Астабильный мультивибратор Building 555 на базе микросхемы таймера
Без использования каких-либо внешних триггеров микросхема таймера 555 может переключаться между двумя состояниями. Три дополнительные внешние детали, два резистора (R 1 и Р 2 ), а к микросхеме IC 555 можно добавить конденсатор (C), чтобы преобразовать ее в схему нестабильного мультивибратора. На схеме ниже показано использование IC 555 в качестве нестабильного мультивибратора вместе с тремя внешними частями.
Поскольку контакты 6 и 2 уже подключены, устройство активируется автоматически и работает как генератор без необходимости внешнего запускающего импульса. В СС поскольку входное напряжение питания связано с контактом 8. Поскольку контакт 3 в приведенной выше схеме является выходной клеммой, отсюда можно получить выходной сигнал. Внешний контакт сброса — это контакт 4 в схеме, и этот контакт может перезапустить таймер, но обычно контакт 4 подключен к V. СС когда функция сброса не используется.
Уровень порогового напряжения будет колебаться в зависимости от управляющего напряжения, подаваемого на контакт 5. Напротив, контакт 5 часто подключается к земле через конденсатор, который отфильтровывает внешний шум от клеммы. Клемма заземления — контакт 1. R 1 , Р 2 и C составляют схему синхронизации, которая управляет шириной выходного импульса.
Принцип работы
Внутренняя схема IC 555 отображается в нестабильном режиме, с R 1 , Р 2 и C являются частью схемы синхронизации RC.
Триггер сначала сбрасывается при подключении к источнику питания, что приводит к переключению выхода таймера в низкое состояние. В результате подключения к Q’ разрядный транзистор переходит в точку насыщения. Транзистор позволит разрядиться конденсатору C схемы синхронизации, который подключен к выводу 7 микросхемы IC 555. Выход таймера теперь незначителен. В этом случае триггерное напряжение является единственным напряжением, присутствующим на конденсаторе. В результате, если напряжение конденсатора упадет ниже 1/3 В СС , опорное напряжение, которое активирует компаратор №. 2, выход компаратора нет. 2 станет высоким во время разрядки. В результате будет установлен триггер, создающий ВЫСОКИЙ выходной сигнал для таймера на выводе 3.
Транзистор будет выключен из-за этого высокого выходного сигнала. В результате через резисторы R 1 и Р 2 , конденсатор C заряжается. Вывод 6 подключен к месту соединения конденсатора и резистора, поэтому напряжение на конденсаторе теперь равно пороговому напряжению. По мере зарядки конденсатора его напряжение растет экспоненциально в направлении V. СС ; когда оно достигнет 2/3 В СС , опорное напряжение порогового компаратора (компаратор 1), его выходные пики.
Таким образом, триггер находится в состоянии RESET. Выход таймера снижается до НИЗКОГО. Этот низкий выходной сигнал перезапустит транзистор, что даст конденсатору путь разряда. В результате резистор R 2 позволит конденсатору C разрядиться. Таким образом, цикл продолжается.
В результате, пока конденсатор заряжается, выходное напряжение на выводе 3 высокое, а напряжение вокруг конденсатора резко возрастает. Аналогично этому, выходное напряжение контакта 3 низкое, и по мере разряда конденсатора его напряжение на нем падает экспоненциально. Форма выходного сигнала выглядит как серия прямоугольных импульсов.
Кривые напряжения конденсатора и выходного напряжения
В результате Р 1 + Р 2 представляет собой общее сопротивление в канале зарядки, а C представляет собой постоянную времени зарядки. Только когда конденсатор проходит через резистор R 2 во время разрядки он разряжается. р 2 В результате C является постоянной времени разряда.
