โพสต์นี้อธิบายถึงวิธีการทำงานของ IC 555 รายละเอียดพินพื้นฐานและวิธีกำหนดค่า IC ในโหมดวงจร Astable, bistable และ monostable ที่เป็นมาตรฐานหรือเป็นที่นิยม โพสต์ยังให้รายละเอียดเกี่ยวกับสูตรต่างๆในการคำนวณพารามิเตอร์ IC 555

บทนำ

โลกงานอดิเรกของเราจะน่าสนใจน้อยลงหากไม่มี IC 555 มันจะเป็นหนึ่งใน IC ตัวแรกของเราที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ในบทความนี้เราจะย้อนกลับไปดูประวัติของ IC555 โหมดการทำงาน 3 โหมดและข้อกำหนดบางประการ

IC 555 เปิดตัวในปี 1971 โดย บริษัท ชื่อ“ Signetics” ออกแบบโดย Hans R. Camenzind คาดว่ามีการผลิต IC 555 ประมาณ 1 พันล้านชิ้นทุกปี นั่นคือ IC 555 หนึ่งเดียวสำหรับทุกๆ 7 คนในโลก

บริษัท Signetics เป็นของ Philips Semiconductor หากเราดูที่แผนภาพบล็อกภายในของ IC 555 เราจะพบตัวต้านทาน 5K โอห์มสามตัวที่เชื่อมต่อเป็นอนุกรมสำหรับการตัดสินใจปัจจัยเวลานั่นอาจเป็นวิธีที่อุปกรณ์มีชื่อตัวจับเวลา IC 555 อย่างไรก็ตามบางสมมติฐานอ้างว่าการเลือกชื่อไม่มีความสัมพันธ์กับส่วนประกอบภายในของ IC แต่ก็ถูกเลือกโดยพลการ

IC 555 ทำงานอย่างไร

IC555 มาตรฐานประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ 25 ตัวตัวต้านทาน 15 ตัวและไดโอด 2 ตัวที่รวมอยู่บนแม่พิมพ์ซิลิกอน IC มีให้เลือกสองรุ่นคือตัวจับเวลาระดับทหารและพลเรือน 555

NE555 เป็น IC เกรดพลเรือนและมีช่วงอุณหภูมิในการทำงาน 0 ถึง +70 องศาเซลเซียส SE555 เป็น IC เกรดทางการทหารและมีช่วงอุณหภูมิในการทำงาน -55 ถึง +125 องศาเซลเซียส

คุณจะพบไฟล์ ตัวจับเวลารุ่น CMOS เรียกว่า 7555 และ TLC555 สิ่งเหล่านี้ใช้พลังงานน้อยกว่าเมื่อเทียบกับมาตรฐาน 555 และใช้งานน้อยกว่า 5V

ตัวจับเวลาเวอร์ชัน CMOS ประกอบด้วย MOSFET มากกว่าทรานซิสเตอร์สองขั้วซึ่งมีประสิทธิภาพและใช้พลังงานน้อยกว่า

IC 555 Pinout และรายละเอียดการทำงาน:

พิน 1 : กราวด์หรือ 0V: เป็นขาจ่ายเชิงลบของ IC
พิน 2 : ทริกเกอร์หรืออินพุต: ทริกเกอร์ชั่วขณะที่เป็นลบบนขาอินพุตนี้ทำให้ขาเอาต์พุต 3 ไปสูง สิ่งนี้เกิดขึ้นโดยการปล่อยตัวเก็บประจุไทม์มิ่งอย่างรวดเร็วต่ำกว่าระดับขีด จำกัด ล่างของแรงดันไฟฟ้า 1 / 3rd จากนั้นตัวเก็บประจุจะค่อยๆชาร์จผ่านตัวต้านทานไทม์มิ่งและเมื่อมันเพิ่มขึ้นเหนือระดับอุปทาน 2/3 พิน 3 จะกลายเป็น LOW อีกครั้ง การสลับเปิด / ปิดนี้ทำได้โดยภายใน รองเท้าแตะ เวที.
พิน 3 : เอาต์พุต: เป็นเอาต์พุตที่ตอบสนองต่อพินอินพุตไม่ว่าจะโดยไปที่สูงหรือต่ำหรือโดยการสั่นเปิด / ปิด
พิน 4 : รีเซ็ต: เป็นพินรีเซ็ตซึ่งเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟบวกเสมอสำหรับการทำงานปกติของ IC เมื่อต่อสายดินชั่วขณะจะรีเซ็ตเอาต์พุต IC ไปที่ตำแหน่งเริ่มต้นและหากเชื่อมต่อกับกราวด์อย่างถาวรจะทำให้การทำงานของ IC ถูกปิดใช้งาน
พิน 5 : การควบคุม: สามารถใช้ศักย์ไฟฟ้ากระแสตรงตัวแปรภายนอกกับพินนี้เพื่อควบคุมหรือปรับความกว้างพัลส์ pin3 และสร้าง PWM ที่ควบคุมได้
พิน 6 : Threshold: นี่คือพินธรณีประตูซึ่งทำให้เอาต์พุตไป LOW (0V) ทันทีที่ประจุของตัวเก็บประจุไทม์มิ่งถึงเกณฑ์บนของแรงดันไฟฟ้า 2/3
พิน 7 : Discharge: นี่คือพินดิสชาร์จที่ควบคุมโดยฟลิปฟล็อปภายในซึ่งบังคับให้ตัวเก็บประจุไทม์มิ่งคายประจุทันทีที่ถึงระดับเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าที่จ่าย 2/3
พิน 8 : Vcc: เป็นอินพุตแหล่งจ่ายบวกระหว่าง 5 V ถึง 15 V.

