Am văzut în ultimele câteva tutoriale că 555 Timer poate fi configurat cu componente conectate extern ca multivibrator, oscilator și temporizator, cu intervale de timp cuprinse între câteva microsecunde și multe ore. Deoarece 555 Timer este unul dintre cipurile noastre preferate, cele mai ieftine și ușor de configurat, să ne uităm la utilizarea acestuia pentru a crea anumite circuite 555 diferite.

555 Timer vine ca un singur dispozitiv în cadrul unui pachet de 8 pini dual-in-line (DIP) sau ca dispozitivul 556 care are două cipuri 555 într-un singur pachet de 14 pini dual-in-line. Cele două timer-e 555 din 556 funcționează independent unul de celălalt, dar au o sursă VCC și masa (0 V) comune.

555 TTL standard poate funcționa de la o tensiune de alimentare între 4,5 volți și 18 volți, cu tensiunea de ieșire aproximativ 2 volți mai mică decât tensiunea de alimentare VCC. 555 poate furniza sau absorbi un curent maxim de ieșire de 200 mA (dar poate fi cald la acest nivel), astfel încât variațiile circuitului sunt nelimitate. Rețineți că versiunile CMOS ale 555, 7555 și 7556 pot avea valori diferite de tensiune și curent.

Dar mai întâi să ne reamintim unele dintre formulele de bază pe care le putem folosi pentru a calcula frecvența de oscilație.

unde: t1 este durata de ieșire HIGH, t2 este durata LOW a ieșirii, T este perioada formei de undă de ieșire, ƒ este frecvența formei de undă de ieșire și 0,693 = ln (2).

Când este conectat ca un oscilator astabil, condensatorul C se încarcă prin RA și RB, dar se descarcă numai prin RB. Astfel ciclul de sarcină D este determinat de raportul dintre aceste două rezistoare. Cu o selecție adecvată a rezistoarelor RA și RB, pot fi setate cu ușurință cicluri de sarcină cuprinse între 50 și 100%.

Perioada totală de timp T este dată de timpul de încărcare a condensatorului t1 (Ieșire HIGH) plus timpul de descărcare t2 (Ieșire LOW) deoarece condensatorul se încarcă și se descarcă între 1/3 Vcc și respectiv 2/3 Vcc. În acest mod de operare, timpii de încărcare și descărcare și, prin urmare, frecvența ƒ care este dată ca: 1 / T, este independentă de tensiunea de alimentare.

Oscilator simplu 555

Circuitul oscilator 555 de bază este foarte versatil și putem crea o serie de variante interesante din acesta. Cel mai simplu 555 circuit de oscilator astabil cu rulare-liberă conectează pinul 3 (ieșire) direct la condensatorul de temporizare printr-un singur rezistor, așa cum este arătat mai jos.

Când ieșirea la pinul 3 este HIGH, condensatorul se încarcă prin rezistor. Când tensiunea pe condensator atinge 2/3 Vcc, pinul 6 determină ieșirea de la pinul 3 să schimbe starea în LOW. Acum condensatorul se descarcă prin același rezistor până când pinul 2 atinge 1/3 Vcc, ceea ce face ca ieșirea să schimbe din nou starea. Condensatorul se încarcă și descarcă continuu între 2/3 Vcc și 1/3 Vcc înainte și înapoi prin același rezistor creând o stare HIGH și LOW la ieșire, pinul 3.

Deoarece condensatorul se încarcă și se descarcă prin același rezistor, ciclul de sarcină al acestui aranjament de bază este foarte apropiat de 50% sau 1: 1. Seria de impulsuri de ieșire de undă pătrată produse au un ciclu de timp (T) egal cu aproximativ 2 (0,693)*RC sau 2ln(2)*RC. Frecvența formei de undă de ieșire (ƒ) este, prin urmare, egală cu: 0,722/RC.

De exemplu, dacă dorim să generăm o formă de undă pătrată de ieșire de 1 kHz, atunci R = 3,3 kΩ și C = 220 nF folosind valori standard de componente.

Cel mai rapid Oscilator 555

Modificând valoarea fie a lui R fie a lui C, circuitul multivibrator 555 astabil poate fi făcut să oscileze la orice frecvență de ieșire dorită. Dar care este frecvența maximă a oscilațiilor pe care le putem produce dintr-un singur cip 555 Timer.

Pentru ca 555 să funcționeze la cea mai mare frecvență a sa, este necesar să fie redeclanșat continuu în momentul în care ieșirea schimbă starea, de la HIGH la LOW, sau de la LOW la HIGH. Cea mai rapidă viteză de comutare poate fi obținută eliminând componentele de temporizare R și C și trimițând semnalul de ieșire direct înapoi la intrările trigger.

Prin conectarea ieșirii, pinul 3 atât la intrarea trigger, pinul 2, cât și la intrarea prag, pinul 6, de fiecare dată când ieșirea schimbă starea, ea redeclanșează 555 pentru a schimba din nou starea. Dar, forma de undă de ieșire nu va fi simetrică sau o undă pătrată, ci o serie de impulsuri negative.