Рабочий цикл
Сопротивления R 1 и Р 2 влияют как на константы времени зарядки, так и на разрядку. Изменение постоянной времени обычно больше, чем постоянная времени разрядки. В результате выходной сигнал HIGH продолжает возникать в течение более длительного периода, чем выходной сигнал LOW, и форма выходного сигнала не симметрична, поэтому, если T — продолжительность одного цикла, а TON — время для более высокого выходного сигнала, то рабочий цикл определяется выражением :
Итак, рабочий цикл в процентах будет:
Где T — сумма времени зарядки и разрядки, T НА и т ВЫКЛЮЧЕННЫЙ , следующее уравнение дает значение T НА или время заряда T С :
Время разряда Т Д , часто известный как Т ВЫКЛЮЧЕННЫЙ , дан кем-то:
Следовательно, формула длительности одного цикла Т имеет вид:
Подставляя в формулу % рабочего цикла:
Частота определяется:
Применение – генерация прямоугольных волн
Рабочий цикл нестабильного мультивибратора обычно превышает 50%. Когда рабочий цикл составляет ровно 50%, нестабильный мультивибратор генерирует на выходе прямоугольную волну. Как упоминалось ранее, рабочий цикл 50% или что-то ниже этого трудно достичь, если IC 555 действует как нестабильный мультивибратор. Схема должна претерпеть некоторые изменения.
Добавляются два диода, один параллельно резистору R. 2 а другой последовательно с резистором R 2 с катодом, соединенным с конденсатором. Меняя резисторы R 1 и Р 2 , можно создать рабочий цикл в диапазоне от 5% до 95%. Схема для создания выходных прямоугольных импульсов может быть настроена, как показано ниже:
В этой схеме конденсатор заряжается при передаче тока через R 1 , Д 1 и Р 2 во время зарядки. Разряжается через D 2 и Р 2 при выгрузке.
Постоянная времени зарядки, Т НА = Т С , можно рассчитать следующим образом:
Вот как вы получаете постоянную времени разряда T ВЫКЛЮЧЕННЫЙ = Т Д :
Следовательно, рабочий цикл D определяется:
Создание Р 1 и Р 2 равное значение приведет к прямоугольному сигналу с рабочим циклом 50%.
Рабочий цикл менее 50% достигается, когда R 1 сопротивление ниже R 2 в то время как обычно R 1 и Р 2 Для этого можно заменить потенциометрами. Без использования каких-либо диодов можно построить другую схему генератора прямоугольных импульсов с использованием нестабильного мультивибратора. р 2 подключается между контактами 3 и 2 или выходной клеммой и триггерной клеммой. Ниже представлена схема схемы:
Процессы зарядки и разрядки в этой схеме происходят только через резистор R. 2 . Конденсатор не должен подвергаться воздействию внешних соединений при зарядке резистором R. 1 , которому следует установить высокое значение. Кроме того, он служит для гарантии того, что конденсатор заряжается до полного потенциала (В СС ).
Применение – изменения положения импульса
Две микросхемы таймера 555, одна из которых работает в нестабильном режиме, а другая — в моностабильном, обеспечивают позиционную модуляцию импульсов. Во-первых, IC 555 находится в нестабильном режиме, сигнал модуляции подается на вывод 5, а IC 555 выдает на выходе широтно-импульсную модулированную волну. Этот сигнал ШИМ поступает на триггерный вход следующей микросхемы IC 555, работающей в моностабильном режиме. Местоположение выходных импульсов второго IC 555 зависит от сигнала ШИМ, который снова зависит от модулирующего сигнала.
Ниже приведена схема импульсного позиционного модулятора, в котором используются две интегральные схемы таймера 555.
Управляющее напряжение, которое определяет минимальное напряжение или пороговый уровень для первой микросхемы 555, настраивается для создания UTL (верхнего порогового уровня).
По мере изменения порогового напряжения в зависимости от подаваемого модулирующего сигнала ширина импульса и временная задержка также изменяются. Когда этот сигнал ШИМ подается для запуска второй микросхемы, единственное, что изменится, — это местоположение выходного импульса, ни его амплитуда, ни ширина не изменятся.
Заключение
Микросхемы таймера 555 могут работать как автономный генератор или нестабильный мультивибратор в сочетании с дополнительными компонентами. Микросхемы таймера 555 в нестабильном режиме используются в самых разных приложениях, начиная от генерации последовательностей импульсов, модуляции и генерации прямоугольных сигналов.