3 โหมดจับเวลา:

ทริกเกอร์ Bistable หรือ Schmitt
Monostable หรือ one shot
Astable

โหมด Bistable:

เมื่อกำหนดค่า IC555 ในโหมด bistable จะทำงานเป็นฟลิปฟล็อปพื้นฐาน กล่าวอีกนัยหนึ่งเมื่อมีการกำหนดทริกเกอร์อินพุตมันจะสลับสถานะเอาต์พุต ON หรือ OFF

โดยปกติ # pin2 และ # pin4 จะเชื่อมต่อกับตัวต้านทานแบบดึงขึ้นในโหมดการทำงานนี้

เมื่อ # pin2 ถูกต่อสายดินในช่วงเวลาสั้น ๆ เอาต์พุตที่ # pin3 จะสูงเพื่อรีเซ็ตเอาต์พุต # pin4 จะสั้นลงไปที่กราวด์ชั่วขณะจากนั้นเอาต์พุตจะต่ำ

ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวเก็บประจุแบบจับเวลาที่นี่ แต่แนะนำให้เชื่อมต่อตัวเก็บประจุ (0.01uF ถึง 0.1uF) กับ # pin5 และขอแนะนำให้กราวด์ # pin7 และ # pin6 ไม่สามารถเชื่อมต่อได้ในการกำหนดค่านี้

นี่คือวงจร bistable ง่ายๆ:

เมื่อกดปุ่ม set เอาต์พุตจะสูงขึ้นและเมื่อกดปุ่มรีเซ็ตเอาต์พุตจะเข้าสู่สถานะต่ำ R1 และ R2 อาจเป็น 10k ohm ตัวเก็บประจุอาจอยู่ที่ใดก็ได้ระหว่างค่าที่ระบุ

โหมด Monostable:

อีกหนึ่งแอปพลิเคชั่นที่มีประโยชน์ของตัวจับเวลา IC 555 อยู่ในรูปแบบของไฟล์ วงจรมัลติไวเบรเตอร์แบบ one-shot หรือ monostable ดังแสดงในรูปด้านล่าง

ทันทีที่สัญญาณทริกเกอร์อินพุทกลายเป็นลบโหมด one-shot จะเปิดใช้งานทำให้ขาเอาต์พุต 3 สูงที่ระดับ Vcc สามารถคำนวณช่วงเวลาของเงื่อนไขเอาต์พุตสูงได้โดยฟ้องสูตร:

ที_สูง= 1.1 ร_ถึงค

ดังที่เห็นในรูปขอบลบของอินพุตบังคับให้ตัวเปรียบเทียบ 2 สลับฟลิปฟล็อป การดำเนินการนี้ทำให้เอาต์พุตที่พิน 3 สูงขึ้น

จริงๆแล้วในกระบวนการนี้ตัวเก็บประจุ ค ถูกเรียกเก็บเงินไปยัง VCC ผ่านตัวต้านทาน ออก . ในขณะที่ตัวเก็บประจุชาร์จเอาต์พุตจะสูงที่ระดับ Vcc

IC 555 monostable one-shot สูตรและรูปคลื่น

วิดีโอสาธิต

เมื่อแรงดันไฟฟ้าทั่วตัวเก็บประจุได้มาถึงระดับเกณฑ์ที่ 2 VCC / 3 ตัวเปรียบเทียบ 1 ทริกเกอร์ฟลิปฟล็อปบังคับให้เอาต์พุตเปลี่ยนสถานะและลดระดับลง

จากนั้นจะเปลี่ยนการคายประจุให้ต่ำทำให้ตัวเก็บประจุคายประจุและคงไว้ที่ประมาณ 0 V จนกระทั่งทริกเกอร์อินพุตถัดไป

