IC 555 Pinouts, Astable, Monostable, Bistable Circuits met onderzochte formules

De post legt uit hoe IC 555 werkt, de basis pinout-details en hoe de IC moet worden geconfigureerd in de standaard of populaire astabiele, bistabiele en monostabiele circuitmodi. De post beschrijft ook de verschillende formules voor het berekenen van de IC 555-parameters.

Invoering

Onze hobbywereld zou minder interessant zijn zonder IC 555. Het zou een van onze eerste IC's zijn die we in elektronica zouden gebruiken. In dit artikel gaan we terugkijken op de geschiedenis van IC555, hun 3 bedieningsmodi en enkele van hun specificaties.

IC 555 werd in 1971 geïntroduceerd door een bedrijf genaamd 'Signetics' en werd ontworpen door Hans R. Camenzind. Naar schatting worden er elk jaar ongeveer 1 miljard IC 555's geproduceerd. Dat is één IC 555 voor elke 7 mensen ter wereld.

The Signetics Company is eigendom van Philips Semiconductor. Als we naar het interne blokschema van IC 555 kijken, zien we drie 5K ohm-weerstanden die in serie zijn geschakeld om de timingfactor te bepalen, dus waarschijnlijk kreeg het apparaat zo zijn naam IC 555-timer. Sommige hypotheses beweren echter dat de selectie van de naam geen verband houdt met de interne componenten van de IC, maar willekeurig werd gekozen.

Hoe IC 555 werkt

Een standaard IC555 bestaat uit 25 transistors, 15 weerstanden en 2 diodes geïntegreerd op een siliconen chip. Er zijn twee versies van de IC beschikbaar, namelijk militaire en civiele 555-timer.

De NE555 is een IC voor civiele doeleinden en heeft een bedrijfstemperatuurbereik van 0 tot +70 graden Celsius. De SE555 is van militaire kwaliteit en heeft een bedrijfstemperatuurbereik van -55 tot +125 graden Celsius.

U vindt er ook de CMOS-versie van timer bekend als 7555 en TLC555 deze verbruiken minder stroom in vergelijking met standaard 555 en werken minder dan 5V.

CMOS-versietimers bestaan ​​uit MOSFET's in plaats van een bipolaire transistor, die efficiënt is en minder stroom verbruikt.

IC 555 Pinout en werkdetails:

1. Pin 1 : Ground of 0V: Het is de negatieve voedingspin van de IC
2. Pin 2 : Trigger of input: Een negatieve tijdelijke trigger op deze input pin zorgt ervoor dat output pin3 HOOG gaat. Dit gebeurt door een snelle ontlading van de timingcondensator onder het onderste drempelniveau van 1 / 3e voedingsspanning. De condensator laadt dan langzaam op via de timingweerstand, en wanneer deze boven het 2 / 3e voedingsniveau komt, wordt pin3 weer LAAG. Deze AAN / UIT-schakeling gebeurt door een interne SLIPPER stadium.
3. Pin 3 : Output: het is de output die op de inputpinnen reageert door ofwel hoog of laag te gaan, of door AAN / UIT te oscilleren
4. Pin 4 : Reset: Het is de reset-pin die altijd is aangesloten op de positieve voeding voor een normale werking van het IC. Wanneer geaard, wordt de IC-uitgang tijdelijk teruggezet naar zijn oorspronkelijke positie, en indien permanent verbonden met aarde, blijven de IC-bewerkingen uitgeschakeld.
5. Pin 5 : Controle: Een extern variabel DC-potentiaal kan op deze pin worden toegepast om de pulsbreedte van pin3 te regelen of te moduleren en een gecontroleerde PWM te genereren.
6. Pin 6 : Threshold: Dit is de drempel-pin die ervoor zorgt dat de uitgang LAAG (0V) wordt zodra de lading van de timingcondensator de bovenste drempel van 2 / 3e voedingsspanning bereikt.
7. Pin 7 : Discharge: Dit is de ontladingspin die wordt bestuurd door de interne flip-flop, die de timingcondensator dwingt om te ontladen zodra deze het 2 / 3e voedingsspanningsdrempelniveau heeft bereikt.
8. Pin 8 : Vcc: Het is de positieve voedingsingang tussen 5 V en 15 V.

3 modi van timer:

1. Bistabiele of Schmitt-trigger
2. Monostabiel of een schot
3. Stabiel

Bistabiele modus:

Als de IC555 in bistabiele modus is geconfigureerd, werkt hij als een standaard flip-flop. Met andere woorden, wanneer de ingangstrigger wordt gegeven, schakelt deze de uitgangsstatus AAN of UIT.

