Онлайн калькулятор расчета параметров 555 таймера

Для реализации логических цепей, участвующих в работе сигнализаций, датчиков, преобразователей, усилители применяются специальные таймеры. Данное устройство позволяет генерировать на выходе импульсы прямоугольной формы с определенными параметрами. За счет чего такое приспособление выступает и в роли таймера, и в роли генератора импульсов. Для того чтобы рассчитать периоды положительного и отрицательного импульса, необходимо оперировать величиной сопротивлений и емкостью конденсатора.

Посмотрите на рисунок, здесь приведена принципиальная схема работы 555 таймера (аналог микросхема КР1006ВИ1 )

Выводы:

1 — Земля.

2 — Запуск.

3 — Выход.

4 — Сброс.

5 — Контроль.

6 — Останов.

7 — Разряд.

8 — Плюс питания.

Как видите, конструктивно он состоит из резисторов R1, R2 и конденсатора C.

Поэтому, чтобы рассчитать длительность высокого и низкого уровня, необходимо воспользоваться такими расчетными формулами:

Длительность высокого уровня импульса на выходе работы схемы вычисляется по формуле:

T1 = 0,7 * (R1+R2) * C, где

R1 и R2 – величина сопротивления соответствующих резисторов, указанных на схеме;

C – емкость конденсатора.

Для вычисления низкого уровня импульса на выходе работы схемы используется формула:

T2 = 0,7 * R1 * C

Для определения величины полного периода применяется формула:

T = 0,7 * C * (2*R1+R2)

Для расчета частоты смены импульсов на выходе таймера 555 используется формула:

F = 1.45 / ((R1+2*R2)*C)

Подбирая параметры сопротивлений и емкости в цепи, вы сможете собрать 555 таймер с требуемыми величинами высокого и низкого сигнала на выходе. Чтобы не считать параметры по формулам выше, вы можете воспользоваться нашим онлайн-калькулятором.

555-й таймер. Часть 1. Как устроен и как работает таймер NE555. Расчёт схем на основе NE555

Эта статья посвящена микросхеме, сохраняющей популярность уже более 30 лет и имеющей множество клонов. Встречайте — таймер NE555 (он же — LM555, LC555, SE555, HA555, а также
множество других, есть даже советский аналог — КР1006ВИ1). Такую популярность этой микросхеме обеспечили простота, дешивизна, широкий диапазон напряжений питания (4,5-18В), высокая точность и стабильность (температурный дрейф 0,005% / ^oС, дрейф от напряжения питания — менее 0,1% / Вольт), ну и конечно же, самое главное, — широчайшие возможности применения.

Но, обо всём по порядку. Начнём мы с того, как эта микросхема устроена.

Итак, функциональная схема таймера показана на рисунке 1.

Ноги:

1. GND — земля/общий провод.

2. Trigger — инвертирующий вход компаратора, ответственного за установку триггера. Когда напряжение на этой ноге становится меньше 1/3 Vcc (то есть меньше, чем напряжение на неинвертирующем входе компаратора) — на вход SET триггера поступает логическая 1. Если при этом отсутствуют сигналы сброса на входах Reset, то триггер установится (на его выходе появится логический 0, так как выход инвертированный).

3. Output — выход таймера. На этом выводе присутствует инвертированный сигнал с выхода триггера, то есть когда триггер взведён (на его выходе ноль) — на выводе Output высокий уровень, когда триггер сброшен — на этом выводе низкий уровень.

4. Reset — сброс. Если этот вход подтянуть к низкому уровню, триггер сбрасывается (на его выходе устанавливается 1, а на выходе таймера низкий уровень).

5. Control — контроль/управление. Этот вывод позволяет изменять порог срабатывания компаратора, управляющего сбросом триггера. Если вывод 5 не задействован, то этот порог определяется внутренним делителем напряжения на резисторах и равен 2/3 Vcc. Вывод Control можно использовать, например, для организации обратной связи по току или напряжению (об этом я позднее расскажу).

6. Threshold — порог. Когда напряжение на этом выводе становится выше порогового (которое при незадействованном выводе 5, как вы помните, равно 2/3 Vcc) — происходит сброс триггера и на выходе таймера устанавливается низкий уровень.

7. Discharge — разряд. На этом выходе 555-й таймер имеет транзистор с открытым коллектором. Когда триггер сброшен — этот транзистор открыт и на выходе 7 присутствует низкий уровень, когда триггер установлен — транзистор закрыт и вывод 7 находится в Z-состоянии. (Почему эта нога называется «разряд» вы скоро поймёте.)

8. Vcc — напряжение питания.

Далее, давайте рассмотрим, в чём же основная идея использования этого таймера. Для этого добавим к нашей схеме пару элементов внешней обвязки (смотрим рисунок 2). 4-ю и 5-ю ноги мы пока не будем использовать, поэтому будем считать, что 4-я нога у нас гвоздём прибита к напряжению питания, а 5-я просто болтается в воздухе (с ней и так ничего не будет).

Итак, пусть изначально у нас на второй ноге присутствует высокий уровень. После включения наш триггер сброшен, на выходе триггера высокий уровень, на выходе таймера низкий уровень, на 7-й ноге тоже низкий уровень (транзистор внутри микрухи открыт).

Чтобы произошло переключение триггера — необходимо подать на вторую ногу уровень ниже 1/3 Vcc (тогда переключится компаратор и сформирует высокий уровень на входе Set нашего триггера). Пока уровень на 2-й ноге остаётся выше 1/3 Vcc — наш таймер находится в стабильном состоянии и никаких переключений не происходит.

Ну что ж, — давайте кратковременно подадим на 2-ю ногу низкий уровень (на землю её коротнём, да и всё) и посмотрим что будет происходить.

Как только уровень на 2-й ноге упадёт ниже 1/3 Vcc — у нас сработает компаратор, подключенный к устанавливающему входу триггера (S), что, соответственно, вызовет установку триггера.

На выходе триггера появится ноль (поскольку выход триггера инвертирован), при этом на выходе таймера (3-я нога) установится высокий уровень. Кроме этого транзистор на 7-й ноге закроется и 7-я нога перейдёт в Z-состояние.

При этом через резистор Rt начнёт заряжаться конденсатор Ct (поскольку он больше не замкнут на землю через 7-ю ногу микрухи).

Как только уровень на 6-й ноге поднимется выше 2/3 Vcc — сработает компаратор, подключенный ко входу R2 нашего триггера, что приведёт к сбросу триггера и возврату схемы в первоначальное состояние.

Вот мы и рассмотрели работу схемы, называемой одновибратором или моностабильным мультивибратором, короче говоря, устройства, формирующего единичный импульс.

Как нам теперь узнать длительность этого импульса? Очень просто, — для этого достаточно посчитать, за какое время конденсатор Ct зарядится от 0 до 2/3 Vcc через резистор Rt от постоянного напряжения Vcc.

Сначала решим эту задачку в общем виде. Пусть у нас конденсатор заряжается через резистор R напряжением Vп от начального уровня U

Вспоминаем, как связаны ток и напряжение на конденсаторе: i=C*dU/dt. Ток через резистор: i=(Vп-U)/R. Поскольку это один и тот же ток, который течёт через резистор и заряжает конденсатор, то мы можем составить простое дифференциальное уравнение, описывающее процесс заряда нашего конденсатора: C*dU/dt=(Vп-U)/R.

Преобразуем наше уравнение к виду: RC*dU/dt + U = Vп

Это дифференциальное уравнение имеет решение, вида: U=U₀+(Vп-U₀)*(1-e^-t/RC) ( формула 1 )

Теперь вернёмся к нашей схеме. Зная, что U₀=0, напряжение питания равно Vcc, а конечное напряжение равно 2/3 Vcc, найдём время заряда:

2/3 Vcc = Vcc*(1-e^-t/RC)

2/3 = 1-e^-t/RC

1-2/3 = e^-t/RC

ln(1/3) = -t/RC

Отсюда получаем длительность импульса нашего одновибратора:

А теперь мы нашу схему немного изменим. Добавим в неё ещё один резистор, и чуть изменим подключение ног (смотрим рисунок 3).

Так, что у нас получилось? На старте конденсатор Ct разряжен (напряжение на нём меньше 1/3 Vcc), значит сработает компаратор запуска и сформирует высокий уровень на входе S нашего триггера. Напряжение на 6-й ноге меньше 2/3 Vcc, значит компаратор, формирующий сигнал на входе R2, — выключен (на его выходе низкий уровень, то есть сигнала Reset нет).

Следовательно сразу после включения наш триггер установится, на его выходе появится логический 0, на выходе таймера установится высокий уровень, транзистор на 7-й ноге закроется и конденсатор Ct начнёт заряжаться через резисторы R1, R2. При этом напруга на 2-й и 6-й ногах начнёт расти.

Когда эта напруга вырастет до 1/3 Vcc — пропадёт сигнал Set (отключится компаратор установки триггера), но триггеру пофиг, на то он и триггер, — если уж он установился, то сбросить его можно только сигналом Reset.

Сигнал Reset сформируется верхним на нашем рисунке компаратором, когда напряжение на конденсаторе, а вместе с ним на 2-й и 6-й ногах, достигнет значения 2/3 Vcc (то есть как только напряжение на конденсаторе станет чуть больше — сразу сформируется Reset).

Этот сигнал (Reset) сбросит наш триггер и на его выходе установится высокий уровень. При этом на выходе таймера установится низкий уровень, транзистор на 7-й ноге откроется и конденсатор Ct начнёт разряжаться через резистор R2. Напряжение на 2-й и 6-й ногах начнёт падать. Как только оно станет чуть меньше 2/3 Vcc — верхний компаратор снова переключится и сигнал Reset пропадёт, но установить триггер теперь можно только сигналом Set, поэтому он так и останется в сброшенном состоянии.

Как только напряжение на Ct снизится до 1/3 Vcc (станет чуть ниже) — снова сработает нижний компаратор, формирующий сигнал Set, и триггер снова установится, на его выходе снова появится ноль, на выходе таймера — единица, транзистор на 7-й ноге закроется и снова начнётся заряд конденсатора.

Далее этот процесс так и будет продолжаться до бесконечности — заряд конденсатора через R1,R2 от 1/3 Vcc до 2/3 Vcc (на выходе таймера высокий уровень), потом разряд конденсатора от 2/3 Vcc до 1/3 Vcc через резистор R2 (на выходе таймера низкий уровень).

Таким образом наша схема теперь работает как генератор прямоугольных импульсов, то есть мультивибратор в автоколебательном режиме (когда импульсы сами возникают, без каких-либо внешних воздействий).

Осталось только посчитать длительности импульсов и пауз. Для этого снова воспользуемся формулой 1, которую мы вывели выше.

При заряде конденсатора напряжением Vcc через R1,R2 от 1/3 Vcc до 2/3 Vcc, имеем:

2/3 Vcc = 1/3 Vcc + (Vcc-1/3 Vcc)*(1-e^-t/(R1+R2)C)

1/3 = 2/3*(1-e^-t/(R1+R2)C)

1/2 = 1-e^-t/(R1+R2)C

e^-t/(R1+R2)C = 1/2

t/(R1+R2)C = -ln(1/2)

Отсюда получаем длительность импульса нашего мультивибратора:

tи = -ln(1/2)*(R1+R2)*C ≈ 0,693*(R1+R2)C

Аналогично находим длительность паузы, только теперь у нас начальный уровень 2/3 Vcc, конденсатор мы не заряжаем от Vcc, а разряжаем на землю (т.е. вместо Vп в формулу нужно подставить ноль, а не Vcc) и разряд идёт только через резистор R2:

1/3 Vcc = 2/3 Vcc + (0-2/3 Vcc)*(1-e^-t/R2*C)

2/3*(1-e^-t/R2*C) = 1/3

1-e^-t/R2*C = 1/2

e^-t/R2*C = 1/2

t/R2*C = -ln(1/2)

Отсюда получаем длительность паузы мультивибратора:

tп = -ln(1/2)*R2*C ≈ 0,693*R2*C

Ну и дальше уже несложно посчитать для нашего мультивибратора период импульса и частоту:

T = tи + tп = -ln(1/2)*(R1+2*R2)*C ≈ 0,693*(R1+2*R2)*C

f = 1/T

Продолжение: Генератор прямоугольных импульсов с регулируемой скважностью, на 555-м таймере.

