Continuând de la prima noastră privire la funcționarea timer-ului 555, acest al doilea tutorial despre 555 Timer privește câteva utilizări și circuite practice pe care le putem construi atunci când folosim 555 ca un multivibrator astabil.

Reamintim din tutorialul nostru anterior despre 555 că pentru a-l face să oscileze ca un oscilator cu undă pătrată trebuie să-l redeclanșăm continuu cu perioada de temporizare, T și, prin urmare, frecvența de ieșire ƒ fiind setată de condensatorul de temporizare C și rezistoarele de feedback RA și RB. Ciclul de sarcină D, precum și frecvența, sunt controlate de raportul acestor rezistoare de temporizare.

Având în vedere acest lucru, putem proiecta multivibratorul nostru de bază 555 pentru a ne oferi o frecvență de ieșire de aproximativ 1500 Hz folosind valorile standard ale componentelor, așa cum este arătat mai jos.

Circuitul de bază multivibrator 555

Utilizarea valorilor de componente date va produce valorile: t1 = 375 μs, t2 = 325 μs, T = 700 μs, ƒ = 1430 Hz sau 1,43 kHz și un ciclu de sarcină D de aproximativ 0,535 sau 53,5%.

Rețineți, de asemenea, că ciclul de sarcină este de 53,5%, atunci când oscilatorul 555 astabil este conectat la o tensiune de alimentare de 9 volți, tensiunea echivalentă DC medie de ieșire prezentă la ieșire, pinul 3 va fi: 9 * 0,535 aproximativ egal cu 4,8 volți și când este conectat la o tensiune de alimentare de 15 volți, tensiunea de ieșire DC echivalentă va fi de 15*0,535, care este egală cu aproximativ 8 volți. Acest nivel de tensiune reprezintă tensiunea de intrare DC (VIN la circuitul multiplicator de tensiune conectat.)

Multiplicatori de tensiune 555

Transformatoarele sunt dispozitive foarte eficiente pentru a converti o tensiune de intrare în primară AC la o tensiune de ieșire în secundar, fie să urce tensiunea secundară în sus sau în jos față de cea primară. Dar dacă am dori să convertim o tensiune DC constantă de la o valoare la alta, atunci nu putem folosi transformatoare pentru asta.

Timer-ul 555 poate fi utilizat pentru a converti o tensiune DC la o tensiune DC mult mai mare, și chiar inversarea polarității unei tensiuni DC cu doar câteva componente suplimentare adăugate la pinul său de ieșire. Multe aplicații electronice necesită diferite surse de tensiune joasă pentru a alimenta diferite părți ale unui circuit cu oscilatorul 555 simplu de mai sus configurat ca un multiplicator de tensiune DC-DC fără transformator utilizat pentru a satisface multe dintre aceste aplicații cu putere mică.

Circuitul de dublare a tensiunii 555

Cel mai de bază și mai ușor construit multiplicator de tensiune DC-DC este cel al dublorului de tensiune. 555 este configurat ca un multivibrator astabil pentru a furniza condițiile de intrare pentru circuitul „pompă de sarcină” creat folosind rețeaua de diode și condensatoare, așa cum este prezentat mai jos.

Acest simplu circuit 555 de dublare a tensiunii este format dintr-un oscilator 555 și o singură rețea de dublare a tensiunii condensator-diodă formată din C3, D1, D2 și C4. Acest circuit de dublare a tensiunii multiplică tensiunea de alimentare și produce o ieșire care este aproximativ de două ori valoarea tensiunii tensiunii de intrare minus căderile de tensiune pe diode.

Când ieșirea la pinul 3 este LOW, condensatorul de 50 μF (C3) se încarcă până la tensiunea de alimentare prin dioda D1, cu dioda D2 oprită. Atunci când ieșirea de la 555 este HIGH, tensiunea pe C3 se descarcă prin dioda D2, deoarece D1 este invers polarizată, adăugându-și tensiunea la tensiunea sursei, deoarece VCC și C3 sunt acum ca două surse de tensiune din serie.