รูปด้านบนแสดงขั้นตอนทั้งหมดเมื่ออินพุตถูกทริกเกอร์ต่ำนำไปสู่รูปคลื่นเอาต์พุตสำหรับแอ็คชั่นช็อตเดียวของ IC 555

ระยะเวลาของเอาต์พุตสำหรับโหมดนี้อาจอยู่ในช่วงตั้งแต่ไมโครวินาทีไปจนถึงหลายวินาทีซึ่งทำให้การดำเนินการนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชันต่างๆ

“วิธีทำเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ 12 โวลท์ 10 แอมป์ ”

คำอธิบายที่ง่ายขึ้นสำหรับมือใหม่

เครื่องกำเนิดพัลส์แบบโมโนสเตเบิลหรือแบบช็อตเดียวถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในแอพพลิเคชั่นอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากซึ่งต้องเปิดวงจรเป็นเวลาที่กำหนดไว้ล่วงหน้าหลังจากทริกเกอร์ ความกว้างพัลส์เอาต์พุตที่ # pin3 สามารถกำหนดได้โดยใช้สูตรง่ายๆนี้:

T = 1.1RC

ที่ไหน

T คือเวลาในหน่วยวินาที
R คือความต้านทานเป็นโอห์ม
C คือความจุในหน่วยฟาราด

พัลส์เอาท์พุทจะตกเมื่อแรงดันไฟฟ้าทั่วตัวเก็บประจุเท่ากับ 2/3 ของ Vcc ทริกเกอร์อินพุตระหว่างสองพัลส์ต้องมากกว่าค่าคงที่เวลา RC

นี่คือวงจร Monostable ง่ายๆ:

การแก้แอปพลิเคชัน Monostable ในทางปฏิบัติ

ค้นหาช่วงเวลาของรูปคลื่นเอาต์พุตสำหรับตัวอย่างวงจรที่แสดงด้านล่างเมื่อถูกกระตุ้นโดยพัลส์ขอบลบ

วิธีการแก้:

ที_สูง= 1.1 ร_ถึงC = 1.1 (7.5 x 10³) (0.1 x 10^-6) = 0.825 มิลลิวินาที

โหมด Astable ทำงานอย่างไร:

อ้างถึงรูปวงจร Astable IC555 ด้านล่าง Capacitor ค จะเรียกเก็บจาก VCC ผ่านตัวต้านทานสองตัว R_ถึงและ R_ข. ตัวเก็บประจุจะถูกชาร์จจนสูงกว่า 2 VCC / 3. แรงดันไฟฟ้านี้จะกลายเป็นแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ที่ขา 6 ของ IC แรงดันไฟฟ้านี้ทำงานตัวเปรียบเทียบ 1 เพื่อเรียกใช้ฟลิปฟล็อปซึ่งทำให้เอาต์พุตที่พิน 3 ต่ำ

พร้อมกับสิ่งนี้ทรานซิสเตอร์ดิสชาร์จจะถูกเปิดส่งผลให้เอาต์พุตพิน 7 ปล่อยตัวเก็บประจุผ่านตัวต้านทาน RB .

สิ่งนี้ทำให้แรงดันไฟฟ้าภายในตัวเก็บประจุลดลงจนในที่สุดก็ลดลงต่ำกว่าระดับทริกเกอร์ ( VCC / 3). การกระทำนี้จะทริกเกอร์สเตจฟลิปฟล็อปของ IC ทันทีทำให้เอาต์พุตของ IC สูงขึ้นโดยปิดทรานซิสเตอร์ดิสชาร์จ นี่เป็นอีกครั้งที่ทำให้ตัวเก็บประจุสามารถชาร์จผ่านตัวต้านทานได้ ออก และ RB ไปทาง VCC .

ช่วงเวลาที่รับผิดชอบในการเปลี่ยนเอาต์พุตสูงและต่ำสามารถคำนวณได้โดยใช้ความสัมพันธ์

ที_สูง≈ 0.7 (ร_ถึง+ ร_ข) ค
ที_ต่ำ≈ 0.7 ร_ข ค

ระยะเวลาทั้งหมดคือ

ที = ระยะเวลา = T_สูง+ T_ต่ำ

วิดีโอสอน

คำอธิบายที่ง่ายขึ้นสำหรับมือใหม่

นี่คือการออกแบบมัลติไวเบรเตอร์หรือ AMV ที่ใช้บ่อยที่สุดเช่นใน ออสซิลเลเตอร์ไซเรนสัญญาณเตือน , ไฟกระพริบและอื่น ๆ และนี่จะเป็นหนึ่งในวงจรแรกของเราที่นำมาใช้กับ IC 555 ในฐานะมือสมัครเล่น (จำ LED กะพริบอื่นได้ไหม)

เมื่อ IC555 กำหนดค่าเป็นมัลติไวเบรเตอร์แบบ Astable จะให้พัลส์รูปสี่เหลี่ยมต่อเนื่องที่ # pin3

