IC 555 Oszillator-, Alarm- und Sirenenschaltungen

In diesem Beitrag erfahren Sie, wie Sie grundlegende IC 555-Oszillatorschaltungen erstellen und optimieren, deren Wellenformen weiter verbessert werden können, um komplexe Soundeffekte wie Warble-Alarm, Polizeisirene, Rotalarm, Star-Trek-Alarm usw. zu erzeugen.

Überblick

Der Grundmodus, der normalerweise zur Herstellung von IC 555-Oszillatoren verwendet wird, ist der Astable-Circuit-Modus.

Wenn wir uns die unten gezeigte stabile Schaltung ansehen, dann wir Finde die Pinbelegung auf folgende Weise verbunden:

• Trigger-Pin 2 mit Schwellen-Pin 6 kurzgeschlossen.
• Ein Widerstand R2 ist zwischen Pin 2 und dem Entladestift 7 angeschlossen.

In diesem Modus lädt sich der Kondensator C1 beim Anlegen von Strom exponentiell über die Widerstände R1 und R2 auf. Wenn der Ladepegel auf 2/3 der Versorgungsspannung ansteigt, wird der Entladestift 7 niedrig. Aus diesem Grund beginnt C1 nun exponentiell zu entladen und sendet einen Trigger an Pin 2, wenn der Entladungspegel auf 1/3 Versorgungspegel abfällt.

In diesem Fall wird Pin 7 wieder hoch und leitet den Ladevorgang am Kondensator ein, bis der 2/3 Versorgungspegel eingelesen ist. Der Zyklus setzt sich unendlich fort und stellt den astabilen Modus der Schaltung her.

Das obige Arbeiten des Astables führt dazu, dass zwei Arten von Schwingungen über C1 und über den Ausgangspin 3 des IC auftreten. Über C1 erzeugt der exponentielle Anstieg und Abfall der Spannung eine Sägezahnfrequenz.

Das interne Flip-Flop reagiert auf diese Sägezahnfrequenz und wandelt sich dann am Ausgangspin 3 des IC in rechteckige Wellen um. Dies liefert uns die erforderlichen Rechteckwellenschwingungen am Ausgang des IC-Pins 3.

Da die Schwingungsfrequenz vollständig von R1, R2 und C1 abhängt, kann der Benutzer die Werte dieser Komponenten ändern, um beliebige Werte für die EIN-AUS-Perioden der Schwingungsfrequenzen zu erhalten, was auch als PWM-Steuerung oder Arbeitszyklussteuerung bezeichnet wird .

Die obige Grafik zeigt die Beziehung zwischen R1 und C1.

R2 wird hier ignoriert, da sein Wert im Vergleich zu R2 vernachlässigbar klein ist.

Grundlegende Rechteckwellenoszillatorschaltung mit IC 555

Aus der obigen Diskussion haben wir gelernt, wie ein IC 555 in seinem astabilen Modus verwendet werden kann, um eine grundlegende Rechteckwellenoszillatorschaltung zu erzeugen.

Die Konfiguration ermöglicht es dem Benutzer, die Werte von R1 und R2 von 1K bis zu vielen Mega-Ohm zu variieren, um einen großen Bereich wählbarer Frequenzen und Arbeitszyklen am Ausgangspin 3 zu erhalten.

Es ist jedoch zu beachten, dass der R1-Wert nicht zu klein sein sollte, da der effektive Stromverbrauch der Schaltung durch R1 bestimmt wird. Dies geschieht, weil während jedes C1-Entladevorgangs Pin 7 das Erdpotential erreicht, das R1 direkt über der positiven und der Erdungsleitung unterliegt. Wenn sein Wert niedrig ist, kann es zu einer erheblichen Stromaufnahme kommen, was den Gesamtverbrauch der Schaltung erhöht.

R1 und R2 bestimmen auch die Breite der an Pin 3 des IC erzeugten Schwingungsimpulse. R2 kann speziell zur Steuerung des Mark / Space-Verhältnisses der Ausgangsimpulse verwendet werden.