Ciclul de temporizare de la 555 schimbă din nou starea de la HIGH la LOW, iar ciclul se repetă din nou, producând astfel o tensiune de sarcină DC care este de două ori mai mare decât tensiunea inițială de intrare, adică un factor de multiplicare cu doi (dublor de tensiune). Atunci, un circuit de dublare a tensiunii 555 poate produce o tensiune de ieșire de la aproximativ 10 la 30 de volți la un curent foarte scăzut.

Un alt punct de remarcat este faptul că frecvența de oscilație a multivibratorului astabil 555 utilizat pentru a genera semnalul de intrare undă pătrată va determina valoarea condensatoarelor folosite, deoarece ei, împreună cu valoarea de sarcină conectată, creează un circuit de încărcare/descărcare RC pentru a filtra tensiunea de ieșire. O valoare de capacitate prea scăzută sau frecvența de oscilație prea mică va produce ondulări (riplu) în forma de undă a tensiunii de ieșire și, prin urmare, o tensiune DC medie de ieșire mai mică.

Dacă nu există sarcină conectată, tensiunea de ieșire va fi de două ori mai mare decât cea a tensiunii inițiale de alimentare a 555. Tensiunea de ieșire reală va depinde de valoarea sarcinii conectate, RL și curentul de sarcină, IL. Așa cum s-a arătat, circuitul dublor de tensiune 555 de mai sus poate furniza aproximativ 30 mA la tensiunea nominală.

Există mai multe variante ale circuitului dublor de tensiune de mai sus, dar fiecare folosește două perechi de diodă/condensator pentru a oferi factorul de multiplicare x 2. Prin adăugarea sau cuplarea în cascadă a mai multor rețele de diodă/condensator la dublorul de tensiune, putem crea circuite cu raport de multiplicare a tensiunii atât de mare cât dorim.

Astfel, de exemplu, adăugând o jumătate de combinație diodă/ condensator la circuitul dublor de tensiune 555 se creează un circuit triplor de tensiune cu un factor de multiplicare x 3, iar adăugarea unei a doua secțiuni complete de diodă/condensator la circuitul dublor de tensiune 555 va crea un circuit cvadruplor de tensiune cu un factor de multiplicare x 4 și așa mai departe, așa cum este arătat.

Circuitul triplor de tensiune 555

Quadruplor de tensiune care folosește 555 prin conectarea în cascadă a două rețele dubloare de tensiune, ce oferă o tensiune de ieșire de aproximativ 4 VIN, dacă pierderile și căderile de tensiune pe diode sunt ignorate.

Circuitul Quadruplor de tensiune 555

Pe lângă faptul că producem multiplicatori de tensiune cu diferite tensiuni de ieșire pozitive, putem configura, de asemenea, pentru a produce tensiuni de ieșire negative, inversând pur și simplu direcțiile și polaritățile diodelor și condensatorilor, așa cum este arătat mai jos.

Dublor negativ de tensiune 555

Am văzut că multiplicatori de tensiune bazați pe 555 pot fi folosiți pentru a dubla, tripla sau chiar quatrupla o singură tensiune de alimentare pentru a oferi diverse tensiuni de ieșire pozitive și negative. În timp ce, în teorie, nu există nicio limită la cantitatea de multiplicare a tensiunii care poate fi produsă prin cuplarea în cascadă împreună cu mai multe secțiuni de diode/condensatoare pentru a produce tensiuni progresiv mai ridicate, cum ar fi cele utilizate în ionizatoarele de aer sau în capcane de insecte. Dar, trebuie să aveți grijă să vă asigurați împotriva șocurilor electrice atunci când tratați astfel de tensiuni de ieșire înalte.

Invertor DC-AC 555

Putem lua această idee a unui multiplicator de tensiune 555 cu un pas mai departe, folosind circuitul de bază 555 pentru a produce un invertor DC-AC. Cu 555 configurat să funcționeze ca un oscilator cu undă pătrată și câteva componente suplimentare, putem produce o ieșire de undă sinusoidală la nivelul de tensiune dorit, fie 120 volți, fie 240 volți, așa cum este arătat mai jos.