ความถี่และความกว้างพัลส์สามารถควบคุมได้โดย R1, R2 และ C1 R1 เชื่อมต่อระหว่าง Vcc และดิสชาร์จ # พิน 7, R2 เชื่อมต่อระหว่าง # pin7 และ # พิน 2 และ # พิน 6 # pin6 และ # pin2 ถูกย่อ

ตัวเก็บประจุเชื่อมต่อระหว่าง # pin2 และกราวด์

ความถี่สำหรับ สามารถคำนวณมัลติไวเบรเตอร์ Astable ได้ โดยใช้สูตรนี้:

F = 1.44 / ((R1 + R2 * 2) * C1)

ที่ไหน

F คือความถี่ในเฮิรตซ์
R1 และ R2 เป็นตัวต้านทานในหน่วยโอห์ม
C1 เป็นตัวเก็บประจุในฟารัด

เวลาที่สูงสำหรับแต่ละพัลส์ที่กำหนดโดย:

สูง = 0.693 (R1 + R2) * C

เวลาต่ำกำหนดโดย:

ต่ำ = 0.693 * R2 * C

'R' ทั้งหมดเป็นโอห์มและ 'C' เป็นโอห์ม

นี่คือวงจรมัลติไวเบรเตอร์พื้นฐาน Astable:

สำหรับตัวจับเวลา IC 555 ตัวที่มีทรานซิสเตอร์สองขั้วต้องหลีกเลี่ยง R1 ที่มีค่าต่ำเพื่อให้เอาต์พุตยังคงอิ่มตัวใกล้กับแรงดันไฟฟ้าพื้นดินในระหว่างกระบวนการคายประจุมิฉะนั้น 'เวลาต่ำ' อาจไม่น่าเชื่อถือและเราอาจเห็นค่าที่มากกว่าสำหรับเวลาที่ต่ำกว่าค่าที่คำนวณได้ .

การแก้ปัญหาตัวอย่าง Astable

ในรูปต่อไปนี้ให้ค้นหาความถี่ของ IC 555 และวาดผลลัพธ์รูปคลื่นเอาต์พุต

วิธีการแก้:

ภาพรูปคลื่นสามารถดูได้ด้านล่าง:

IC 555 PWM วงจรโดยใช้ไดโอด

หากคุณต้องการให้เอาต์พุตมีรอบการทำงานน้อยกว่า 50% เช่นเวลาสูงสั้นและเวลาต่ำนานขึ้นสามารถเชื่อมต่อไดโอดข้าม R2 ด้วยแคโทดที่ด้านตัวเก็บประจุ เรียกอีกอย่างว่าโหมด PWM สำหรับตัวจับเวลา 555 IC

คุณยังสามารถออกแบบไฟล์ 555 วงจร PWM พร้อมวงจรการทำงานแบบแปรผัน ไดโอดสองตัวดังแสดงในรูปด้านบน

วงจร PWM IC 555 ที่ใช้ไดโอดสองตัวนั้นโดยพื้นฐานแล้วเป็นวงจรแอสเทเบิลที่เวลาในการชาร์จและการคายประจุของตัวเก็บประจุ C1 จะถูกแบ่งเป็นสองช่องโดยใช้ไดโอด การปรับเปลี่ยนนี้ช่วยให้ผู้ใช้สามารถปรับช่วงเวลาเปิด / ปิดของ IC แยกกันและทำให้ได้อัตรา PWM ที่ต้องการอย่างรวดเร็ว

การคำนวณ PWM

ในวงจร IC 555 โดยใช้ไดโอดสองตัวสามารถทำได้สูตรคำนวณอัตรา PWM โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

ที_สูง≈ 0.7 (ต้านทาน R1 + POT) ค

ในที่นี้ความต้านทานของหม้อหมายถึงการปรับโพเทนชิออมิเตอร์และระดับความต้านทานของด้านนั้น ๆ ของหม้อที่ตัวเก็บประจุ C ชาร์จ

สมมติว่าหม้อเป็นหม้อ 5 K และปรับที่ระดับ 60/40 ทำให้ระดับความต้านทาน 3 K และ 2 K จากนั้นขึ้นอยู่กับว่าส่วนใดของความต้านทานกำลังชาร์จตัวเก็บประจุสามารถใช้ค่าในข้างต้นได้ สูตร.

หากเป็นการปรับด้าน 3 K ที่กำลังชาร์จตัวเก็บประจุสูตรสามารถแก้ไขได้ดังนี้:

ที_สูง≈ 0.7 (R1 + 3000 Ω) ค

ในทางกลับกันถ้าเป็น 2 K ที่อยู่ด้านการชาร์จของการปรับหม้ออาจแก้ไขสูตรได้