Конструкции на интегральном таймере 555 — Каталог статей — Каталог статей

Путь в радиолюбительство начинается, как правило, с попытки сборки несложных схем. Если сразу же после сборки схема начинает подавать признаки жизни, — мигать, пищать, щелкать или разговаривать, то путь в радиолюбительство почти открыт. Насчет «разговаривать», скорее всего, получится не сразу, для этого придется прочитать немало книг, спаять и наладить некоторое количество схем, может быть, сжечь большую или маленькую кучу деталей (лучше маленькую).

А вот мигалки и пищалки получаются практически у всех и сразу. И лучшего элемента, чем интегральный таймер NE555 найти для этих опытов, просто не удастся. Для начала рассмотрим схемы генераторов, но перед этим обратимся к фирменной документации — DATA SHEET. Прежде всего, обратим внимание на графическое начертание таймера, которое показано на рисунке 1.

А на рисунке 2 показано изображение таймера из отечественного справочника. Здесь оно приведено просто для возможности сравнения обозначений сигналов у них и у нас, к тому же «наша» функциональная схема показана более подробно и понятно.

Далее показаны еще два рисунка, позаимствованные из даташита. Ну, просто, как рекомендации фирмы производителя.

Рисунок 1.

Рисунок 2.

Одновибратор на базе 555

На рисунке 3 изображена схема одновибратора. Нет, это не половинка мультивибратора, хотя сам он вырабатывать колебания не может. Ему требуется посторонняя помощь, пусть даже небольшая.

Рисунок 3. Схема одновибратора 

Логика действия одновибратора достаточно проста. На вход запуска 2 подается кратковременный импульс низкого уровня, как показано на рисунке. В результате на выходе 3 получается прямоугольный импульс длительностью ΔT = 1,1*R*C. Если подставить в формулу R в омах, а C в фарадах, то время T получится в секундах. Соответственно при килоомах и микрофарадах результат будет в миллисекундах.

А на рисунке 4 показано, как сформировать запускающий импульс с помощью простой механической кнопки, хотя это вполне может быть полупроводниковый элемент, — микросхема или транзистор.

Рисунок 4.

В целом одновибратор (иногда называют моновибратор, а у бравых военных в ходу было слово кипп-реле) работает следующим образом. При нажатии на кнопку, импульс низкого уровня на выводе 2 приводит к тому, что на выходе таймера 3 устанавливается высокий уровень. Неспроста этот сигнал (вывод 2) в отечественных справочниках называется запуском.

Транзистор, соединенный с выводом 7 (DISCHARGE) в этом состоянии закрыт. Поэтому, ничто не мешает заряжаться времязадающему конденсатору C. Во времена кипп-реле, конечно, никаких 555 не было, все делалось на лампах, в лучшем случае на дискретных транзисторах, но алгоритм работы был такой же.

Пока конденсатор заряжается, на выходе удерживается напряжение высокого уровня. Если в это время на вход 2 подать еще импульс, состояние выхода не изменится, длительность выходного импульса таким образом уменьшить или увеличить нельзя, повторного запуска одновибратора не произойдет.

Другое дело, если подать импульс сброса (низкий уровень) на 4 вывод. На выходе 3 сразу же появится низкий уровень. Сигнал «сброс» имеет высший приоритет, и поэтому может быть подан в любой момент.

По мере заряда напряжение на конденсаторе возрастает, и, в конце концов, достигает уровня 2/3U. Как было рассказано в предыдущей статье, это есть уровень срабатывания, порог, верхнего компаратора, который приводит к сбросу таймера, что является окончанием выходного импульса.

На выводе 3, появляется низкий уровень и в этот же момент открывается транзистор VT3, который разряжает конденсатор C. На этом формирование импульса заканчивается. Если после окончания выходного импульса, но не раньше, подать еще один запускающий импульс, то на выходе сформируется выходной, такой же, как и первый.

Конечно, для нормальной работы одновибратора запускающий импульс должен быть короче, чем импульс, формирующийся на выходе.

На рисунке 5 показан график работы одновибратора.

Рисунок 5. График работы одновибратора

Как можно использовать одновибратор?

Или как говаривал кот Матроскин: «А какая от этого одновибратора польза будет?» Можно ответить, что достаточно большая. Дело в том, что диапазон выдержек времени, который можно получить от этого одновибратора, может достигать не только несколько миллисекунд, но и доходить до нескольких часов. Все зависит от параметров времязадающей RC цепочки.

Вот, пожалуйста, почти готовое решение для освещения длинного коридора. Достаточно дополнить таймер исполнительным реле или нехитрой тиристорной схемой, а в концах коридора поставить пару кнопок! Кнопку нажал, прошел коридор, и не надо заботиться о выключении лампочки. Все произойдет автоматически по окончании выдержки времени. Ну, это просто информация к размышлению. Освещение в длинном коридоре, конечно, не единственный вариант применения одновибратора.

Как проверить 555?

Проще всего спаять несложную схему, для этого почти не понадобится навесных деталей, если не считать таковыми единственный переменный резистор и светодиод для индикации состояния выхода.

У микросхемы следует соединить выводы 2 и 6 и подать на них напряжение, изменяемое переменным резистором. К выходу таймера можно подсоединить вольтметр или светодиод, конечно же, с ограничительным резистором.

Но можно ничего и не паять, более того, провести опыты даже при «наличии отсутствия» собственно микросхемы. Подобные исследования можно проделать с помощью программы – симулятора Multisim. Конечно, такое исследование очень примитивно, но, тем не менее, позволяет познакомиться с логикой работы таймера 555. Результаты «лабораторной работы» показаны на рисунках 6, 7 и 8.

Рисунок 6.

На этом рисунке можно увидеть, что входное напряжение регулируется переменным резистором R1. Около него можно рассмотреть надпись «Key = A», говорящую о том, что величину резистора можно изменять, нажимая клавишу A. Минимальный шаг регулировки 1%, вот только огорчает, что регулирование возможно лишь в сторону увеличения сопротивления, а уменьшение возможно только «мышкой».

На этом рисунке резистор «уведен» до самой «земли», напряжение на его движке близко к нулю (для наглядности измеряется мультиметром). При таком положении движка на выходе таймера высокий уровень, поэтому выходной транзистор закрыт, и светодиод LED1 не светится, о чем говорят его белые стрелки.

На следующем рисунке показано, что напряжение несколько увеличилось.

Рисунок 7.

Но увеличение происходило не просто так, а с соблюдением некоторых границ, а, именно, порогов срабатывания компараторов. Дело в том, что 1/3 и 2/3, если выразить в десятичных дробях в процентах будут 33,33… и 66,66… соответственно. Именно в процентах показана введенная часть переменного резистора в программе Multisim. При напряжении питания 12В это получится 4 и 8 вольт, что достаточно удобно для исследования.

Так вот, на рисунке 6 показано, что резистор введен на 65%, а напряжение на нем 7,8В, что несколько меньше расчетных 8 вольт. При этом светодиод на выходе погашен, т.е. на выходе таймера до сих пор высокий уровень.

Рисунок 8.

Дальнейшее незначительное увеличение напряжения на входах 2 и 6, всего на 1 процент (меньше не дают возможности программы) приводит к зажиганию светодиода LED1, что и показано на рисунке 8, — стрелочки возле светодиода приобрели красный оттенок. Такое поведение схемы говорит о том, что симулятор Multisim работает достаточно точно.

Если продолжить увеличивать напряжение на выводах 2 и 6, то никакого изменения на выходе таймера не произойдет.

Генераторы на таймере 555

Диапазон частот, генерируемый таймером, достаточно широк: от самой низкой частоты, период которой может достигать нескольких часов, до частот в несколько десятков килогерц. Все зависит от элементов времязадающей цепи.

Если не требуется строго прямоугольная форма сигнала, то можно сгенерировать частоту до нескольких мегагерц. Иногда такое вполне допускается, — форма не важна, но импульсы присутствуют. Чаще всего такая небрежность по поводу формы импульсов допускается в цифровой технике. Например, счетчик импульсов реагирует на фронт или спад импульса. Согласитесь, в этом случае «прямоугольность» импульса никакого значения не имеет.

Генератор импульсов формы меандр

Один из возможных вариантов генератора импульсов формы меандр показан на рисунке 9.

Рисунок 9. Схема генераторов импульсов формы меандр

Временные диаграммы работы генератора показаны на рисунке 10.

Рисунок 10. Временные диаграммы работы генератора

Верхний график иллюстрирует сигнал на выходе (вывод 3) таймера. А на нижнем графике показано, как изменяется напряжение на времязадающем конденсаторе.

Все происходит точно так же, как уже было рассмотрено в схеме одновибратора показанной на рисунке 3, только не используется запускающий одиночный импульс на выводе 2.

Дело в том, что при включении схемы на конденсаторе C1 напряжение равно нулю, именно оно и переведет выход таймера в состояние высокого уровня, как показано на рисунке 10. Конденсатор C1 начинает заряжаться через резистор R1.

Напряжение на конденсаторе возрастает по экспоненте до тех пор, пока не достигнет порога верхнего порога срабатывания 2/3*U. В результате таймер переключается в нулевое состояние, поэтому конденсатор C1 начинает разряжаться до нижнего порога срабатывания 1/3*U. По достижении этого порога на выходе таймера устанавливается высокий уровень и все начинается сначала. Формируется новый период колебаний.

Здесь следует обратить внимание на то, что конденсатор C1 заряжается и разряжается через один и тот же резистор R1. Поэтому время заряда и разряда равны, а, следовательно, форма колебаний на выходе такого генератора близка к меандру.

Частота колебаний такого генератора описывается очень сложной формулой f = 0,722/(R1*C1). Если сопротивление резистора R1 при расчетах указать в Омах, а емкость конденсатора C1 в Фарадах, то частота получится в Герцах. Если же в этой формуле сопротивление будет выражено в килоомах (КОм), а емкость конденсатора в микрофарадах (мкФ) результат получится в килогерцах (КГц). Чтобы получился генератор с регулируемой частотой, то достаточно резистор R1 заменить переменным.

Генератор импульсов с регулируемой скважностью

Меандр, конечно, хорошо, но иногда возникают ситуации, требующие регулирования скважности импульсов. Именно так осуществляется регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока (ШИМ регуляторы), это которые с постоянным магнитом.

Меандром называют прямоугольные импульсы, у которых время импульса (высокий уровень t1) равно времени паузы (низкий уровень t2). Такое название в электронику пришло из архитектуры, где меандром называют рисунок кирпичной кладки. Суммарное время импульса и паузы называют периодом импульса (T = t1 + t2).

Скважность и Duty cycle

Отношение периода импульса к его длительности S = T/t1 называется скважностью. Это величина безразмерная. У меандра этот показатель равен 2, поскольку t1 = t2 = 0,5*T. В англоязычной литературе вместо скважности чаще применяется обратная величина, — коэффициент заполнения (англ. Duty cycle) D = 1/S, выражается в процентах.

Если несколько усовершенствовать генератор, показанный на рисунке 9, можно получить генератор с регулируемой скважностью. Схема такого генератора показана на рисунке 11.

Рисунок 11.