Deci, cum funcționează circuitul Invertor DC-AC 555. 555 este configurat să oscileze ca un multivibrator astabil care produce o ieșire cu undă pătrată la fel ca înainte. De data aceasta însă dorim ca frecvența de ieșire să fie aceeași cu frecvența de rețea AC, adică 50Hz sau 60Hz și acest lucru este obținut folosind un potențiometru de 47 kΩ.

Rezistența de temporizare RB constă dintr-un rezistor cu valoare fixă ​​de 100 kΩ în serie cu un potențiometru de 47 kΩ. Când potențiometrul este reglat astfel încât cursorul său este în poziția zero, RB = 100 kΩ (0 + 100 kΩ), iar când este reglat în direcția opusă la poziția sa maximă, RB = 147 kΩ (47 kΩ + 100 kΩ).

Așadar, folosind formulele anterioare, frecvența de ieșire de la 555 poate fi reglată folosind potențiometrul de la aproximativ 46 Hz la 65 Hz, oferind frecvențele de ieșire necesare 50 Hz sau 60 Hz așa cum ne-am aștepta să vedem de la alimentarea de rețea AC.

Frecvența de ieșire în undă pătrată de la pinul 3 al 555 este trimisă printr-un rezistor de limitare a curentului R1 la bazele a două tranzistoare complementare. Când ieșirea este HIGH (sursă de curent), tranzistorul NPN conduce și tranzistorul PNP este OFF, iar atunci când ieșirea este LOW (absorbție de curent) tranzistorul PNP conduce și tranzistorul NPN este OFF. Astfel, deoarece semnalul de ieșire cu undă pătrată alternează între HIGH și LOW, el comută un tranzistor sau altul, deoarece sunt perechi complementare.

Tranzistoarele TR1 și TR2 pot fi orice tranzistor complementar rezonabil NPN și PNP, cum ar fi TIP41, 2N2222 și respectiv TIP42, 2N2907, sau o pereche Darlington potrivită, cum ar fi NPN TIP140, TIP3055 și, respectiv, PNP TIP145, TIP2955. Alegerea tranzistoarelor de ieșire va depinde de valorile nominale de tensiune și curent ale înfășurării primare a transformatoarelor, dar, în mod ideal, ar trebui să aibă o valoare nominală VA mică.

Etajul de ieșire complementară a TR1 și TR2 este utilizat pentru acționarea înfășurării primare a unui transformator mic, al cărui raport de spire primar la secundar va produce tensiunea de ieșire dorită. Dar, dacă ar fi să alimentăm primarul transformatorului direct de la etajul tranzistorului, forma de undă de ieșire de la înfășurarea secundară a transformatorului ar fi cea a unei unde pătrate. Astfel, deoarece construim un invertor DC-AC, avem nevoie de o modalitate de a converti ieșirea undă pătrată pe pinul 3 al 555 într-o formă de undă sinusoidală din înfășurarea secundară a transformatorului.

Circuitul de filtrare RLC conectat între etajul cu tranzistoare și înfășurarea primară acționează ca un circuit de rezonanță RLC reglat la frecvența de ieșire necesară. Dar, deoarece putem regla frecvența de ieșire între 46 Hz și 65 Hz cu ajutorul potențiometrului, frecvența de rezonanță a circuitului RLC nu va fi exactă pentru frecvențele de 50 Hz sau 60 Hz, dar putem calcula valorile pentru undeva între.

Folosind valorile standard ale componentelor, rețeaua de filtrare rezistor R2, inductor L1 și condensator C3 produce un circuit de rezonanță RLC reglat la aproximativ 52 Hz. Înfășurarea primară a transformatorului este conectată pe condensator producând o formă de undă sinusoidală rezonabilă pe secundar la tensiunea necesară determinată de raportul de spire al transformatorului.

Deci, putem utiliza 555 pentru a produce un invertor DC-AC foarte de bază la tensiunea și frecvența de ieșire AC necesare, de exemplu 120 V la 60 Hz, sau 240 V la 50 Hz, de la o singură sursă DC de 12 volți cu o putere de ieșire în funcție de etajul tranzistoarelor de ieșire și transformatorul utilizat.