Für die verschiedenen Formeln zur Berechnung des Arbeitszyklus, der Frequenz und der PWM eines IC 555-Oszillators (astabil) kann in diesem Artikel studiert werden .

Oszillator mit variabler Frequenz unter Verwendung des IC 555

Die oben erläuterte astabile Schaltung kann mit einer variablen Einrichtung aufgerüstet werden, die es dem Benutzer ermöglicht, die PWM und auch die Frequenz der Schaltung nach Wunsch zu variieren. Dies erfolgt einfach durch Hinzufügen eines Potentiometers in Reihe mit dem Widerstand R2, wie unten gezeigt. Der Wert von R2 muss im Vergleich zum Topfwert klein sein.

In der obigen Einstellung kann die Schwingungsfrequenz durch die angegebenen Topfvariationen von 650 Hz bis 7,2 kHz variiert werden. Dieser Bereich kann durch Hinzufügen eines Schalters zur Auswahl verschiedener Werte für C1 noch weiter vergrößert und erweitert werden, da C1 auch direkt für die Einstellung der Ausgangsfrequenz verantwortlich ist.

Variable PWM-Oszillatorschaltungen mit IC 555

Die obige Abbildung zeigt, wie a Variable Mark Space Ratio Einrichtung kann über ein paar Dioden und ein Potentiometer zu jeder stabilen Oszillatorschaltung des IC 555 hinzugefügt werden.

Die Funktion ermöglicht es dem Benutzer, jede gewünschte PWM oder einstellbare EIN-AUS-Perioden für die Schwingungen am Ausgangspin 3 des IC zu erhalten.

Im Diagramm auf der linken Seite lädt das Netzwerk mit R1, D1 und dem Topf R3 abwechselnd C1 auf, während der Topf R4, D2 und R2 abwechselnd den Kondensator C1 entladen.

R2 und R4 bestimmen die Lade- / Entladerate von C1 und können geeignet eingestellt werden, um das gewünschte EIN / AUS-Verhältnis für die Ausgangsfrequenz zu erhalten.

Das Diagramm auf der rechten Seite zeigt die Position von R3, die in Reihe mit R1 verschoben ist. In dieser Konfiguration wird die Ladezeit von C1 durch D1 und seinen Vorwiderstand festgelegt, während der Poti nur die Steuerung der Entladezeit von C1 ermöglicht, daher die AUS-Zeit der Ausgangsimpulse. Der andere Poti R3 hilft im Wesentlichen dabei, die Frequenz des Ausgangs anstelle der PWM zu ändern.

Alternativ kann es, wie in den obigen Figuren gezeigt, auch möglich sein, den IC 555 im astabilen Modus anzuschließen, um das Markierungs / Raum-Verhältnis (EIN-Zeit / AUS-Zeit) diskret einzustellen, ohne die Oszillationsfrequenz zu beeinflussen.

In diesen Konfigurationen nimmt die Länge der Impulse von Natur aus zu, wenn das Raumintervall verringert wird, und umgekehrt.

Aufgrund dessen bleibt die Gesamtperiode jedes Rechteckwellenzyklus konstant.

Das Hauptmerkmal dieser Schaltungen ist das variable Tastverhältnis, das mit Hilfe des gegebenen Potentiometers R3 von 1% bis 99% variiert werden kann.

In der linken Abbildung wird C1 abwechselnd über R1, die obere Hälfte von R3 und D1 geladen, während es über D2, R2 und die untere Hälfte des Potentiometers R3 entladen wird. In der Abbildung auf der rechten Seite wird C1 abwechselnd über R1 und D1 und die rechte Hälfte des Potentiometers R3 geladen und über das Potentiometer R3, D2 und R2 in der linken Hälfte entladen.

In beiden obigen Astabilitäten stellt der Wert von C1 die Schwingungsfrequenz auf ungefähr 1,2 kHz ein.