Frecvența cea mai ridicată de oscilație obținută folosind acest aranjament va depinde de tensiunea de alimentare, tipul de cip 555 utilizat, TTL sau CMOS și producătorul, deoarece circuitul intern diferă de la producător la producător. Dar este posibil să se producă o frecvență de ieșire de până la 350 kHz la 5 volți.

Cel mai lent Oscilator 555

Dacă ne întoarcem la circuitul oscilator 555 inițial și înlocuim condensatorul de temporizare cu un condensator electrolitic de valoare mare, de exemplu, 220 μF, 470 μF, selectând rezistorul sau rezistoarele de temporizare corespunzătoare, frecvența oscilației poate fi redusă la mai puțin de 1 Hz. Dacă acesta este cazul, atunci circuitul 555 nu mai devine un oscilator și devine un circuit de temporizare sau de întârziere.

555 Timer

În circuitul de întârziere în timp, ieșirea rămâne LOW până când 555 este declanșat pe pinul 2, apoi trece HIGH pentru un timp pre-calculat după primirea declanșării. Aici pragul, pinul 6 și descărcarea, pinul 7 sunt legate între ele la joncțiunea componentelor de temporizare RC.

Pinul 7 trigger (pe figură 2), este menținut HIGH prin rezistorul R1 până ce comutatorul push-buton S1 este închis. Operarea lui S1 scurtcircuitează momentan PIN 7 la masă și, deci, sub 1/3 Vcc inițierea întârzierii. Odată declanșat, circuitul 555 Timer prezentat nu va răspunde la nicio declanșare suplimentară de către comutator decât după ce a fost atinsă perioada de întârziere. Acest lucru face ca circuitul să fie util în aplicațiile cu oscilare a comutatorilor, deoarece un singur impuls este creat indiferent de câte ori comutatorul este apăsat.

Perioada de întârziere în care ieșirea este HIGH este dată de: 1,1RC în secunde, unde R este în Ohmi și C este în Farazi.

Deci, pentru circuitul nostru 555 simplu de întârziere, întârzierea de ieșire în care ieșirea este într-o stare HIGH este calculată ca: 1,1*9100*10*10^-6 = 100 ms. Prin selectarea valorilor adecvate ale lui R și C pot fi obținute întârzieri de ieșire de câteva micro-secunde până la multe ore, dar la întârzieri mari, în general, temporizarea nu este exactă, deoarece toleranța condensatorului devine mare.

Acest lucru poate fi depășit prin schimbarea rezistorului de temporizare într-un potențiometru pentru a compensa toleranțele condensatorului sau prin selectarea condensatoarelor electrolitice cu scurgeri reduse. În practică, rezistorul de temporizare nu trebuie să depășească aproximativ 10 MΩ sau un condensator de temporizare mai mare de 470 μF, deoarece ambele combinate ar da un impuls de întârziere de aproximativ 5170 secunde sau aproximativ 1,5 ore.

Ciclul de sarcină modificat

Am spus anterior că ciclul de sarcină, adică raportul dintre timpul ON și timpul total al ciclului, este limitat de la 50% până la 100% pentru circuitul oscilator standard 555. Dar unele aplicații pot necesita un ciclu de lucru specific care urmează să fie stabilit sub 50%, adică timpul t1 (HIGH) este mai mic sau mai scurt decât timpul t2 (LOW), care sunt stabiliți de rapoartele dintre RA și RB.

Pe măsură ce rezistența lui RA devine mult mai mare decât RB, ciclul de sarcină crește spre unitate (100%) pe măsură ce RB se apropie de zero. De asemenea, pe măsură ce rezistența lui RB crește față de RA, ciclul de sarcină se apropie de 50% (sau 1: 1), oferind formei de undă de ieșire un aspect mai pătrat. Dar, pentru a obține un ciclu de sarcină complet de 50%, RA ar trebui să fie zero Ohmi, care nu este permis, deoarece ar scurtcircuita VCC la masă prin intermediul pinului de descărcare 7.

Un mod de a realiza un ciclu de sarcină mai mic de 50% este să includă o diodă în circuitul de temporizare RC, așa cum este prezentat mai jos.

Ciclul de sarcină 50%

Adăugarea diodei D1 pe pinii 6 și 7 ai circuitului oscilator de bază 555, scurtcircuitează rezistorul RB în timpul ciclului de încărcare.

Dioda, care poate fi orice diodă de siliciu cu scop general, permite condensatorului să se încarce direct prin RA, întrucât RA și D1 sunt în mod efectiv în serie, eliminând rezistența RB din ciclul de încărcare, deși un foarte mic curent de scurgere va curge în continuare prin RB.

În timpul ciclului de descărcare, când ieșirea de la pinul 3 este LOW, dioda D1 este polarizată invers, astfel încât circuitul funcționează la fel ca înainte de descărcare prin rezistența RB și în pinul 7 al 555.

Astfel în timpul ciclului de încărcare, când ieșirea este HIGH, RA și C controlează perioada de temporizare t1, în timp ce în timpul ciclului de descărcare, când ieșirea este LOW, RB și C controlează perioada de timp t2.