В этой схеме заряд конденсатора C1 происходит по цепи R1, RP1, VD1. Когда напряжение на конденсаторе достигнет верхнего порога 2/3*U, таймер переключается в состояние низкого уровня и конденсатор C1 разряжается по цепи VD2, RP1, R1 до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не упадет до нижнего порога 1/3*U, после чего цикл повторяется.

Изменение положения движка RP1 дает возможность регулировать длительность заряда и разряда: если длительность заряда возрастает, то уменьшается время разряда. При этом период следования импульса остается неизменным, меняется только скважность, или коэффициент заполнения. Ну, это как кому удобней.

На основе таймера 555 можно сконструировать не только генераторы, но и еще много полезных устройств, о которых будет рассказано в следующей статье. Кстати, существуют программы – калькуляторы для расчета частоты генераторов на таймере 555, а в программе – симуляторе Multisim для этих целей есть специальная закладка.

Генератор электрических импульсов на таймере 555

Электрический импульс — это кратковременный всплеск напряжения или силы тока. То есть это такое событие в цепи, при котором напряжение резко повышается в несколько раз, а затем так же резко падает к исходной величине. Самый понятный пример — электрический импульс, заставляющий наше сердце биться. Самое же большое количество импульсов возникает у нас в нервных клетках головного и спинного мозга. Мы мыслим и решаем уроки благодаря электрическим импульсам!

А что в электронике? В электронике импульсы применяются повсеместно. Например, в микроконтроллерах или даже в полноценных процессорах домашнего компьютера электрические импульсы задают ритм его работы. Они еще называются тактовыми, или синхро-импульсами. Порой быстродействие вычислительных машин сравнивают именно при помощи значений тактовой частоты.

Все данные внутри электронных устройств тоже передаются при помощи импульсов. Наш интернет, проводной и беспроводной, сотовая связь и даже пульт от телевизора — все используют импульсный сигнал. Попробуем выполнить несколько заданий и на собственном опыте понять особенности генерации электрических импульсов. А начнем мы со знакомства с их важными характеристиками.

1. Период и скважность импульсного сигнала

Представим себе, что мы готовимся к встрече Нового Года и нам просто необходимо сделать мигающую гирлянду. Поскольку мы не знаем, как заставить её мигать самостоятельно, сделаем гирлянду с кнопкой. Будем сами нажимать на кнопку, соединяя тем самым цепь гирлянды с источником питания и заставляя лампочки зажигаться.

Принципиальная схема гирлянды с ручным управлением будет выглядеть так:

Внешний вид макет

Собираем схему и проводим небольшой тест. Попробуем управлять гирляндой согласно нехитрому алгоритму:

1. нажимаем на кнопку;
2. ждем 1 секунду;
3. отпускаем кнопку;
4. ждем 2 секунды;
5. переходим к пункту 1.

Это алгоритм периодического процесса. Нажимая на кнопку по алгоритму мы тем самым генерируем настоящий импульсный сигнал! Изобразим на графике его временную диаграмму.

У данного сигнала мы можем определить период повторения и частоту. Период повторения (T) — это отрезок времени, за который гирлянда возвращается в исходное состояние. На рисунке хорошо виден этот отрезок, он равен трем секундам. Величина обратная периоду повторения называется частотой периодического сигнала (F). Частота сигнала измеряется в Герцах. В нашем случае:

F = 1/T = 1/3 = 0.33 Гц

Период повторения можно разбить на две части: когда гирлянда горит и когда она не горит. Отрезок времени, в течение которого гирлянда горит называется длительностью импульса (t).

А теперь самое интересное! Отношение периода повторения (T) к длительности импульса (t) называется скважностью.

S = T / t

Скважность нашего сигнала равна S = 3/1 = 3. Скважность величина безразмерная.

В англоязычной литературе принят другой термин — коэффициент заполнения (Duty cycle). Это величина, обратная скважности.

D = 1 / S = t / T

В случае нашей гирлянды коэффициент заполнения равен:

D = 1 / 3 = 0.33(3) ≈ 33%

Этот параметр более нагляден. D = 33% означает, что треть периода занята импульсом. А, например, при D = 50% длительность высокого уровня сигнала на выходе таймера будет равна длительности низкого уровня.

2. Генерация импульсного сигнала при помощи микросхемы 555

Теперь попробуем заменить человека и кнопку, ведь мы не хотим весь праздник включать и выключать гирлянду каждые 3 секунды.

В качестве автоматического генератора импульсов используем очень известную микросхему семейства 555. Микросхема 555 — это генератор одиночных или периодических импульсов с заданными характеристиками. По-другому данный класс микросхем называют таймерами.

Существуют разные модификации таймера 555, разработанные разными компаниями: КР1006ВИ1, NE555, TLC555, TLC551, LMC555. Как правило, все они имеют одинаковый набор выводов.

Также производители выделяют два режима работы таймера: одновибратор и мультивибратор. Нам подойдет второй режим, именно в нем таймер будет непрерывно генерировать импульсы с заданными параметрами.

Для примера, подключим к таймеру 555 один светодиод. Причем, используем вариант, когда положительный вывод светодиода соединяется с питанием, а земля к таймеру. Позже будет понятно, почему мы делаем именно так.

Принципиальная схема

Внешний вид макета

Примечание. Конденсатор C2 в схеме можно не использовать.

В этой схеме есть три компонента без номиналов: резисторы Ra и Rb, а также конденсатор C1 (далее просто C). Дело в том, что именно с помощью этих элементов настраиваются нужные нам характеристики генерируемого импульсного сигнала. Делается это с помощью несложных формул, взятых из технической документации к микросхеме.

T = 1/F = 0.693*(Ra + 2*Rb)*C;          (1)

t = 0.693*(Ra + Rb)*C;          (2)

Ra = T*1.44*(2*D-1)/C;          (3)

Rb = T*1.44*(1-D)/C.          (4)

Здесь F — частота сигнала; T — период импульса; t — его длительность; Ra и Rb — искомые сопротивления. Исходя из этих формул, коэффициент заполнения не может быть меньше 50% (иначе мы получим отрицательное значение сопротивления). Вот это новость! А что же нам делать с гирляндой? Ведь согласно нашей постановке, коэффициент заполнения импульсного сигнала должен быть непременно 33%.

Чтобы обойти это ограничение имеется два способа. Первый способ заключается в использовании другой схемы подключения таймера. Существуют более сложные схемы, которые позволяют варьировать параметр D во всем диапазоне от 0 до 100%. Второй способ не требует переделки схемы. Мы просто-напросто инвертируем выход таймера!

Собственно, в предложенной выше схеме мы это уже и сделали. Вспомним, что катод светодиода мы соединили с выводом таймера. В этой схеме светодиод будет гореть, когда на выходе таймера будет низкий уровень.

Раз так, то нам нужно настроить сопротивления Ra и Rb схемы так, чтобы коэффициент заполнения D был равен 66.6%. Учитывая, что T = 3 сек, а D = 0.66, получаем:

Ra = 3*1.44*(2*0.66 — 1)/0.0001 = 13824 Ом

Rb = 3*1.44*(1-D)/0.0001 = 14688 Ом

На самом деле, если мы будет использовать более точные значения D, то получим Ra = Rb = 14400 Ом. Вряд ли мы найдем резистор с таким номиналом. Скорее всего нам потребуется поставить последовательно несколько резисторов, например: один резистор на 10 КОм и 4 штуки на 1 КОм. Для большей точности можем добавить еще два резистора по 200 Ом.

В результате должно получиться что-то подобное:

В этой схеме используются резисторы на 15 КОм.

3. Подключение группы светодиодов к таймеру 555

Теперь, когда мы научились задавать нужный ритм, соберем небольшую гирлянду. В новой схеме пять светодиодов будут включаться на 0.5 сек каждую секунду. Для такого ритма Ra = 0, Rb = 7.2 кОм. То есть, вместо резистора Ra мы можем поставить перемычку.

Выход микросхемы 555 слишком слабый для того, чтобы одновременно зажечь 5 светодиодов. А ведь в настоящей гирлянде их может быть штук 15, 20 и более. Чтобы решить эту проблему, используем биполярный транзистор, работающий с режиме электронного ключа. Возьмем самый распространенный NPN транзистор 2N2222. Также в этой схеме можно использовать полевой N-канальный транзистор, например 2N7000.

Нашим светодиодам потребуется токозадающий резистор. Суммарный ток пяти параллельно соединенных светодиодов должен быть равен I = 20 мА*5 = 100 мА. Напряжение питания всей схемы 9 Вольт. На светодиоде красного цвета напряжение падает на 2 Вольта. Таким образом закон ома на данном участке цепи имеет вид:

100 мА = (9В-2В)/R;

отсюда R2 = 7В/0.1А = 70 Ом.

Округлим сопротивление до 100 Ом, которое можно получить параллельным соединением двух резисторов на 200Ом. А можно и вовсе оставить один резистор на 200Ом, просто светодиоды будут гореть немного тусклее.

Принципиальная схема

Внешний вид макета

Примечание. Конденсатор C2 в схеме можно не использовать.

Собираем схему, подключаем батарейку и наблюдаем за результатом. Если все работает как надо, закрепим полученные знания, сделав несколько забавных устройств.

Задания

1. Генератор звука. В схеме гирлянды заменить группу светодиодов на пьезодинамик. Увеличить частоту звука, например, до 100 Гц. Если поднять частоту до 15 кГц, то можно будет отпугивать комаров!
2. Железнодорожный светофор. Подключить к таймеру два светодиода таким образом, чтобы один соединялся с таймером катодом, а второй анодом. Установить частоту импульсов — 1 Гц.

К размышлению

Как уже говорилось, таймер 555 — очень популярная микросхема. Это объясняется тем, что большинству электронных устройств свойственны периодические процессы. Любой звук — это периодический процесс. ШИМ сигнал, управляющий скоростью двигателя — тоже периодический, причем с изменяющимся коэффициентом заполнения. И как уже говорилось, работа любого микроконтроллера и процессора основана на тактовом сигнале, имеющем очень точную частоту.

На следующем уроке мы сделаем бинарные часы с помощью таймера и двоичного счетчика. Будет немного сложнее, но интереснее!

Полезные ссылки

Сборник проектов на таймере 555

Вконтакте

Facebook

Twitter

об устройстве и сборка своими руками

Один из наиболее часто используемых компонентов электроники – таймер-генератор. Современный формат выпуска его конструкций организован в виде специализированных сборок, применяемых в миллионах различных устройств. Наиболее распространенный таймер такого типа, или, с другим названием, – реле времени, 555 серия микросхем, впервые выпущенная и разработанная компанией Signetic в 1971 году.

За неимением конкуренции на тот период, она получила очень высокое признание и распространение в схемах электрических приборов. Характеристики и выдаваемый сигнал серии таймеров NE555 (изначальное название) позволил применять их при разработке генераторов, модуляторов, систем задержки, различных фильтров, преобразователей напряжения. С развитием цифровой техники, микросхема не потеряла свою актуальность и применяется уже в качестве ее элемента.

Основная задача таймера 555 – создавать одиночные или множественные импульсы с точным разграничением временных интервалов между ними. Внешний вид микросхемы NE555

Особенности и характеристики

Наиболее известная особенность 555 серии микросхем, снижающей количество областей их применения – внутренний делитель напряжения. Он задает фиксированный уровень порога срабатывания обоих компараторов устройства, сменить который невозможно.

Питание таймера 555 серии осуществляется напряжением от 4,5 до 16 вольт. Ток потребления непосредственно зависит от этого параметра и составляет от 2 до 15 мА. Характеристики выходного сигнала отличаются у различных производителей. В основном, его ток не превышает 200 мА.

Температурные режимы также зависят от сборки. Обычные NE555 рассчитаны на эксплуатацию в промежутке от 0 до 70°С. Военные варианты таймера (исторически обозначенные серией SE) допускают более широкий диапазон – от -55 до 125°С.

