Распиновка IC 555, нестабильные, моностабильные, бистабильные схемы с изученными формулами

В сообщении объясняется, как работает IC 555, его основные детали распиновки и как настроить IC в стандартных или популярных режимах нестабильной, бистабильной и моностабильной схемы. В сообщении также подробно описаны различные формулы для расчета параметров IC 555.

Вступление

Наш мир хобби был бы менее интересным без IC 555. Это была бы одна из наших первых микросхем, используемых в электронике. В этой статье мы рассмотрим историю IC555, их 3 режима работы и некоторые их характеристики.

IC 555 был представлен в 1971 году компанией Signetics, он был разработан Гансом Р. Камензинд. По оценкам, ежегодно производится около 1 миллиарда IC 555. Это один IC 555 на каждые 7 человек в мире.

Компания Signetics принадлежит Philips Semiconductor. Если мы посмотрим на внутреннюю блок-схему IC 555, мы найдем три резистора 5 кОм, подключенных последовательно для определения временного фактора, поэтому, вероятно, так устройство получило свое название таймер IC 555. Однако некоторые гипотезы утверждают, что выбор имени не имеет отношения к внутренним компонентам ИС, он был выбран произвольно.

Как работает IC 555

Стандартный IC555 состоит из 25 транзисторов, 15 резисторов и 2 диодов, встроенных в кремниевый кристалл. Доступны две версии ИС, а именно таймер 555 для военного и гражданского назначения.

NE555 - это микросхема гражданского назначения, работающая в диапазоне температур от 0 до +70 градусов Цельсия. SE555 является ИС военного класса и имеет диапазон рабочих температур от -55 до +125 градусов Цельсия.

Вы также найдете CMOS версия таймера, известная как 7555 и TLC555 они потребляют меньше энергии по сравнению со стандартным 555 и работают менее 5 В.

Таймеры версии CMOS состоят из полевых МОП-транзисторов, а не биполярных транзисторов, которые эффективны и потребляют меньше энергии.

Распиновка IC 555 и рабочие детали:

1. Контакт 1 : Земля или 0 В: Это отрицательный вывод питания IC
2. Контакт 2 : Триггер или вход: Отрицательный мгновенный триггер на этом входном контакте заставляет выходной контакт 3 переходить в ВЫСОКИЙ уровень. Это происходит за счет быстрой разрядки синхронизирующего конденсатора ниже нижнего порогового уровня 1/3 напряжения питания. Затем конденсатор медленно заряжается через резистор синхронизации, и когда он поднимается выше 2/3 уровня питания, контакт 3 снова становится LOW. Это включение / выключение выполняется внутренним РЕЗКИЙ ПОВОРОТ сцена.
3. Пин 3 : Выход: это выход, который реагирует на входные контакты либо повышением или понижением уровня, либо колебанием ВКЛ / ВЫКЛ.
4. Штырь 4 : Reset: Это вывод сброса, который всегда подключен к плюсу для нормальной работы IC. При заземлении на мгновение сбрасывает выход ИС в исходное положение, а при постоянном подключении к земле - отключает работу ИС.
5. Штырь 5 : Control: Внешний переменный потенциал постоянного тока может быть приложен к этому выводу для управления или модуляции ширины импульса на выводе 3 и генерации управляемого ШИМ.
6. Пин 6 : Threshold: Это пороговый вывод, который заставляет выходной сигнал переходить в НИЗКИЙ (0 В), как только заряд синхронизирующего конденсатора достигает верхнего порога 2/3 напряжения питания.
7. Штырь 7 : Разряд: Это разрядный вывод, управляемый внутренним триггером, который заставляет конденсатор синхронизации разряжаться, как только он достигает 2/3 порогового уровня напряжения питания.
8. Пин 8 : Vcc: Это положительный вход питания между 5 В и 15 В.

3 режима таймера:

1. Бистабильный триггер или триггер Шмитта
2. Моностабильный или однократный
3. Нестабильный

Бистабильный режим:

Когда IC555 настроен в бистабильном режиме, он работает как базовый триггер. Другими словами, когда задан входной триггер, он переключает состояние выхода: ON или OFF.