Normaal gesproken zijn # pin2 en # pin4 verbonden met pull-up weerstanden in deze modus.

Wanneer de # pin2 voor korte tijd geaard is, wordt de output op # pin3 hoog om de output te resetten, wordt # pin4 kortstondig kortgesloten naar aarde, en dan wordt de output laag.

Hier is geen timingcondensator nodig, maar het wordt aanbevolen om een ​​condensator (0,01 uF tot 0,1 uF) over # pin5 en aarde aan te sluiten. # pin7 en # pin6 kunnen in deze configuratie niet verbonden blijven.

Hier is een eenvoudig bistabiel circuit:

Wanneer de instelknop wordt ingedrukt, gaat de uitgang hoog en wanneer de resetknop wordt ingedrukt gaat de uitgang naar de lage stand. R1 en R2 kunnen 10k ohm zijn, de condensator kan zich ergens tussen de opgegeven waarde bevinden.

Monostabiele modus:

Een andere nuttige toepassing van de IC 555-timer is in de vorm van een eenmalige of monostabiele multivibratorschakeling , zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Zodra het ingangstriggersignaal negatief wordt, wordt de one-shot-modus geactiveerd, waardoor de uitgangspen 3 hoog wordt op het Vcc-niveau. De tijdsperiode van de hoge outputconditie kan worden berekend aan de hand van de formule:

• T_hoog= 1,1 R_NAARC

Zoals te zien is in de figuur, dwingt de negatieve rand van de invoer de comparator 2 om de flip-flop te schakelen. Deze actie zorgt ervoor dat de output op pin 3 hoog wordt.

Eigenlijk in dit proces de condensator C wordt aangerekend VCC via de weerstand UIT ​Terwijl de condensator oplaadt, wordt de output hoog gehouden op het Vcc-niveau.

Videodemo

Wanneer de spanning over de condensator het drempelniveau van 2 bereikt VCC / 3, triggert comparator 1 de flip-flop, waardoor de output wordt gedwongen van status te veranderen en laag te gaan.

Dit maakt vervolgens de ontlading laag, waardoor de condensator ontlaadt en op ongeveer 0 V blijft tot de volgende ingangstrigger.

De bovenstaande afbeelding toont de hele procedure wanneer de invoer laag wordt getriggerd, wat leidt tot een uitvoergolfvorm voor een monostabiele eenmalige actie van de IC 555.

De timing van de uitvoer voor deze modus kan variëren van microseconden tot vele seconden, waardoor deze bewerking ideaal kan worden gebruikt voor een reeks verschillende toepassingen.

Vereenvoudigde uitleg voor de nieuwelingen

Monostabiele of one-shot pulsgeneratoren worden veel gebruikt in veel elektronische toepassingen, waar een circuit moet worden ingeschakeld voor een vooraf bepaalde tijd na een trigger. De uitgangspulsbreedte op # pin3 kan worden bepaald met behulp van deze eenvoudige formule:

• T = 1,1 RC

Waar

• T is de tijd in seconden
• R is weerstand in ohm
• C is capaciteit in farads

De uitgangspuls daalt wanneer de spanning over de condensator gelijk is aan 2/3 van de Vcc. De ingangstrigger tussen twee pulsen moet groter zijn dan de RC-tijdconstante.

Hier is een eenvoudig monostabiel circuit:

Een praktische monostabiele toepassing oplossen

Ontdek de periode van de uitgangsgolfvorm voor het onderstaande circuitvoorbeeld wanneer deze wordt getriggerd door een negatieve flankpuls.

Oplossing:

• T_hoog= 1,1 R_NAARC = 1,1 (7,5 x 10³) (0,1 x 10^-6) = 0,825 ms

Hoe de Astable-modus werkt:

Verwijzend naar de onderstaande afbeelding van een stabiel IC555-circuit, de condensator C wordt aangerekend VCC niveau door de twee weerstanden R_NAARen R_B.​De condensator wordt opgeladen totdat deze boven de 2 komt VCC / 3. Deze spanning wordt de drempelspanning op pin 6 van het IC. Deze spanning bedient comparator 1 om de flip-flop te activeren, waardoor de output op pin 3 laag wordt.