В период активности таймера на выходе присутствует напряжение, оно равно приходящему на шине питания за вычетом 1,75В. В остальных случаях на этом контакте 0,25В, при общем напряжении +5В. Терминология описывает эти состояния, как высокий и низкий уровень сигнала.

Запуск таймера к генерации производится импульсным сигналом 1/3 вольт от питания устройства. Форма его любая – синусная или прямоугольная. Элементы схемы, определяющие временные параметры срабатывания

Время срабатывания изменения состояния устанавливается характеристиками внешнего конденсатора между контактом разряда и землей, а также сопротивлением двух резисторов. Первый расположен на шине питания и соединяет ее с входом останова работы микросхемы. Второй находится на линии между предыдущим и контактом разряда, но до описанной ранее емкости.

Достоинства и недостатки

Основное достоинство реле времени на 555 чипе –низкая цена и громадное количество разработанных и использующих его схем электрооборудования.

Существуют и недостатки, которые, впрочем, исправлены в выпусках микросхем с транзисторной базой на основе КМОП. При использовании биполярных, в момент изменения состояния генерирующего каскада в противоположный, на выводах могло возникнуть паразитное напряжение до 400 мА. Проблема решается установкой полярного конденсатора 0,1 мкФ, между управляющим контактом и общим проводом. Конденсатор, уменьшающий влияние помех на устройство

Можно повысить и помехоустойчивость микросхемы таймера. Для этого размещают неполярный конденсатор 1 мкФ на линию цепи питания.

Режимы работы устройства

Основные режимы использования микросхемы 555 серии – одновибратор, мультивибратор и триггер Шмитта.

Первый применяется для создания единовременного сигнала заданной длительности при подаче входного напряжения на стартовый контакт чипа.

Второй – для генерации множества автоколебательных импульсов прямоугольной формы.

Третий, благодаря эффекту памяти предыдущего сигнала и трех вариантов исходящих согласно внутренней логики, в системах задержки и цифровых устройствах.

Одновибратор

В этой схеме, при подаче сигнала любой формы на второй вход 555 серии, будет генерироваться импульс на третьем ее выходе. Его длительность зависит от характеристик сопротивления R и емкости C. Вычислить необходимое время действия исходящего сигнала можно по формуле t=1,1*C*R. Схема одновибратора

Мультивибратор

В отличие от предыдущей схемы, мультивибратору для начала постоянной генерации не нужна подача внешнего сигнала. Достаточно только произвести подключение питания. На выходе импульсы прямоугольной формы с изменением состояния в течение t₂ и с периодом действия t₁.

Их время рассчитываться от параметров R1 и R2 по формулам:

Период и частота:

Чтобы достичь времени импульса большего, чем время паузы, используют диод, соединяющий катодом 7 контакт микросхемы (разряд), с 6 (останов) через свой анод.

Прецизионный триггер Шмитта

Функциональность в рамках инвертирующего прецизионного переключателя в 555 серии обеспечивается наличием двух порогового компаратора и RS — триггера. Напряжение на входе разделяется на три части, при достижении пороговых значений которых и изменяется состояние выдачи сигнала устройством.

Разграничение делается по полярности, причем для переключения достаточно 1/3 общего вольтажа питания любого из полюсов. На выходе, при получении порогового сигнала на входе, возникает импульс, инвертированный полярно относительно изначального. Его уровень постоянен и длится он ровно то время, которое действует инициирующий импульс.

Проще говоря, триггер Шмитта — это инвертирующий одновибратор с памятью полярности предыдущего сигнала.

Используется подобная схема в системах, где требуется избавление от излишнего шума и приведение его последовательностей к необходимым пороговым значениям. Схема триггера Шмитта с графиком выравниваемых уровней сигнала

Область применения НЕ555

Возможности микросхемы дают широкий спектр техники, в которой она используется. Мультивибраторы на 555 серии встречаются практически во всех схемах генерации сигналов.

Примером служат различные звуковые и световые оповещающие устройства, детекторы металла, освещенности, влажности или касания. Таймер, заложенный в микросхему, позволяет создавать реле времени, для контроля работы различного оборудования по определенным человеком периодам.

Варианты исполнения в виде триггера Шмитта применяются как фильтрующие преобразователи зашумленных сигналов, для придания им правильной прямоугольной формы. Актуальность подобные схемы имеют и в цифровой технике, в которой используются только два вида импульсов – его наличие и отсутствие.

Отечественные и зарубежные производители

Микросхема-таймер 555 серии настолько популярна, что ее аналоги изготавливаются мощностями практически всех известных брендов микроэлектронной промышленности. Причем территориально расположенных не только в США, но и других странах мира. Среди них: Texas Instrument, Sanyo, RCA, Raytheon, NTE Silvania, National, Motorola, Maxim, Lithic Systems, Intersil, Harris, Fairchild, Exar ECG Phillips и множество других.

Зачастую номер серии от конкурентов содержит отсылку к оригинальной NE555. Встречается маркировки NE555N, НЕ555Р или им подобные. Российская КР1006ВИ1

Производится таймер и в России, с маркировкой микросхемы КР1006ВИ1 с биполярными транзисторами и КР1441ВИ1 по КМОП технологии. Национальный вариант немного отличается от классического 555 серии – в нем вход остановки обладает большим приоритетом, чем сигнал запуска.

Как сделать реле времени 555 своими руками

Одним из вариантов ознакомления с таймером 555 серии будет изготовление своими руками реле времени. Схема достаточно проста, считается классической и доступна к повторению специалистом любого уровня. Схема таймера отключения

Запуск производится нажатием тумблера SB1. Длительность подстраивается резистором R2. На представленной схеме среднее время работы находится в пределах 6 секунд. Для его увеличения, без изменения характеристик R2 повышают емкость C1.

Если требуется суточный цикл работы, то понадобится конденсатор на 1600 мкФ. Если устройство будет применяться в условиях, близких к реальности, – количество фарад меняют на более подходящее к нужному времени работы. Расчет производится согласно формуле: T=C1*R2, где C1 емкость соответствующего конденсатора на схеме, R2 среднее сопротивление мегаом подстроечного резистора.

Более точная калибровка времени действия будет устанавливаться в процессе использования переменным резистором R2.

Немного о нумерации используемых контактов микросхемы 555 серии, то есть ее распиновка:

1. «Земля» (GND) – минус питания.
2. «Запуск» (Trigger) – на контакт поступает импульс, начинающий работу таймера. Инициируется нажатием тумблера.
3. «Выход» (Output) – пока таймер активен, на контакте генерируется исходящий сигнал. Его вольтаж равный Vпитания-1,7В, через ограничивающий резистор R3 позволяет открыть базу транзистора VT1. В свою очередь, полупроводниковый усилитель начинает пропускать напряжение на пусковое реле К1, которое уже коммутирует ток к потребителю. Диод VD1 в схеме предотвращает бросок паразитных токов в моменты активации.
4. «Сброс» (Reset) – при подаче отрицательного сигнала таймер переводится в 0 и останавливается. Чтобы такого не произошло, в схеме сделан подвод положительного полюса питания через сопротивление к этому контакту.
5. «Контроль» (Control Voltage) – для такого простого устройства, этот вход микросхемы соединяется массой через емкость. Подобная конструкция повышает помехоустойчивость всей сборки.
6. «Остановка» (Threshold) – в схеме контакт просто присоединен к положительному полюсу питания. В более сложных системах, кратковременное его замыкание на минус остановит работу таймера.
7. «Разряд» (Discharge) – контакт предназначен для соединения 555 микросхемы с задающей временный интервал емкостью.
8. «Питание» (VCC) – плюс напряжения схемы.

Таймеры серии 555 расчет схемы. Расчет таймера NE555. Схема подключения таймера в автоколебательном режиме

NE555 — аналоговая интегральная схема, универсальный таймер — устройство для формирования (генерации) одиночных и повторяющихся импульсов со стабильными временными характеристиками. Впервые выпущен в 1971 году компанией Signetics под обозначением NE555. Функциональные аналоги оригинального NE555 выпускаются во множестве биполярных и КМОП-вариантов. Сдвоенная версия 555 выпускается под обозначением 556, счетверенная — под обозначением 558.

Представляет собой асинхронный RS-триггер со специфическими порогами входов, точно заданными аналоговыми компараторами и встроенным делителем напряжения.

Применяется для построения различных генераторов, модуляторов, реле времени, пороговых устройств и прочих узлов электронной аппаратуры. В качестве примеров применения микросхемы-таймера можно указать функции восстановления цифрового сигнала, искаженного в линиях связи, фильтры дребезга, двухпозиционные регуляторы в системах автоматического регулирования, импульсные преобразователи напряжения, устройства широтно-импульсного регулирования, таймеры и др.

Схема подключения таймера в автоколебательном режиме

Для таймера NE555 – частота в 360 кГц является максимальной, поскольку при увеличении ее, работа схемы становится нестабильной. Увеличивая емкость электролитического конденсатора можно растянуть временной интервал. При интервале более 30 минут, показания схемы будут неточными.

Для расчета длительности (Т1) и паузы импульса (Т2), периода (Т) и частоты следования импульсов заполните преложенную форму онлайн калькулятора. При расчете следует учесть что емкость С должна быть не менее 500 пФ.

• Похожие статьи

Войти с помощью:

Случайные статьи

• 05.10.2014

  Данный предусилитель прост и имеет хорошие параметры. Эта схема основана на TCA5550, содержащий двойной усилитель и выходы для регулировки громкости и выравнивания ВЧ, НЧ, громкости, баланса. Схема потребляет очень малый ток. Регуляторы необходимо как можно ближе расположить к микросхеме, чтобы уменьшить помехи, наводки и шум. Элементная база R1-2-3-4=100 Kohms C3-4=100nF …

• 16.11.2014

  На рисунке показана схема простого 2-х ваттного усилителя (стерео). Схема проста в сборке и имеет низкую стоимость. Напряжение питания 12 В. Сопротивление нагрузки 8 Ом. Схема усилителя Рисунок печатной платы (стерео)

• 20.09.2014

  Его смысл pазличен для pазных моделей винчестеpов. В отличие от высокоуpовневого фоpматиpования — создания pазделов и файловой стpуктуpы, низкоуpовневое фоpматиpование означает базовую pазметку повеpхностей дисков. Для винчестеpов pанних моделей, котоpые поставлялись с чистыми повеpхностями, такое фоpматиpование создает только инфоpмационные сектоpы и может быть выполнено контpоллеpом винчестеpа под упpавлением соответствующей пpогpаммы. …

Онлайн калькулятор для расчета таймера 555 серии (отечественный аналог — микросхема КР1006ВИ1)

Как видите, этот онлайн калькулятор таймера серии 555, будет очень полезен при расчетах ваших радиолюбительских самоделок и устройств.

555 это серия легендарного таймера, которая стала одной из первых интегральных микросборок. Она несет в себе около 20 транзисторов и используется для работы в двух режимах. В режиме непосредственно таймера и генератора прямоугольных импульсов. На 555 таймере существует огромное количество интересных и занимательных схем как для новичков радиолюбителей, так и для спецов. На основе этого таймера можно сделать самодельные сигнализации, датчики, сирены, генераторы, преобразователи напряжения, высоковольтные устройства усилители мощности звуковой частоты и и почти все что захотите. Только незабудте сначала посчитать параметры на онлайн калькуляторе.

Простая но достаточно функциональная программа для расчета параметров электронных компонентов генератора импульсов, собранного на основе микросхеме 555 (КР1008ВИ1). Возможность выбора скважности импульсов, подгонки емкости конденсатора, а также разные справочные данные по микросхемам серии 555.

