 1,44 / (R _A + 2R _B ) C
Уравнение показывает, что частота колебаний / не зависит от напряжения питания коллектора + V _CC.
Часто термин рабочий цикл используется в связи с нестабильным мультивибратором.
Рабочий цикл, отношение времени t _c , в течение которого выходная мощность высокая, к общему периоду времени T задается как
% рабочего цикла, D = t _c / T * 100 = ( _A + R _B ) / ( _A + 2R _B ) * 100
Из приведенного выше уравнения очевидно, что выходной сигнал прямоугольной формы (коэффициент заполнения 50%) не может быть получен, если R _A не обнулен.Однако существует опасность замыкания сопротивления R _A на ноль. При R _A = 0 Ом клемма 7 напрямую подключается к + V _CC. Во время разряда конденсатора через R _B и транзистор на транзистор будет подаваться дополнительный ток от V _CC через короткое замыкание между выводом 7 и + V _CC. Это может повредить транзистор и, следовательно, таймер.
Однако симметричный прямоугольный сигнал может быть получен, если диод подключен к резистору R _B, как показано пунктирными линиями на рисунке.Конденсатор C заряжается через R _A и диод D примерно до + 2/3 В _CC и разряжается через резистор R _B и вывод 7 (транзистор), пока напряжение на конденсаторе не упадет до 1/3 В _CC. Затем цикл повторяется. Чтобы получить выходной сигнал прямоугольной формы, R _A должен представлять собой комбинацию постоянного резистора R и потенциометра, чтобы потенциометр можно было отрегулировать для получения точной прямоугольной волны.