Обычно в этом режиме работы # pin2 и # pin4 подключены к подтягивающим резисторам.

Когда вывод # 2 заземлен на короткое время, на выходе # вывод 3 устанавливается высокий уровень, чтобы сбросить выход, вывод # 4 на мгновение замыкается на землю, а затем на выходе становится низкий уровень.

Здесь нет необходимости в синхронизирующем конденсаторе, но рекомендуется подключить конденсатор (от 0,01 мкФ до 0,1 мкФ) через # вывод 5 и землю. # pin7 и # pin6 можно оставить неподключенными в этой конфигурации.

Вот простая бистабильная схема:

Когда кнопка установки нажата, выход становится высоким, а когда кнопка сброса нажата, выход переходит в низкое состояние. R1 и R2 могут быть 10 кОм, конденсатор может быть где угодно между указанным значением.

Моностабильный режим:

Еще одно полезное применение таймера IC 555 - это одноразовая или моностабильная схема мультивибратора , как показано на рисунке ниже.

Как только входной сигнал триггера становится отрицательным, активируется однократный режим, в результате чего выходной контакт 3 становится высоким на уровне Vcc. Период времени высокого состояния выходного сигнала можно рассчитать по формуле:

• Т_высоко= 1,1 R_КC

Как видно на рисунке, отрицательный фронт входа заставляет компаратор 2 переключать триггер. Это действие приводит к тому, что выход на выводе 3 становится высоким.

Собственно в этом процессе конденсатор C взимается с VCC через резистор ИЗ . Пока конденсатор заряжается, выходной сигнал поддерживается на высоком уровне Vcc.

Видео Демонстрация

Когда напряжение на конденсаторе достигает порогового уровня 2 VCC / 3 компаратор 1 запускает триггер, заставляя выход изменить состояние и перейти в низкий уровень.

Это впоследствии понижает разряд разрядки, заставляя конденсатор разряжаться и поддерживать около 0 В до следующего триггера входа.

На рисунке выше показана вся процедура, когда на входе запускается низкий уровень, что приводит к форме выходного сигнала для моностабильного однократного действия IC 555.

Время вывода для этого режима может варьироваться от микросекунд до многих секунд, что позволяет этой операции стать идеально полезной для ряда различных приложений.

Упрощенное объяснение для новичков

Генераторы моностабильных или однократных импульсов широко используются во многих электронных приложениях, где цепь необходимо включить на заранее определенное время после срабатывания триггера. Ширина выходного импульса на # pin3 может быть определена с помощью этой простой формулы:

• Т = 1.1RC

Где

• T - время в секундах
• R - сопротивление в Ом
• C - емкость в фарадах

Выходной импульс падает, когда напряжение на конденсаторе равно 2/3 Vcc. Входной триггер между двумя импульсами должен быть больше постоянной времени RC.

Вот простая моностабильная схема:

Решение практического моностабильного приложения

Найдите период выходного сигнала для примера схемы, показанного ниже, когда он запускается отрицательным фронтом импульса.

Решение:

• Т_высоко= 1,1 R_КС = 1,1 (7,5 х 10³) (0,1 х 10^-6) = 0,825 мс

Как работает нестабильный режим:

Ссылаясь на рисунок нестабильной схемы IC555 ниже, конденсатор C взимается с VCC уровень через два резистора R_Ки R_B. Конденсатор заряжается до уровня выше 2 VCC / 3. Это напряжение становится пороговым напряжением на выводе 6 ИС. Это напряжение приводит в действие компаратор 1, запускающий триггер, который приводит к понижению уровня выходного сигнала на выводе 3.

Одновременно с этим включается разрядный транзистор, в результате чего вывод 7 разряжает конденсатор через резистор. РБ .

Это приводит к падению напряжения внутри конденсатора, пока, наконец, не упадет ниже уровня срабатывания ( VCC / 3). Это действие мгновенно запускает триггерный каскад ИС, в результате чего выходной сигнал ИС становится высоким, что приводит к выключению разрядного транзистора. Это еще раз позволяет конденсатору заряжаться через резисторы. ИЗ и РБ к VCC .