Рис. 1. Внешний вид программы 555 Timer Designer.

Нажав на пункт меню Design можно выбрать тип импульсов для которых будет проектироваться схема генератора, сразу же откроется окно с примерной схемой генератора и полями для задания частоты, скважности импульсов и подбора параметров электронных компонентов.

Рис. 2. Варианты импульсов, параметры для которых можно сгенерировать.

Рис. 3. Окно проектирования параметров компонентов для генератора на 555.

Выбрав пункт меню Applications можно посмотреть типовые схемы включения генератора при проектировании различных устройств.

Рис. 4. Типовые схемы применения генератора на 555.

Ниже приведен рисунок со схемой преобразователя DC-DC.

Рис. 4. Типовая схема включения генератора на микросхеме 555 для построения преобразователя напряжения.

В разделе Data собрана справочная информация по микросхемам серии 555, которые применяются для построения генераторов импульсов и других устройств.

Рис. 5. Справочная информация по микросхемам серии 555.

This 555 timer monostable circuit calculator can be used to get the output pulse width (Delay time) for a . In Monostable mode of 555 timer IC, when power is applied, the output remains low for the Delay time and then becomes high and remains high, or vice versa.

The time delay in a monostable mode is calculated as per the below formulae:

Enter any two known values and calculate the remaining one:

555 Timer IC’s are the most commonly used ICs for timing and Pulse generation applications. They can adopt itself into various applications due to its different operating modes. The three main operating modes of a 555 Timer are Astable Mode, Monostable Mode and Bi-Stable Mode. Each mode has its own properties and applications since every mode provides a different type of wave forms.

During a Monostable mode , as the name suggest there will one (mono) stable high state of pulse for a pre-defined time. This pre-defined time can be set by selecting the correct values of Resistor (R1) and Capacitor (C1) shown in the below circuit.

This is a simple circuit to make the 555 timer IC to work in Mont stable mode. Whenever the push button connected to Trigger pin (pin 2) is pressed a trigger pulse is detected by the 555 IC and so it will trigger the output pulse on its output pin (pin 3) as shown in the waveform below.

This output pulse will stay high based on its pulse width. This output pulse width sets the pre-defined time and as said earlier it can be set by selecting the correct values of Resistor (R1) and Capacitor (C1) using the below formulae.

Output Pulse Width (secs) = 1.1 x R1 x C1

For the above circuit the value of R1 = 100k and value of C1 = 10uF, let us use the formulae to calculate the time in seconds

R1 = 100k = 100000 ohms

C1 = 10uF = 0.00001 Farads

So, T = 1.1 * 100000 * 0.00001

To avoid all this hassle of data conversion and calculation you can use the 555 timer monostable calculator given above to calculate the value of Time, or you can even calculate of R1 or C1 for any specific time duration. Just enter any two parameters leaving the third one blank and click on calculate to get you results.

Микроконтроллеры и Технологии — Расчет таймера NE555(КР1006ВИ1)

Заполните одно из значений ниже, и нажмите кнопку «Рассчитать» и калькулятор определит вам целый ряд возможных вариантов для сопротивлений резисторов R₁, R₂ и значение емкости конденсатора C₁. Для ввода дробного значения используйте символ точка. Например 0.5 секунды.

Назначение выводов:

Вывод №1 — Земля(GND).

Вывод подключается к минусу питания или к общему проводу схемы.

Вывод №2 — Запуск(TRIG).

Этот вывод является одним из входов компаратора №2. При подаче на этот вход импульса низкого уровня, который должно быть не более 1/3 напряжения питания, происходит запуск таймера и на выводе №3 появляется напряжение высокого уровня на время, которое задается внешним сопротивлением Ra+Rb и конденсатором С. Данный режим работы называется — режим моностабильного мультивибратора. Импульс, подаваемый на вывод №2, может быть как прямоугольным, так и синусоидным и по длительности он должен быть меньше чем время заряда конденсатора С.

Вывод №3 — Выход(OUT).

Высокий уровень равен напряжению питания минус 1,7 Вольта. Низкий уровень равен примерно 0,25 вольта. Время переключения с одного уровня на другой происходит примерно за 100 нс.

Вывод №4 — Сброс(RST).

При подаче на этот вывод напряжения низкого уровня (не более 0,7в) произойдет сброс таймера и на выходе его установится напряжение низкого уровня. Если в схеме нет необходимости в режиме сброса, то данный вывод необходимо подключить к плюсу питания.

Вывод №5 — Управление(CVOLT).

Обычно, этот вывод не используется. Однако его применение может значительно расширить функциональность таймера. При подаче напряжения на этот вывод можно управлять длительностью выходных импульсов таймера, а значит отказаться от RC времязадающей цепочки. Подаваемое напряжение на этот вход в режиме моностабильного мультивибратора может составлять от 45% до 90% напряжения питания. А в режиме мультивибратора от 1,7в и до напряжения питания. Соответственно на выходе получится FM модулированный сигнал.

Если этот вывод не используется, то его лучше подключить через конденсатор 0,01мкФ к общему проводу.

Вывод №6 — Стоп(THR).

Этот вывод является одним из входов компаратора №1. При подаче на этот вывод импульса высокого уровня (не менее 2/3 напряжения питания), работа таймера останавливается, и на выходе таймера устанавливается напряжение низкого уровня. Как и на вывод №2, на этот вывод можно подавать импульсы как прямоугольные, так и синусоидные.

Вывод №7 — Разряд(DISC).

Этот вывод соединен с коллектором транзистора Т1, эмиттер которого соединен с общим проводом. При открытом транзисторе конденсатор С разряжается через переход коллектор-эмиттер и остается в разряженном состоянии пока не закроется транзистор. Транзистор закрыт, когда на выходе таймера высокий уровень и открыт, когда на выходе низкий уровень.

Вывод №8 — Питание(VCC).

Напряжение питания таймера составляет от 4,5 до16 вольт.

555 Калькулятор нестабильной цепи с таймером

В этом калькуляторе с нестабильным таймером 555 введите значения синхронизирующего конденсатора C и синхронизирующих резисторов R1 и R2 для расчета частоты, периода и рабочего цикла. Здесь период — это общее время, необходимое для завершения одного цикла включения / выключения (T ₁ + T _2), , а Рабочий цикл — это процент от общего времени, для которого выходная мощность ВЫСОКАЯ.

Когда таймер 555 работает в Astable режиме , мы получаем импульс на выходном контакте, время включения которого (время высокого уровня) и время выключения (время низкого уровня) можно контролировать.Это управление может быть выполнено путем выбора соответствующих значений для резистора R1, R2 и конденсатора C1. Принципиальная схема работы микросхемы 555 IC в нестабильном режиме показана как

Вышеупомянутая схема может использоваться для создания прямоугольной волны, в которой могут быть вычислены максимальное время (T1) и минимальное время (T2). Этот метод может использоваться для генерации тактовых импульсов для микроконтроллеров / цифровых ИС или мигания светодиода или любых других приложений, где требуются определенные временные интервалы. Выходная волна, полученная от контакта 3, показана с маркировкой под

Ось времени T измеряется в секундах, а ось напряжения — в вольтах.Как было сказано ранее, как долго импульс остается высоким, как долго пульс остается низким, а также частоту импульса можно рассчитать с использованием значений компонентов R1, R2 и C1, показанных на принципиальной схеме выше.

Указанный выше таймер 555 Нестабильный калькулятор можно использовать для вычисления этих значений, но для понимания его работы нам необходимо знать следующие формулы, на основе которых работает калькулятор.

Примечание. Эти единицы применимы только тогда, когда R1 и R2 указаны в омах, а конденсатор — в фарадах

Может быть сложно попробовать разные значения резистора и конденсаторов, чтобы достичь желаемого временного интервала и частоты.Поэтому всегда держите в голове эти нижеприведенные советы при выборе значений

• Период (T) и частота (F) обратно пропорциональны
• Увеличение C1 уменьшит частоту (F)
• Увеличение R1 увеличит высокое время (T1), но не изменит низкое время (T2)
• Увеличение R2 увеличит время высокого уровня (T1), а также время низкого уровня (T2)
• Итак, всегда сначала устанавливайте T2, а затем T1
• Увеличение R2 уменьшит рабочий цикл

Когда у нас есть все эти детали, мы можем узнать полные свойства выходной волны.Чтобы привыкнуть к формулам, давайте рассчитаем значения параметров, используя эти формулы для приведенной выше принципиальной схемы.

На нашей принципиальной схеме сопротивление резисторов R1 и R2 составляет 1 кОм и 100 кОм соответственно, емкость конденсатора C1 — 10 мкФ.

Итак, R1 = 1K; R2 = 100 кОм и 10 мкФ

Или можно записать как R1 = 1000 Ом; R2 = 100000 Ом, C1 = 0,00001 Фарад

Высокий уровень времени (T1) — это время, в течение которого импульс остается высоким (5 В) в выходной волне.Это можно рассчитать как

Максимум времени (T1) = 0,693 × (R1 + R2) × C1

= 0,693 × (1000 +100000) × 0,00001

= 0,699 секунды

T1 = 699 миллисекунд

Время низкого уровня (T2) — это время, в течение которого импульс остается низким (0 В) в выходной волне. Его можно рассчитать как

Время минимума (T2) = 0,693 × R2 × C1

= 0.693 × 100000 × 0,00001

= 0,693 секунды

T2 = 693 миллисекунды

Период времени (T) — это сумма минимума времени и максимума времени. Изменение максимума времени или минимума времени повлияет на общий период времени T

Период времени (T) = 0,693 × (R1 + 2 × R2) × C1 или (T1 + T2)

= 0,693 × (1000 + 2 × 100000) × 0,00001 или (0,699 + 0,693)

Т = 1.393 секунды

Как мы все знаем, частота — это просто обратная зависимость времени. Существуют определенные приложения, такие как управление серводвигателем, где импульс должен иметь определенную частоту, чтобы схема драйвера среагировала. Частоту можно рассчитать как

Частота (F) = 1,44 / (R1 + 2 × R2) × C1 или (1 / T)

= 1,44 / (1000 + 2 × 100000) × 0,00001 или (1 / 1,393)

F = 0.718 Гц

всегда указывается в процентах, если высокое время равно низкому времени, то импульс имеет рабочий цикл 50%, а если время выключения равно нулю, то он имеет рабочий цикл 100%. Мы можем рассчитать рабочий цикл как.

Рабочий цикл = (T1 / T) × 100

= (0,966 / 1,393) × 100

DC = 50,249%

Таким же образом мы можем рассчитать эти параметры для любого номинала резистора и конденсатора.Использование калькулятора таймера 555 действительно пригодится, когда вы разрабатываете новую схему для вашего проекта.

Цепь нестабильного таймера 555 — Инструменты для электротехники и электроники

Обзор таймера 555, калькулятора

Таймер 555, показанный выше, сконфигурирован как нестабильная схема. Это означает, что выходное напряжение представляет собой периодический импульс, который чередуется между значением VCC и 0 вольт.

Как рассчитать частоту выходного напряжения

Частота — это количество импульсов в секунду.Формула для расчета частоты выходного напряжения:

$$ f = \ frac {1.44} {(R_ {1} + 2R_ {2}) C} $$

Период — это время, покрываемое одним импульсом. Это просто обратная частота:

$$ T = \ frac {1} {f} = 0,694 (R_ {1} + 2R_ {2}) C $$

Максимальное время ($$ T_ {1} $$) и минимальное время ($$ T_ {0} $$) можно рассчитать по формулам, приведенным ниже. Обратите внимание, что период — это сумма высокого и низкого времени.

$$ T_ {1} = 0,694 (R_ {1} + R_ {2}) C $$

$$ T_ {0} = 0.694R_ {2} C $$

Отношение промежутка между метками — это соотношение между высоким и низким временем или:

$$ \ text {Mark Space Ratio} = \ frac {T_ {1}} {T_ {0}} $$

Рабочий цикл используется чаще, чем коэффициент промежутка между метками. Формула рабочего цикла:

$$ \ text {Рабочий цикл} = \ frac {T_ {1}} {T} \ text {x} 100 $$

Рабочий цикл 50% означает, что высокое время равно минимальному времени. Если на выходе этой нестабильной цепи установить светодиод, он включится в тот же промежуток времени, что и выключен.Обратите внимание, что с этой схемой невозможно получить точный рабочий цикл 50%.