Rețineți că, din cauza prezenței diodei D1 pe RB, căderea tensiunii directe de 0,7 V pe diodă face ca circuitul să fie mai sensibil la variațiile tensiunii de alimentare Vcc. Astfel, expresia lui t1 este modificată la aproximativ 0,8 RC pentru a ține cont de această cădere pe diodă.

Ciclul de sarcină îmbunătățit

Putem îmbunătăți pe circuitul anterior adăugând o a doua diodă D2 în serie cu rezistorul de descărcare RB așa cum este arătat mai jos.

Odată cu includerea lui D2, orice curent de scurgere paralel care curge prin RB în timpul ciclului de încărcare este complet blocat deoarece dioda D2 este invers polarizată în această perioadă de temporizare.

În timpul perioadei de descărcare, condensatorul se descarcă prin conexiunea în serie a lui D2 și RB deoarece dioda D1 este invers polarizată în timpul acestui ciclu.

Deci, atât calea de încărcare cât și cea de descărcare pentru condensatorul de temporizare devin identice deoarece condensatorului de temporizare se încarcă prin RA și D1, și se descarcă prin RB și D2 permițând ajustarea fiecărei perioade de timp fără a-o afecta pe cealaltă.

O versiune interesantă a circuitului cu ciclu de sarcină îmbunătățit folosind diode, este că dacă faceți cele două rezistoare de temporizare, RA și RB identice, adică RA = RB, ciclul de sarcină va fi exact 50% producând o ieșire cu forma de undă pătrată.

Din nou, ecuațiile oscilatorului 555 astabil standard sunt ușor modificate pentru a ține cont de includerea diodelor, iar ca înainte, datorită căderilor de tensiune directe pe diode, perioadele de temporizare sunt sensibile la variațiile de tensiune de alimentare.

Perioade de temporizare complet independente

Putem îmbunătăți încă o dată pe circuitul de mai sus, folosind unul sau două potențiometre în serie cu cele două diode care ne oferă variații complet independente în perioadele de încărcare și de descărcare, așa cum este arătat mai jos.

Oscilator 555 complet independent

Circuitul de temporizare din stânga arată utilizarea a două potențiometre în cadrul schemei oscilatorului. Folosind două potențiometre, VR1 și VR2, fiecare în serie cu diode, perioada de temporizare atât pentru ciclul de încărcare (ieșire HIGH) cât și pentru ciclul de descărcare (ieșire LOW) poate fi reglată independent, permițând controlul complet asupra ciclului de sarcină fără afectarea frecvenței de ieșire.

O variantă alternativă mai simplă la circuitul anterior este folosirea unui singur potențiometru pentru a controla cele două perioade de temporizare a ieșirii în același timp, așa cum se arată în circuitul din dreapta. Cu brațul cursorului potențiometrului în poziția sa centrală, valoarea rezistivă dintre punctul A și cursor este egală cu valoarea rezistivă dintre punctul B și cursor, deci ciclul de sarcină va fi 50%, producând o formă de undă pătrată la ieșire.

Pe măsură ce brațul cursor al potențiometrului este variat de la centru la punctul A, ciclul de sarcină scade. De asemenea, pe măsură ce brațul cursor al potențiometrului este variat în sens invers de la centru la punctul B, ciclul de sarcină crește. Astfel, ciclul de sarcină al formei de undă de ieșire poate fi variat de la mic la mare, fără a schimba frecvența de ieșire. O foarte bună utilizare a acestui efect este controlul vitezei motoarelor DC, utilizând modularea lățimii impulsului.

Controlul motorului prin modularea lățimii impulsului

Modulația lățimii impulsului sau PWM, este o modalitate de control a valorii medii a tensiunii aplicate unei sarcini prin comutarea constantă la ON și OFF la diferite cicluri de sarcină. În loc să controlăm viteza de rotație a unui motor prin aplicarea cu atenție pe el din ce în ce mai puțină tensiune, putem controla viteza sa comutând alternativ tensiunea completă ON și OFF, în așa fel încât timpul mediu de ON să producă același efect ca și variația tensiunii de alimentare.

De fapt, tensiunea de control aplicată pe bornele motorului este controlată de ciclul de sarcină al formei de undă la ieșirea 555 care, la rândul său, controlează viteza de rotație. De asemenea, am putea folosi această metodă de modulare a lățimii impulsului pentru a controla luminozitatea unei lămpi sau a unui LED.

Controlul modulării lățimii impulsului

Viteza de rotație a motorului DC este controlată folosind potențiometrul, care în schimb variază ciclul de sarcină al formei de undă de ieșire de la aproximativ 5% la 95%. Rezistorul R1 limitează fluxul de curent în baza tranzistorului de comutare, iar dioda D3 este utilizată în paralel cu motorul pentru a tăia tranzițiile de tensiune, când motorul este pornit și oprit.

Tranzistorul de comutare dat în exemplu este un tranzistor de putere BD220 NPN, nominal la 70 volți, 4 amperi, dar orice tranzistor echivalent ar face la fel, cu condiția să manevreze în siguranță curentul de sarcină la motor. Tranzistorul de comutare poate necesita un radiator pentru a disipa căldura.