So unterbrechen oder starten / stoppen Sie die IC Astable Oscillator-Funktion mit der Drucktaste

Sie können einen astabilen IC 555-Oszillator auf einfache Weise ein- und ausschalten.

Dies kann über Drucktasten oder über ein elektronisches Eingangssignal erfolgen.

In der obigen Abbildung ist Pin 4, der der Reset-Pin des IC ist, über R3 geerdet, und ein Push-to-ON-Schalter ist über die positive Versorgungsleitung angeschlossen.

Pin 4 des IC 555 benötigt mindestens 0,7 V, um vorgespannt zu bleiben und die IC-Funktion aktiviert zu halten. Durch Drücken der Taste wird die IC-Astable-Oszillator-Funktion aktiviert, während durch Loslassen des Schalters die Vorspannung von Pin 4 entfernt wird und die IC-Funktion deaktiviert wird.

Dies kann auch durch ein externes positives Signal an Pin 4 implementiert werden, wobei der Schalter entfernt und R3 unverändert angeschlossen ist.

Bei der anderen Alternative, wie oben gezeigt, ist Pin 4 des IC über R3 und die positive Versorgung permanent vorgespannt. Hier ist der Druckknopf über Pin 4 und Masse geschaltet. Dies bedeutet, dass beim Drücken des Druckknopfs die Rechteckwellen des IC-Ausgangs deaktiviert werden und der Ausgang 0 V dreht.

Durch Loslassen des Druckknopfs wird die Erzeugung der stabilen Rechteckwellen normalerweise über Pin 3 des IC gestartet.

Das gleiche kann durch ein extern angelegtes negatives Signal oder ein 0-V-Signal an Pin 4 mit angeschlossenem R3 erreicht werden.

Verwenden von Pin 2 zur Steuerung der astabilen Frequenz

In unseren früheren Diskussionen haben wir gelernt, wie die Impulserzeugung eines IC 555 über Pin 4 gesteuert werden kann.

Nun werden wir sehen, wie dasselbe durch Pin 2 des IC erreicht werden kann, wie oben gezeigt.

Wenn S1 gedrückt wird, wird Pin 2 plötzlich mit einem Erdpotential angelegt, wodurch die Spannung an C1 unter 1/3 Vcc fällt. Da wir wissen, dass, wenn die Spannung von Pin 2 oder der Ladepegel über C1 unter 1/3 Vcc gehalten wird, der Ausgangspin 3 permanent hoch geht.

Daher bewirkt das Drücken von S1 einen Spannungsabfall an C1 unter 1/3 Vcc, wodurch der Ausgangspin 3 gezwungen wird, hoch zu gehen, solange S1 gedrückt bleibt. Dies verhindert das normale Arbeiten von stabilen Schwingungen. Wenn der Druckknopf losgelassen wird, wird die Astbale-Funktion wieder auf den normalen Zustand zurückgesetzt. Die Wellenform auf der rechten Seite bestätigt die Reaktion von Pin 3 auf das Drücken des Druckknopfs.

Der obige Betrieb kann ebenfalls unter Verwendung einer externen digitalen Schaltung durch die Diode D1 gesteuert werden. Eine negative Logik an der Kathode der Diode löst die obigen Aktionen aus, während eine positive Logik keine Wirkung hat und es den Funktionen des Astable ermöglicht, seine normale Arbeitsweise wiederherzustellen.

So modulieren Sie den Oszillator IC 555

Pin 5, der Steuereingang des IC 555, ist eine der wichtigen und nützlichen Pinbelegungen des IC. Dies erleichtert dem Benutzer das Modulieren der Ausgangsfrequenz des IC, indem einfach ein einstellbarer Gleichstrompegel an Pin 5 angelegt wird.

Ein ansteigendes Gleichstrompotential bewirkt, dass die Impulsbreite der Ausgangsfrequenz proportional zunimmt, während ein Verringern des Gleichstrompotentials dazu führt, dass die Frequenzimpulsbreite proportional enger wird. Diese Potentiale sollten streng innerhalb des 0V- und des vollen Vcc-Pegels liegen.