Банкноты

• Увеличьте $$ C $$, чтобы увеличить период (уменьшить частоту).
• Увеличьте $$ R_ {1} $$, чтобы увеличить время максимума ($$ T_ {1} $$), не влияя на время минимума ($$ T_ {0} $$).
• Увеличьте $$ R_ {2} $$, чтобы увеличить время высокого уровня ($$ T_ {1} $$), увеличьте время низкого уровня ($$ T_ {0} $$) и уменьшите рабочий цикл.

Приложения

Таймер синхронной цепи

Синхронная схема — это цифровая схема, в которой изменения состояния элементов памяти, обычно триггеров, синхронизируются с помощью тактового сигнала.Из-за их доступности и простоты использования нестабильная схема 555 является обычным источником тактового сигнала во многих синхронных схемах. Сдвиговый регистр — пример синхронной схемы — показан ниже. Обычно вы подключаете выход нестабильной схемы 555 к тактовому выводу этого регистра сдвига.

Светодиодный указатель поворота

Хотя вы можете построить более простой светодиодный мигающий индикатор, используя один транзистор, несколько резисторов и конденсатор, большинство людей предпочли бы использовать нестабильную схему 555.См. Схему ниже:

Как быстро мигает светодиод? Конечно, вы можете воспользоваться нашим калькулятором, чтобы узнать это.

Тон-генератор

Схема, приведенная выше, издает звуковой сигнал и является лишь одной из многих схем, генерирующих звук, в которых используются 555 нестабильных схем. Потенциометр 150 кОм используется для регулировки частоты тона. Можно предварительно установить верхний и нижний пределы выхода на предопределенные значения, добавив резисторы или подстроечные резисторы последовательно с потенциометром.

Дополнительная литература

Учебник — 555 IC

Эксперимент — Генератор звука 555

Рабочий лист — Цепи таймера

555 Таймер, учебник

Учебное пособие по таймеру 555

Таймер 555 был представлен более 40 лет назад. Благодаря своей относительной простоте, простоте использования и низкой стоимости он использовался буквально в тысячах приложений и до сих пор широко доступен. Здесь мы описываем, как сконфигурировать стандартную микросхему 555 IC для выполнения двух своих наиболее распространенных функций — в качестве таймера в моностабильном режиме и в качестве генератора прямоугольных импульсов в нестабильном режиме.

555 Сигналы и расположение выводов (8-контактный DIP)

Контакт 2 — Триггер (TRI)
Низкое напряжение (менее 1/3 напряжения питания), мгновенно приложенное к Вход триггера вызывает высокий уровень на выходе (вывод 3).Выход останется высоким до тех пор, пока на вход Threshold (контакт 6) не будет подано высокое напряжение.

Контакт 3 — Выход (OUT)
В состоянии низкого уровня на выходе напряжение будет близко к 0 В. В высоком состоянии выхода напряжение будет На 1,7 В ниже напряжения питания. Например, если напряжение питания 5В выходное высокое напряжение составит 3,3 вольта. Выход может быть источником или потребителем до 200 мА. (максимум зависит от напряжения питания).

Контакт 5 — Управляющее напряжение (CON)
Вы можете контролировать пороговое напряжение (контакт 6) через вход управления (который находится внутри установить на 2/3 напряжения питания). Вы можете изменять его от 45% до 90% напряжения питания. Это позволяет вам для изменения длины выходного импульса в моностабильном режиме или выходной частоты в нестабильном режим. Когда этот вход не используется, рекомендуется подключать этот вход к заземлению цепи через 0.Конденсатор 01 мкФ.

Контакт 6 — Порог (TRE)
Как в нестабильном, так и в моностабильном режиме напряжение на временном конденсаторе контролируется через пороговый вход. Когда напряжение на этом входе поднимается выше порогового значения, выходное значение переходит с высокого на низкий.

Контакт 7 — Разряд (DIS)
, когда напряжение на синхронизирующем конденсаторе превышает пороговое значение. Конденсатор синхронизации разряжается через этот вход.

Вывод 8 — Напряжение питания (VCC)
Это положительный вывод напряжения питания.Диапазон напряжения питания обычно составляет + 5В и + 15В. Временной интервал RC не будет сильно изменяться в диапазоне напряжения питания. (приблизительно 0,1%) в нестабильном или моностабильном режиме.

Моностабильная схема

Расчет временного интервала
Используйте следующую формулу для расчета временного интервала для моностабильной цепи:

T = 1.1 * R1 * C1

Где R1 — сопротивление в омах, C1 — емкость в фарадах, а T — временной интервал. Например, если вы используете резистор 1 МОм с конденсатором 1 мкФ (0,000001 Ф), временной интервал составит 1 секунду:

T = 1,1 * 1000000 * 0,000001 = 1,1

Выбор RC-компонентов для моностабильной работы
1. Сначала выберите значение для C1.
(Доступный диапазон номиналов конденсаторов невелик по сравнению с номиналами резисторов. Легче найти подходящее значение резистора для данного конденсатора.)

2. Затем вычислите значение R1, которое в сочетании с C1 даст желаемый временной интервал.

Для стандартных таймеров 555 используйте резисторы выдержки времени от 1 кОм до 1 МОм.

Пример моностабильной схемы
На рисунке 6 показана полная схема моностабильного мультивибратора 555 с простым запуском по фронту. Замыкающий переключатель S1 запускает 5-секундный интервал времени и включает LED1. По окончании временного интервала LED1 погаснет. Во время нормальной работы переключатель S2 подключает контакт 4 к напряжению питания. Чтобы остановить таймер до окончания временного интервала, вы устанавливаете S2 в положение «Сброс», которое соединяет контакт 4 с землей. Перед началом следующего временного интервала вы должны вернуть S2 в положение «Таймер».

На рисунке 7 показана базовая нестабильная цепь 555.

Временная диаграмма на рисунке 8 показывает выход таймера 555 в нестабильном режиме.

Расчет периода, частоты и рабочего цикла На рисунке 9 показан 1 полный цикл прямоугольной волны, генерируемой нестабильной схемой 555.

T = Th + Tl

где T — период в секундах.

Вы можете рассчитать время высокого и низкого уровня выходного сигнала (в секундах), используя следующие формулы:

Th = 0,7 * (R1 + R2) * C1
Tl = 0,7 * R2 * C1

или, используя формулу ниже, вы можете вычислить период напрямую.

T = 0,7 * (R1 + 2 * R2) * C1

Чтобы найти частоту, просто возьмите обратную величину периода или используйте следующую формулу:

Например, в нестабильной схеме на рисунке 7, если R1 составляет 68 кОм, R2 — 680 кОм, а C1 — 1 мкФ, частота составляет примерно 1 Гц:

Например, если R1 составляет 68,0000 Ом, а R2 — 680,000 Ом, рабочий цикл будет примерно 52 процента:

Чтобы получить рабочий цикл менее 50%, подключите диод параллельно R2.

Выбор RC-компонентов для нестабильной работы
1. Сначала выберите C1.
2. Вычислите общее значение комбинации резисторов (R1 + 2 * R2), которая даст желаемую частоту.

Для рабочего цикла, близкого к 50%, выберите значение R2, которое значительно выше, чем R1.Если R2 велико по сравнению с R1, вы можете сначала игнорировать R1 в своих расчетах. Например, предположим, что значение R2 будет в 10 раз больше R1. Используйте эту модифицированную версию приведенной выше формулы для вычисления значения R2:

Для стандартных таймеров 555 используйте резисторы выдержки времени от 1 кОм до 1 МОм.

Пример нестабильной цепи

Версии малой мощности

КМОП-версии таймера 555 с низким энергопотреблением, такие как 7555, TLC555 и программируемый CSS555, были разработаны для повышения производительности, особенно в приложениях с батарейным питанием. Они совместимы по выводам со стандартным устройством, имеют более широкий диапазон напряжения питания (например, от 2 В до 16 В для TLC555) и требуют значительно меньшего рабочего тока.Они также способны выдавать более высокие выходные частоты в нестабильном режиме (1-2 МГц в зависимости от устройства) и значительно более длинные временные интервалы в моностабильном режиме.

Эти устройства имеют низкий выходной ток по сравнению со стандартным 555. Для нагрузок более 10–50 мА (в зависимости от устройства) вам потребуется добавить цепь повышения тока между выходом 555 и нагрузкой.

Дополнительная информация

555 Oscillator Tutorial — The Astable Multivibrator

Таймер 555 IC может быть подключен либо в моностабильном режиме, создавая прецизионный таймер с фиксированной продолжительностью времени, либо в его бистабильном режиме для выполнения переключающего действия триггерного типа.Но мы также можем подключить микросхему таймера 555 в нестабильном режиме, чтобы создать очень стабильную схему 555 Oscillator для генерации высокоточных сигналов свободного хода, выходная частота которых может регулироваться с помощью подключенной извне RC-цепи, состоящей всего из двух резисторов. и конденсатор.

Осциллятор 555 — это другой тип релаксационного генератора для генерации стабилизированных прямоугольных выходных сигналов либо с фиксированной частотой до 500 кГц, либо с переменным коэффициентом заполнения от 50 до 100%.В предыдущем учебном пособии по таймеру 555 мы видели, что моностабильная схема генерирует одиночный выходной импульс с однократным импульсом при срабатывании триггерного входа контакта 2.

В то время как моностабильная схема 555 остановилась по истечении заданного времени, ожидая повторного запуска следующего триггерного импульса, для того, чтобы заставить генератор 555 работать как нестабильный мультивибратор, необходимо постоянно повторно запускать микросхему 555 IC после каждого временной цикл.

Этот повторный запуск в основном достигается путем соединения входа триггера (контакт 2) и входа порога (контакт 6) вместе, тем самым позволяя устройству действовать как нестабильный генератор.Тогда осциллятор 555 не имеет стабильных состояний, поскольку он постоянно переключается из одного состояния в другое. Кроме того, единственный синхронизирующий резистор предыдущей схемы моностабильного мультивибратора был разделен на два отдельных резистора, R1 и R2, с их переходом, подключенным к входу разряда (вывод 7), как показано ниже.

Базовая схема генератора Astable 555

В приведенной выше схеме генератора 555 контакты 2 и 6 соединены вместе, что позволяет схеме повторно запускать себя в каждом цикле, позволяя ей работать как автономный генератор.Во время каждого цикла конденсатор C заряжается через оба синхронизирующих резистора, R1 и R2, но разряжается только через резистор R2, поскольку другая сторона R2 подключена к разрядному выводу , вывод 7.

Затем конденсатор заряжается до 2/3 В постоянного тока (верхний предел компаратора), который определяется комбинацией 0,693 (R1 + R2) C, и разряжается до 1/3 В постоянного тока (нижний предел компаратора), определяемый 0,693 (R2 * В) комбинация. Это приводит к форме выходного сигнала, уровень напряжения которого приблизительно равен Vcc — 1.5 В, и периоды времени «ВКЛ» и «ВЫКЛ» на выходе определяются комбинацией конденсатора и резистора. Таким образом, индивидуальное время, необходимое для завершения одного цикла зарядки и разрядки выхода, составляет:

Время зарядки и разрядки генератора Astable 555

Где R — в Ом, а C — в фарадах.