Временные интервалы, ответственные за переключение выходного сигнала на высокий и низкий, можно рассчитать с помощью соотношений

• Т_высоко≈ 0,7 (R_К+ R_B) C
• Т_низкий≈ 0,7 R_B C

Общий период

• Т = период = T_высоко+ Т_низкий

Видеоурок

Упрощенное объяснение для новичков

Это наиболее часто используемые мультивибраторы или конструкции AMV, например, в генераторы, сирены, сигнализация , мигалки и т. д., и это будет одна из наших первых схем, реализованных для IC 555 в качестве любителя (помните альтернативный мигающий светодиод?).

Когда IC555 настроен как нестабильный мультивибратор, он выдает непрерывные импульсы прямоугольной формы на # pin3.

Частоту и ширину импульса можно регулировать с помощью R1, R2 и C1. R1 подключается между Vcc и выводом № 7 разряда, R2 подключается между выводом № 7 и № 2, а также № 6. Закорочены # pin6 и # pin2.

Конденсатор подключен между # pin2 и землей.

Частота для Нестабильный мультивибратор можно рассчитать используя эту формулу:

• F = 1,44 / ((R1 + R2 * 2) * C1)

Где,

• F - частота в Герцах
• R1 и R2 - резисторы в Ом
• C1 - конденсатор в фарадах.

Максимальное время для каждого импульса определяется:

• Высокий = 0,693 (R1 + R2) * C

Низкое время определяется:

• Низкий = 0,693 * R2 * C

Все «R» в омах, а «C» в омах.

Вот базовая схема нестабильного мультивибратора:

Для таймеров 555 IC с биполярными транзисторами следует избегать R1 с низким значением, чтобы выход оставался насыщенным вблизи напряжения земли во время процесса разряда, иначе `` низкое время '' может быть ненадежным, и мы можем увидеть большие значения для низкого времени практически, чем расчетное значение .

Решение нестабильной примерной проблемы

На следующем рисунке найдите частоту IC 555 и изобразите результаты формы выходного сигнала.

Решение:

Изображения формы волны можно увидеть ниже:

Схема ШИМ IC 555 с использованием диодов

Если вы хотите, чтобы выходной цикл составлял менее 50%, то есть более короткое высокое время и более длительное низкое время, диод может быть подключен к R2 с катодом на стороне конденсатора. Он также называется режимом ШИМ для таймера 555 IC.

Вы также можете создать Схема 555 ШИМ с переменным рабочим циклом два диода, как показано на рисунке выше.

Схема PWM IC 555, использующая два диода, в основном представляет собой нестабильную схему, в которой время заряда и разряда конденсатора C1 раздваивается через отдельные каналы с использованием диодов. Эта модификация позволяет пользователю настраивать периоды включения / выключения ИС отдельно и, следовательно, быстро достигать желаемой скорости ШИМ.

Расчет ШИМ

В схеме IC 555 с двумя диодами формула для расчета скорости ШИМ может быть получена с помощью следующей формулы:

Т_высоко≈ 0,7 (сопротивление R1 + POT) C

Здесь сопротивление POT относится к настройке потенциометра и уровню сопротивления той конкретной стороны потенциометра, через которую заряжается конденсатор C.

Допустим, горшок представляет собой потенциометр на 5 кОм, и он отрегулирован на уровне 60/40, обеспечивая уровни сопротивления 3 кОм и 2 кОм. Затем, в зависимости от того, какая часть сопротивления заряжает конденсатор, значение можно использовать в приведенном выше формула.

Если регулировка на стороне 3 К заряжает конденсатор, то формулу можно решить как:

Т_высоко≈ 0,7 (R1 + 3000 Ω) C

С другой стороны, если это 2 К, которые находятся на стороне зарядки регулятора потенциометра, формулу можно решить как.

Т_высоко≈ 0,7 (R1 + 2000 Ω) C

Пожалуйста, помните, что в обоих случаях буква C будет в фарадах. Таким образом, вы должны сначала преобразовать значение микрофарад в вашей схеме в фарады, чтобы получить правильное решение.

Рекомендации: Stackexchange