Budowa astabilnego multiwibratora opartego na układzie scalonym 555 Timer
Bez użycia zewnętrznych wyzwalaczy, układ scalony timera 555 może zmieniać swoje dwa stany. Trzy dodatkowe części zewnętrzne, dwa rezystory (R 1 i R 2 ), a do układu IC 555 można dodać kondensator (C), aby przekształcić go w stabilny obwód multiwibratora. Poniższy obwód przedstawia zastosowanie IC 555 jako stabilnego multiwibratora wraz z trzema częściami zewnętrznymi.
Ponieważ piny 6 i 2 są już połączone, urządzenie zostanie aktywowane automatycznie i będzie działać jako oscylator bez konieczności stosowania zewnętrznego impulsu wyzwalającego. V CC ponieważ napięcie wejściowe zasilania jest połączone z pinem 8. Ponieważ Pin 3 w powyższym obwodzie jest zaciskiem wyjściowym, stąd można pobrać sygnał wyjściowy. Zewnętrzny pin resetowania to pin 4 w obwodzie i ten pin może ponownie uruchomić timer, ale zwykle pin 4 jest podłączony do V CC gdy funkcja resetowania nie jest używana.
Poziom napięcia progowego będzie się zmieniać w zależności od napięcia sterującego dostarczonego na styk 5. W przeciwieństwie do tego, styk 5 jest często połączony z masą poprzez kondensator, który odfiltrowuje zakłócenia zewnętrzne z zacisku. Zacisk uziemienia to pin 1. R 1 , R 2 i C tworzą obwód taktowania, który kontroluje szerokość impulsu wyjściowego.
Zasada działania
Obwód wewnętrzny IC 555 jest wyświetlany w trybie stabilnym, z R 1 , R 2 i C, wszystkie będące częścią obwodu czasowego RC.
Przerzutnik jest najpierw resetowany po podłączeniu do zasilania, co powoduje przejście wyjścia timera w stan niski. W wyniku sprzężenia z Q’ tranzystor rozładowujący zostaje przesunięty do punktu nasycenia. Tranzystor umożliwi rozładowanie kondensatora C obwodu taktowania, połączonego z pinem 7 układu IC 555. Sygnał wyjściowy timera jest teraz znikomy. W tym przypadku napięcie wyzwalające jest jedynym napięciem obecnym na kondensatorze. W rezultacie, jeśli napięcie kondensatora spadnie poniżej 1/3 V CC , napięcie odniesienia, które aktywuje komparator nr. 2, wyjście komparatora nr. 2 wzrośnie podczas rozładowania. W rezultacie zostanie ustawiony przerzutnik, wytwarzający WYSOKI sygnał wyjściowy dla timera na pinie 3.
Tranzystor zostanie wyłączony przy tak wysokim wyjściu. W rezultacie poprzez rezystory R 1 i R 2 , kondensator C ładuje się. Pin 6 jest podłączony do złącza, w którym spotykają się kondensator i rezystor, dlatego napięcie na kondensatorze jest teraz równe napięciu progowemu. W miarę ładowania kondensatora jego napięcie wzrasta wykładniczo w kierunku V CC ; gdy osiągnie 2/3 V CC , napięcie odniesienia komparatora progowego (komparator 1), jego impulsy wyjściowe.
Dlatego przerzutnik jest RESETOWANY. Wyjście timera zmniejsza się do LOW. Ta niska moc wyjściowa spowoduje ponowne uruchomienie tranzystora, co zapewni kondensatorowi drogę rozładowania. W rezultacie rezystor R 2 pozwoli na rozładowanie kondensatora C. Zatem cykl trwa.
W rezultacie podczas ładowania kondensatora napięcie wyjściowe na pinie 3 jest wysokie, a napięcie wokół kondensatora gwałtownie wzrasta. Podobnie napięcie wyjściowe na pinie 3 jest niskie, a w miarę rozładowywania kondensatora napięcie na nim spada wykładniczo. Przebieg wyjściowy wygląda jak seria prostokątnych impulsów.
Przebiegi napięcia kondensatora i napięcia wyjściowego
W rezultacie r 1 + R 2 reprezentuje całkowitą rezystancję w kanale ładowania, a C oznacza stałą czasu ładowania. Dopiero gdy kondensator przejdzie przez rezystor R 2 podczas rozładowania rozładowuje się. R 2 W rezultacie C jest stałą czasu rozładowania.