При подключении в качестве нестабильного мультивибратора выходной сигнал осциллятора 555 будет продолжать бесконечно заряжаться и разряжаться между 2/3 В и 1/3 В постоянного тока, пока не будет отключен источник питания.Как и в случае с моностабильным мультивибратором, время зарядки и разрядки, а, следовательно, и частота, не зависят от напряжения питания.

Таким образом, продолжительность одного полного временного цикла равна сумме двух отдельных моментов времени, когда конденсатор заряжается и разряжается, и определяется как:

555 Время цикла осциллятора

Выходная частота колебаний может быть найдена путем обращения приведенного выше уравнения для общего времени цикла, что дает окончательное уравнение для выходной частоты генератора Astable 555 как:

555 Уравнение частоты осциллятора

Изменяя постоянную времени только одной из комбинаций RC, можно точно установить коэффициент заполнения Duty Cycle , более известный как отношение «Mark-to-Space» выходного сигнала, которое выражается как отношение резистора R2 к резистору. R1.Рабочий цикл генератора 555, который представляет собой отношение времени включения, деленного на время выключения, определяется по формуле:

555 Рабочий цикл осциллятора

Рабочий цикл не имеет единиц, так как это отношение, но может быть выражено в процентах (%). Если оба синхронизирующих резистора, R1 и R2, равны по величине, то выходной рабочий цикл будет 2: 1, то есть 66% времени включения и 33% времени выключения по отношению к периоду.

Осциллятор 555 Пример №1

Генератор Astable 555 построен с использованием следующих компонентов: R1 = 1 кОм, R2 = 2 кОм и конденсатор C = 10 мкФ.Рассчитайте выходную частоту генератора 555 и рабочий цикл выходного сигнала.

т ₁ — время «ВКЛ» заряда конденсатора рассчитывается как:

t ₂ — время «выключения» разряда конденсатора рассчитывается как:

Таким образом, общее периодическое время (T) рассчитывается как:

Таким образом, выходная частота ƒ задается как:

Получение значения рабочего цикла:

В качестве синхронизирующего конденсатора C заряжается через резисторы R1 и R2, но разряжается только через резистор R2, выходной рабочий цикл можно изменять от 50 до 100%, изменяя значение резистора R2.При уменьшении значения R2 рабочий цикл увеличивается до 100%, а при увеличении R2 рабочий цикл уменьшается до 50%. Если резистор R2 очень велик по сравнению с резистором R1, выходная частота нестабильной цепи 555 будет определяться только R2 x C.

Проблема с этой базовой нестабильной конфигурацией генератора 555 заключается в том, что рабочий цикл, отношение «метка к промежутку» никогда не опускается ниже 50%, поскольку наличие резистора R2 предотвращает это. Другими словами, мы не можем сделать время включения выходов короче, чем время выключения, так как (R1 + R2) C всегда будет больше, чем значение R1 x C.Одним из способов решения этой проблемы является подключение диода обхода сигнала параллельно резистору R2, как показано ниже.

Улучшенный рабочий цикл генератора 555

При подключении этого диода, D1 между входом триггера и входом разряда , конденсатор синхронизации теперь будет заряжаться напрямую только через резистор R1, поскольку резистор R2 эффективно закорочен диодом. Конденсатор нормально разряжается через резистор R2.

Дополнительный диод D2 может быть подключен последовательно с разрядным резистором R2, если требуется, чтобы синхронизирующий конденсатор заряжался только через D1, а не через параллельный путь R2.Это связано с тем, что во время процесса зарядки диод D2 подключен с обратным смещением, блокируя прохождение тока через себя.

Теперь предыдущее время зарядки t ₁ = 0,693 (R1 + R2) C изменено с учетом этой новой схемы зарядки и дается как: 0,693 (R1 x C). Поэтому рабочий цикл задается как D = R1 / (R1 + R2). Тогда для создания рабочего цикла менее 50% резистор R1 должен быть меньше резистора R2.

Хотя предыдущая схема улучшает рабочий цикл выходного сигнала за счет зарядки синхронизирующего конденсатора C1 через комбинацию R1 + D1 и затем разряжает его через комбинацию D2 + R2, проблема с этой схемой заключается в том, что схема генератора 555 использует дополнительные компоненты, т.е.е. два диода.

Мы можем улучшить эту идею и очень легко получить фиксированную прямоугольную форму выходного сигнала с точным коэффициентом заполнения 50% и без необходимости в каких-либо дополнительных диодах, просто переместив положение зарядного резистора R2 на выход (контакт 3). как показано.

Генератор с нестабильным рабочим циклом 50%

Генератор 555 теперь производит 50% рабочего цикла в качестве синхронизирующего конденсатора, C1 теперь заряжается и разряжается через тот же резистор R2, а не разряжается через вывод 7 разряда таймера, как раньше.Когда на выходе генератора 555 высокий уровень, конденсатор заряжается через R2, а когда на выходе низкий уровень, он разряжается через R2. Резистор R1 используется для обеспечения полной зарядки конденсатора до того же значения, что и напряжение питания.

Однако, поскольку конденсатор заряжается и разряжается через один и тот же резистор, приведенное выше уравнение для выходной частоты колебаний должно быть немного изменено, чтобы отразить это изменение схемы. Тогда новое уравнение для 50% нестабильного осциллятора 555 дается как:

Уравнение частоты рабочего цикла 50%

Обратите внимание, что резистор R1 должен быть достаточно высоким, чтобы гарантировать, что он не мешает зарядке конденсатора для обеспечения требуемого рабочего цикла 50%.Также изменяя значение конденсатора синхронизации, C1 изменяет частоту колебаний нестабильной цепи.

Применение осциллятора 555

Ранее мы говорили, что максимальный выход для потребления или источника тока нагрузки через контакт 3 составляет около 200 мА, и этого значения более чем достаточно для управления или переключения других логических ИС, нескольких светодиодов или небольшой лампы и т. Д., И что нам понадобится использовать биполярный транзистор или полевой МОП-транзистор для усиления выходного сигнала 555 для управления большими токовыми нагрузками, такими как двигатель или реле.

Но осциллятор 555 может также использоваться в широком диапазоне схем и приложений генератора сигналов, которые требуют очень небольшого выходного тока, например, в электронном испытательном оборудовании для создания всего диапазона различных выходных тестовых частот.

Модель 555 также может использоваться для создания очень точных синусоидальных, прямоугольных и импульсных сигналов или в качестве светодиодных или ламповых мигалок и диммеров для простых схем создания шума, таких как метрономы, генераторы тонов и звуковых эффектов и даже музыкальные игрушки для Рождества.

Мы могли бы очень легко построить простую схему генератора 555 для мигания нескольких светодиодов «ВКЛ» и «ВЫКЛ», подобных показанному, или для создания высокочастотного шума из громкоговорителя. Но один очень хороший и простой в реализации научный проект с использованием нестабильного осциллятора 555 — это электронный метроном.

Метрономы — это устройства, используемые для отметки времени в музыкальных произведениях путем воспроизведения регулярных и повторяющихся музыкальных ритмов или щелчков. Простой электронный метроном может быть создан с использованием генератора 555 в качестве основного устройства отсчета времени, и путем регулировки выходной частоты генератора можно установить темп или «количество ударов в минуту».

Так, например, темп 60 ударов в минуту означает, что один удар будет происходить каждую секунду, а с точки зрения электроники это соответствует 1 Гц. Таким образом, используя некоторые очень распространенные музыкальные определения, мы можем легко построить таблицу различных частот, необходимых для нашей схемы метронома, как показано ниже.

Таблица частот метронома

Диапазон выходной частоты метронома был просто рассчитан как величина, обратная 1 минуте или 60 секундам, деленная на необходимое количество ударов в минуту, например (1 / (60 секунд / 90 ударов в минуту) = 1.5 Гц) и 120 ударов в минуту эквивалентны 2 Гц и так далее. Таким образом, используя наше теперь знакомое уравнение выше для расчета выходной частоты нестабильной схемы генератора 555, можно найти отдельные значения R1, R2 и C.

Период времени выходного сигнала для нестабильного осциллятора 555 задается как:

Для нашей схемы электронного метронома значение резистора синхронизации R1 можно найти, изменив приведенное выше уравнение, чтобы получить:

При значении резистора R2 = 1 кОм и конденсатора C = 10 мкФ значение резистора синхронизации R1 для нашего частотного диапазона дается от 142 кОм при 60 ударах в минуту до 46 к 1 Ом при 180 ударах в минуту, поэтому переменный резистор (потенциометр) 150 кОм будет более чем достаточно для схемы метронома, чтобы воспроизвести полный диапазон требуемых ударов и даже больше.Тогда последняя схема для нашего примера электронного метронома будет иметь вид:

555 Электронный метроном

Эта простая схема метронома демонстрирует только один простой способ использования генератора 555 для создания слышимого звука или ноты. Он использует потенциометр 150 кОм для управления всем диапазоном выходных импульсов или ударов, и, поскольку он имеет значение 150 кОм, его можно легко откалибровать, чтобы получить эквивалентное процентное значение, соответствующее положению потенциометра.Например, 60 ударов в минуту равны 142,3 кОм или 95% вращения.

Аналогичным образом, 120 ударов в минуту равны 70,1 кОм или 47% вращения и т. Д. Дополнительные резисторы или подстроечные резисторы могут быть подключены последовательно с потенциометром, чтобы предварительно установить верхний и нижний пределы выходов на заданные значения, но эти дополнительные компоненты должны быть необходимо учитывать при расчете выходной частоты или периода времени.

Хотя приведенная выше схема представляет собой очень простой и забавный пример генерации звука, можно использовать осциллятор 555 в качестве генератора / синтезатора шума или для создания музыкальных звуков, тонов и сигналов тревоги путем создания частотно-регулируемого генератора. генератор сигналов отношения метка / пространство.

В этом руководстве мы использовали только одну схему генератора 555 для создания звука, но путем каскадирования вместе двух или более микросхем генератора 555 можно создать различные схемы для создания целого ряда музыкальных и звуковых эффектов. Одной из таких новинок является сирена полицейской машины «Ди-Да», представленная в примере ниже.

555 Генератор полицейской сирены «Ди-Да»

Схема имитирует звуковой сигнал тревоги, имитирующий звук полицейской сирены.IC1 подключен как несимметричный нестабильный мультивибратор с частотой 2 Гц, который используется для частотной модуляции IC2 через резистор 10 кОм. Выходной сигнал IC2 симметрично чередуется между 300 Гц и 660 Гц, что занимает 0,5 секунды для завершения каждого цикла чередования.

555 Таймер Math | Блог Математических встреч

Цитата дня

При тяжелой работе можно схватить трудный материал.Постепенно новичок может стать мастером.

— Джошуа Вайцкин. Чемпион мира по тайцзи, герой книги «В поисках Бобби Фишера». Он работает с Khan Academy, чтобы продвигать обучение через упорный труд.

Введение

Рисунок 1: Classic 555 в 8-контактном DIP-корпусе.

Я никогда не использовал таймер 555 для домашнего проекта, и теперь у меня есть несколько приложений для этого удобного устройства в моей хижине в Северной Миннесоте. Я думал, что расскажу о некоторых основах в этом посте.Конечно, этот материал рассматривается в других местах, но мне нужно проработать все детали самому, чтобы действительно понять часть. Мне нравится документировать здесь свое обучение, чтобы другие могли поделиться им — и помочь мне найти любые ошибки в моей работе.