Daarnaast wordt de ontladingstransistor ingeschakeld, waardoor de uitgang van pin 7 de condensator via een weerstand ontlaadt RB ​

Dit zorgt ervoor dat de spanning in de condensator daalt totdat deze uiteindelijk onder het triggerniveau daalt ( VCC / 3). Deze actie activeert onmiddellijk de flip-flop-fase van de IC, waardoor de output van de IC hoog wordt en de ontladingstransistor wordt UITGESCHAKELD. Hierdoor kan de condensator opnieuw worden opgeladen via weerstanden UIT en RB naar VCC ​

De tijdsintervallen die verantwoordelijk zijn voor het hoog en laag draaien van de output kunnen worden berekend met behulp van de relaties

• T_hoog≈ 0,7 (R._NAAR+ R_B.​ C
• T_laag≈ 0,7 R_B. C

De totale periode is

• T = periode = T_hoog+ T_laag

Video-instructies

Vereenvoudigde uitleg voor de nieuwelingen

Dit zijn de meest gebruikte multivibrator- of AMV-ontwerpen zoals in oscillatoren, sirenes, alarmen , flitsers enz., en dit zou een van onze eerste schakelingen zijn die als hobbyist voor IC 555 werd geïmplementeerd (onthoud alternatieve knipperende LED?).

Wanneer IC555 is geconfigureerd als stabiele multivibrator, geeft het continue rechthoekige pulsen af ​​op # pin3.

De frequentie en pulsbreedte kunnen worden geregeld door R1, R2 en C1. R1 is verbonden tussen Vcc en ontlading # pin7, R2 is verbonden tussen # pin7 en # pin2 en ook # pin6. De # pin6 en # pin2 zijn kortgesloten.

De condensator is verbonden tussen # pin2 en aarde.

De frequentie voor Een stabiele multivibrator kan worden berekend door deze formule te gebruiken:

• F = 1,44 / ((R1 + R2 * 2) * C1)

Waar,

• F is de frequentie in Hertz
• R1 en R2 zijn weerstanden in ohm
• C1 is condensator in farads.

De hoogste tijd voor elke puls gegeven door:

• Hoog = 0,693 (R1 + R2) * C

Lage tijd wordt gegeven door:

• Laag = 0,693 * R2 * C

Alle ‘R’ is in ohm en ‘C’ is in ohm.

Hier is een standaard astabiel multivibratorcircuit:

Voor 555 IC-timers met bipolaire transistors moet R1 met een lage waarde worden vermeden, zodat de uitgang tijdens het ontladingsproces verzadigd blijft nabij de grondspanning, anders kan de 'lage tijd' onbetrouwbaar zijn en kunnen we praktisch grotere waarden voor een lage tijd zien dan de berekende waarde .

Een stabiel voorbeeldprobleem oplossen

Zoek in de volgende afbeelding de frequentie van de IC 555 en teken de resultaten van de uitgangsgolfvorm.

Oplossing:

Golfvormafbeeldingen zijn hieronder te zien:

IC 555 PWM-circuit met behulp van diodes

Als u de output minder dan 50% inschakelduur wilt hebben, d.w.z. een kortere hoge tijd en een langere lage tijd, kan een diode over R2 worden aangesloten met een kathode aan de condensatorzijde. Het wordt ook wel de PWM-modus genoemd voor de 555 IC-timer.

U kunt ook een 555 PWM-circuit met variabele inschakelduur twee diodes zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding.

Het PWM IC 555-circuit dat twee diodes gebruikt, is in feite een stabiel circuit waarbij de timing van laden en ontladen van de condensator C1 wordt gesplitst via afzonderlijke kanalen met behulp van diodes. Deze wijziging stelt de gebruiker in staat om de AAN / UIT-perioden van de IC afzonderlijk aan te passen en zo snel de gewenste PWM-snelheid te bereiken.

PWM berekenen

In een IC 555-circuit dat twee diodes gebruikt, kan de formule voor het berekenen van de PWM-snelheid worden bereikt met behulp van de volgende formule:

T_hoog≈ 0,7 (R1 + POT-weerstand) C

Hier verwijst POT-weerstand naar de aanpassing van de potentiometer en het weerstandsniveau van die specifieke kant van de pot waardoor de condensator C oplaadt.

Laten we zeggen dat de pot een pot van 5 K is, en deze is aangepast op 60/40 niveau, waardoor weerstandsniveaus van 3 K en 2 K worden geproduceerd. Afhankelijk van welk deel van de weerstand de condensator oplaadt, kan de waarde in het bovenstaande worden gebruikt formule.

Als het de aanpassing aan de 3 K-zijde is die de condensator oplaadt, kan de formule worden opgelost als:

T_hoog≈ 0,7 (R1 + 3000 Ω) C

Aan de andere kant, als het 2 K is die zich aan de oplaadzijde van de potaanpassing bevindt, kan de formule worden opgelost als.

T_hoog≈ 0,7 (R1 + 2000 Ω) C

Houd er rekening mee dat in beide gevallen de C in Farads zal zijn. U moet dus eerst de microfaradwaarde in uw schema omzetten in Farad om een ​​juiste oplossing te krijgen.

Referenties: Stackexchange