Cykl pracy
Opory R 1 i R 2 wpływają na stałe czasowe ładowania i rozładowania. Zmiana stałej czasowej jest zwykle większa niż stała czasowa rozładowania. W rezultacie wyjście HIGH występuje przez dłuższy czas niż wyjście LOW, a kształt fali wyjściowej nie jest symetryczny, więc jeśli T jest czasem trwania jednego cyklu, a TON jest czasem wyższej mocy wyjściowej, wówczas cykl pracy jest określony wzorem :
Zatem cykl pracy w procentach będzie wynosić:
Gdzie T jest sumą czasów ładowania i rozładowania, T NA oraz T WYŁĄCZONY , poniższe równanie podaje wartość T NA lub czas ładowania T C :
Czas rozładowania T D , często nazywany T WYŁĄCZONY , jest dany przez:
W związku z tym wzór na czas trwania jednego cyklu T jest następujący:
Podstawiając we wzorze % cyklu pracy:
Częstotliwość jest określona wzorem:
Zastosowanie – Generowanie fal prostokątnych
Cykl pracy multiwibratora astabilnego zwykle przekracza 50%. Gdy cykl pracy wynosi dokładnie 50%, stabilny multiwibrator wytwarza na wyjściu falę prostokątną. Cykle pracy na poziomie 50% lub niższym są trudne do osiągnięcia w przypadku IC 555 działającego jako stabilny multiwibrator, jak wspomniano wcześniej. Obwód musi przejść pewne zmiany.
Dodaje się dwie diody, jedną równolegle z rezystorem R 2 a drugi szeregowo z rezystorem R 2 z katodą połączoną z kondensatorem. Zmieniając rezystory R 1 i R 2 , możliwe jest utworzenie cyklu pracy w przedziale od 5% do 95%. Obwód do wytwarzania fal prostokątnych można skonfigurować w następujący sposób:
W tym obwodzie kondensator ładuje się podczas przesyłania prądu przez R 1 , D 1 i R 2 podczas ładowania. Rozładowuje się poprzez D 2 i R 2 podczas rozładowywania.
Stała czasu ładowania, T NA = T C , można obliczyć w następujący sposób:
I w ten sposób otrzymujesz stałą czasu rozładowania, T WYŁĄCZONY = T D :
W związku z tym cykl pracy D jest określony przez:
Dokonywanie R 1 i R 2 o równej wartości spowoduje powstanie fali prostokątnej z 50% cyklem pracy.
Cykl pracy mniejszy niż 50% zostaje osiągnięty, gdy R 1 rezystancja jest mniejsza niż R 2 podczas gdy zwykle R 1 i R 2 Aby to osiągnąć, można je zastąpić potencjometrami. Bez użycia diod można zbudować kolejny obwód generatora fali prostokątnej przy użyciu astabilnego multiwibratora. R 2 jest podłączony pomiędzy stykami 3 i 2 lub zaciskiem wyjściowym i zaciskiem wyzwalającym. Poniżej znajduje się schemat obwodu:
Zarówno procesy ładowania, jak i rozładowywania w tym obwodzie odbywają się wyłącznie poprzez rezystor R 2 . Kondensator nie powinien być narażony na zewnętrzne połączenia podczas ładowania przez rezystor R 1 , które należy ustawić na wysoką wartość. Dodatkowo służy do zagwarantowania, że kondensator naładuje się do pełnego potencjału (V CC ).
Zastosowanie – Zmiany położenia impulsu
Dwa układy scalone timera 555, z których jeden pracuje w trybie astabilnym, a drugi w trybie monostabilnym, oferują modulację położenia impulsu. Po pierwsze, układ IC 555 znajduje się w trybie stabilnym, sygnał modulacji jest doprowadzany do pinu 5, a układ IC 555 wytwarza na wyjściu falę z modulacją szerokości impulsu. Wejście wyzwalające następnego układu IC 555, który pracuje w trybie monostabilnym, odbiera ten sygnał PWM. Lokalizacja impulsów wyjściowych drugiego układu IC 555 różni się w zależności od sygnału PWM, który ponownie zależy od sygnału modulującego.
Poniżej znajduje się konfiguracja obwodu modulatora położenia impulsu, który wykorzystuje dwa układy scalone z timerem 555.
Napięcie sterujące, które określa minimalne napięcie lub poziom progowy dla pierwszego układu scalonego 555, jest dostosowywane w celu utworzenia UTL (górnego poziomu progowego).
Gdy napięcie progowe zmienia się w zależności od przyłożonego sygnału modulującego, zmienia się również szerokość impulsu i czas opóźnienia. Kiedy ten sygnał PWM zostanie zastosowany do wyzwolenia drugiego układu scalonego, jedyne, co się zmieni, to lokalizacja impulsu wyjściowego, nie zmieni się ani jego amplituda, ani szerokość.
Wniosek
Układy scalone Timera 555 mogą działać jako oscylator wolnoobrotowy lub astabilny multiwibrator w połączeniu z dodatkowymi komponentami. Układy scalone timera 555 w trybie astabilnym są wykorzystywane w szerokiej gamie zastosowań, począwszy od generowania ciągu impulsów, modulacji i generowania fali prostokątnej.