Впервые я столкнулся с 555, когда учился в университете в 1970-х. Энг Хойм, отец очень хорошего друга, сконструировал очень впечатляющий электронный орган, используя банк из 555 таймеров. На рисунке 1 показан NE555 в варианте DIP — именно таким я его впервые увидел.Мне всегда было интересно зайти к нему в подвал и посмотреть все, что он строил. У его старшего сына тоже была старая система Altair 8800. Это был мой первый контакт с микроконтроллерами. Их страсть к электронике зажгла во мне огонь к электронике — страсть, которая сегодня еще больше.

Фон

Область применения

У этой детали огромный диапазон применений. В моем посте я расскажу об использовании таймера 555 в базовой нестабильной конфигурации мультивибратора.Для моего применения в кабине требуется низкочастотный генератор (27 кГц), который не должен быть очень стабильным. 555 идеально подходит для этого типа приложений.

Моя цель для этого сообщения в блоге:

• Выведите выражение для частоты таймера 555, когда он используется в качестве нестабильного генератора.
• Выведите выражение для рабочего цикла выхода таймера 555 при работе в качестве нестабильного генератора.
• Создайте процедуру Mathcad для поиска значений компонентов, которые одновременно соответствуют моим требованиям к рабочему циклу и частоте.

Некоторые определения

Давайте определим несколько терминов, которые я буду использовать.

Рабочий цикл ( DC )

Рабочий цикл — это процент от одного периода, в течение которого сигнал активен. В моем случае активный означает, что V _Out = ~ V _CC .

Постоянная времени ( τ )

Постоянная времени — это параметр, характеризующий реакцию на ступенчатый вход линейной инвариантной во времени системы первого порядка (LTI).Физически константа представляет собой время, за которое ступенчатая реакция системы достигает своего конечного (асимптотического) значения. Для такой RC-системы.

Пороговое напряжение ( В _Порог )

Как я использую здесь термин, пороговое напряжение — это напряжение, при котором компаратор переключается.

Блок-схема

На рис. 1 показана блок-схема модели 555, которую я извлек из Википедии и немного изменил.

Рисунок 2: Блок-схема таймера 555

Мы можем почерпнуть много информации из рисунка 2.Выделю несколько:

• Компараторы смещены с помощью резисторов 3,5 кОм.

  Я слышал, что эти три резистора 5 кОм являются источником названия «555».

• Контакт CONT позволяет напрямую управлять верхним порогом компаратора.

  Вы не можете независимо контролировать нижний порог компаратора, но вы можете использовать резистивный делитель на выводе THRESH, чтобы получить аналогичный контроль.

• Входы двух компараторов настроены по-разному.

  Верхний компаратор настроен на сброс внутреннего триггера, когда вывод THRESH превышает порог высокого уровня. Нижний компаратор настроен на установку внутреннего триггера, когда вывод TRIG меньше порога высокого уровня.

Удивительно, насколько гибкой оказалась эта простая архитектура. Я видел сотни различных приложений для этой простой части.

Базовая нестабильная работа

На рис. 3 показан таймер 555, подключенный в стандартной нестабильной конфигурации (Источник).

Рисунок 3: Стандартная нестабильная конфигурация 555.

Частота сигнала OUT устанавливается временем заряда и разряда схемы RC: R ₁ , R ₂ , и C . Зарядка C осуществляется с помощью R ₁ и R ₂ . Разряд C осуществляется штифтом DIS (DISCH на рисунке 2), используя только R ₂ . На время разряда влияет только R ₂ , потому что вывод DIS перейдет на 0 В во время цикла разряда.Это изолирует R ₁ от остальной цепи.

Схема на Рисунке 3 всегда будет иметь рабочий цикл более 50%. Вы можете понять это, заметив, что OUT = «1» (высокое напряжение), когда R ₁ и R ₂ заряжают C от низкого порогового уровня до высокого порогового уровня. OUT = «0» (низкое напряжение), когда C разряжается от верхнего порога до нижнего порога через R ₂ .Постоянная времени заряда всегда больше постоянной времени разряда, поэтому время «1» всегда больше, чем время «0». Это эквивалентно тому, что рабочий цикл всегда превышает 50%. Я включаю сюда более формальный вывод.

Существует альтернативная схема, обеспечивающая выходную нагрузку 50%. Обратите внимание, что эта схема использует вывод OUT для разряда C , а не вывод DIS. Таким образом, одно и то же сопротивление резистора используется как для зарядки, так и для разрядки.Недостатком этой схемы является то, что выходной ток привода должен быть разделен между схемой синхронизации и внешней нагрузкой. Это не очень хорошо для некоторых приложений, потому что внешняя нагрузка может значительно изменить частоту колебаний схемы.

Базовое моделирование RC-цепей

Напряжение на конденсаторе в RC-цепи можно смоделировать с помощью уравнения 1.

где

• v _C (t) — напряжение на конденсаторе в зависимости от времени.
• В _{Начальное} — напряжение на конденсаторе при t = 0.
• V _Final — напряжение на конденсаторе при t = ∞.
• R — сопротивление резистора, заряжающего конденсатор.
• C — емкость заряжаемого конденсатора.

Для получения информации см. Эту книгу.

Анализ

Частота колебаний

Вы можете определить частоту колебаний, применив уравнение 1 для определения времени нарастания и спада напряжения на конденсаторе C на рисунке 3.На рисунке 4 показаны мои расчеты.

Рисунок 4: Вывод формулы частоты.

Рабочий цикл

В моем конкретном приложении требуется, чтобы выход 555 имел определенный рабочий цикл. Мы можем вычислить рабочий цикл из схемы на Рисунке 3, используя формулу, показанную на Рисунке 5.

Рисунок 5: Вывод уравнения рабочего цикла.

Значения резисторов с точки зрения частоты, рабочего цикла и емкости конденсатора.

Я могу использовать формулы, представленные на рисунках 4 и 5, для вычисления значений для R ₁ и R ₂ с точки зрения частоты генератора, рабочего цикла и значения емкости.Вывод показан на рисунке 6.

Для тех, кому требуется более подробная информация, я предоставлю еще один пример и реализацию этих формул в виде электронной таблицы в разделе комментариев к этому сообщению.

Рисунок 6: Вывод выражений для номиналов резисторов.

Проверка против моделирования

Чтобы проверить свои уравнения, я смоделировал схему из своего примера с помощью LTSpice. На рисунке 7 показана смоделированная мной схема.

Рисунок 7: Схема нестабильной цепи в LTSpice.

На рисунке 8 показана форма выходного сигнала схемы, показанной на рисунке 7.

Рисунок 8: Форма выходного сигнала от 555 в нестабильной конфигурации.

На рис. 9 показан анализ ошибок моих измеренных значений на основе моих теоретических предсказаний.

Рисунок 9: Анализ ошибок.

Я считаю эти ошибки довольно типичными, учитывая предположения моделирования.

Заключение

Я бы сказал, что большинство из 555 схем используют ту или иную форму нестабильной конфигурации. Для меня было полезным упражнением разработать уравнения, которые позволят мне вычислить требуемые значения резистора для заданной частоты колебаний, значения емкости и рабочего цикла.

Приложение A

На рис. 10 показана нестабильная схема модели 555 с рабочим циклом 50% (источник — первоклассная веб-страница о модели 555).

Рисунок 10: Цепь 555 с рабочим циклом 50%.

Как я уже упоминал выше, я не могу часто использовать эту схему, потому что я предпочитаю держать схему нагрузки отдельно от схемы синхронизации. Это делает частоту схемы более предсказуемой.

Сохранить

Калькулятор таймера 555, Моностабильный калькулятор, Калькулятор Astable

Калькулятор таймера 555-Моностабильный калькулятор, Калькулятор Astable

Эта страница охватывает калькулятор с таймером 555 , включая моностабильный калькулятор и нестабильный калькулятор.В моностабильном режиме калькулятор таймера 555 вычисляет ширину импульса, а в нестабильном режиме калькулятор таймера 555 вычисляет частоту и период.

555 таймер-калькулятор | 555 таймер моностабильный калькулятор

Как уже упоминалось, этот моностабильный калькулятор с таймером 555 используется для расчета ширины импульса на основе входов R и C.

ПРИМЕР №1 Вычислитель таймера 555 в моностабильном режиме:
ВХОДЫ: R = 10 кОм, C = 47 мкФарад,
ВЫХОД: ширина выходного импульса, Tp = 0,517 с

Калькулятор таймера 555 в моностабильном режиме по формуле или уравнениям

Следующие уравнения или формулы используются для калькулятора таймера 555 в моностабильном режиме.

Впервые представленный Signetics Corporation как SE555 / NE555 около 1971 года.

Соединения и функции контактов: (основные схемы см. На схеме ниже)

Контакт 1 (Земля) - контакт заземления (или общий) является наиболее отрицательным потенциалом питания.
                    устройства, которое обычно подключается к общей цепи, когда
                    работает от положительного напряжения питания.Контакт 2 (триггер) - этот контакт является входом, который заставляет выход повышаться и начинаться.
                    временной цикл. Запуск происходит при перемещении триггерного входа
                    от напряжения выше 2/3 напряжения питания до напряжения ниже
                    1/3 предложения. Например, при питании от источника 12 В триггер
                    входное напряжение должно начинаться с 8 вольт и снижаться до
                    напряжение ниже 4 вольт, чтобы начать отсчет времени.Действие
                    чувствительный к уровню, и напряжение срабатывания может двигаться очень медленно. К
                    Избегайте повторного срабатывания, напряжение срабатывания должно вернуться к значению
                    более 1/3 предложения до конца временного цикла в
                    моностабильный режим. Входной ток триггера составляет около 0,5 мкА.

Контакт 3 (выход) - выходной контакт 555 переходит на высокий уровень на 1,7 вольт меньше
                    чем напряжение питания в начале цикла отсчета времени.Выход
                    возвращается к низкому уровню около 0 в конце цикла. Максимум
                    ток на выходе на низком или высоком уровне
                    примерно 200 мА.

Контакт 4 (сброс): - Низкий логический уровень на этом контакте сбрасывает таймер и возвращает
                    выход в низкое состояние. Обычно он подключается к + питанию.
                    линия, если не используется.

Контакт 5 (Control) - этот контакт позволяет изменять напряжение срабатывания и пороговое напряжение.
                    приложение внешнего напряжения.Когда таймер работает в
                    нестабильный или колебательный режим, этот вход может использоваться для изменения или
                    частотно модулируйте выход. Если не используется, рекомендуется
                    установка небольшого конденсатора между выводом 5 и землей, чтобы избежать
                    возможны ложные или беспорядочные срабатывания из-за шумовых воздействий.

Вывод 6 (порог) - вывод 6 используется для сброса защелки и перехода на низкий уровень на выходе.
                    Сброс происходит, когда напряжение на этом контакте переходит от напряжения
                    ниже 1/3 напряжения питания до напряжения выше 2/3 напряжения питания.Действие чувствительно к уровню и может двигаться медленно, как
                    триггерное напряжение.

Контакт 7 (разряд) - этот контакт представляет собой выход с открытым коллектором, который находится в фазе с
                    основной выход на контакте 3 и имеет аналогичную пропускную способность.

Контакт 8 (V +) - это положительный вывод напряжения питания микросхемы таймера 555.
                    Рабочий диапазон напряжения питания от +4,5 В (минимум) до +16
                    вольт (максимум).Контакты для 556, который является двойным таймером 555 (2 в одном корпусе), являются
показано в таблице ниже. Например, два выхода для двух таймеров модели 556:
на контактах 5 и 9, которые соответствуют выходному контакту 3 модуля 555.

                            555 556 таймер # 1 таймер # 2
            -------------------------------------------------- -----
              Земля 1 7 7
              Триггер 2 6 8
              Результат 3 5 9
              Сброс 4 4 10
              Контроль 5 3 11
              Порог 6 2 12
              Разряд 7 1 13
              + Мощность Vcc 8 14 14
            -------------------------------------------------- -----

На схемах ниже показаны две основные схемы таймера 555.