In der obigen Abbildung erzeugt das Einstellen des Topfes an Pin 5 ein variierendes Potential, wodurch sich die Ausgangsimpulsbreite der Schwingungsfrequenz entsprechend ändert.

Da die Modulation bewirkt, dass sich die Ausgangsimpulsbreite ändert, wirkt sich dies auch auf die Frequenz aus, da C1 gezwungen ist, seine Lade- / Entladeperioden abhängig von der Topfeinstellung zu ändern.

Wenn ein variierender Wechselstrom mit einer Amplitude zwischen 0 V und Vcc an Pin 5 angelegt wird, folgt die Ausgangs-PWM oder Impulsbreite auch der variierenden Wechselstromamplitude, wodurch ein kontinuierlicher Zug von sich verbreiternden und verengenden Impulsen an Pin 3 erzeugt wird.

Ein Wechselstromsignal kann auch für die Modulation verwendet werden, indem einfach Pin 5 über einen 10-uF-Kondensator mit einem externen Wechselstrom integriert wird.

Erstellen von Alarmen und Sirenen mit IC 555

Die vielseitige astabile Oszillatorkonfiguration des IC 555 ermöglicht die Implementierung für die Herstellung verschiedener Arten von Sirenen und Alarmschaltungen. Dies wird möglich, weil ein Astable im Grunde ein Wellenformgenerator ist und angepasst werden kann, um verschiedene Arten von Schallwellenformen zu erzeugen, die Alarm- und Sirenengeräuschen ähneln.

In der obigen Abbildung sehen wir den IC 555 als monotone Frequenz mit 800 Hz konfiguriert Alarmschaltung .

Der Lautsprecher kann aufgrund des Strombegrenzungswiderstands Rx einen beliebigen Impedanzwert haben. Ein sicherer Wert könnte bei 70 Ohm 1 Watt liegen.

Um eine Hochleistungs-Dauertonalarmschaltung herzustellen, aktualisieren wir die obige Schaltung durch einen Leistungstransistortreiber Q1 und einen leistungsstärkeren Lautsprecher, wie unten gezeigt:

Da das Design möglicherweise ein hohes Maß an Welligkeitsspannung erzeugt, sind D1 und C3 enthalten, um die Welligkeitsstörung der Funktion des IC 555 zu verhindern.

Die Dioden D2 und D3 sind enthalten, um die von der Lautsprecherspule erzeugten induktiven Schaltspitzen zu neutralisieren und den Transistor Q1 vor Beschädigung zu schützen.

Gepulster IC 555-Alarmkreis

Der vorherige monotone 800-Hz-Alarm könnte durch Hinzufügen eines weiteren astabilen Multivibrators mit der Tongeneratorschaltung, wie unten gezeigt, in einen eindringlicheren gepulsten 800-Hz-Alarm umgewandelt werden.

Wir haben bereits untersucht, wie Pin 5 zur Steuerung der Impulsbreite des IC 555 verwendet werden kann.

Hier ist IC 2 als eine 1-Hz-Oszillatorschaltung konfiguriert, die bewirkt, dass Pin 5 von IC 1 abwechselnd mit einer Rate von 1 Hz niedrig wird. Dies führt wiederum dazu, dass sich die Impulsbreite von Pin 3 800 Hz in einem Ausmaß verringert, das Q1 fast ausschaltet. Dies erzeugt einen 1 Hz scharfen gepulsten Alarmeffekt auf dem Lautsprecher.

Warble He-Haw Alarmschaltung

Wenn Sie das vorherige Design in einen ohrenbetäubenden Warble-Alarm umwandeln möchten, können Sie dies tun, indem Sie einfach die D1-Diode durch einen 10-K-Widerstand ersetzen, wie in der obigen Abbildung dargestellt. Diese auch als He-Haw-Alarm bezeichneten Alarme werden häufig in europäischen Einsatzfahrzeugen eingesetzt.

Wir wissen, dass Pin 5 mit einem externen High / Low-Signal verwendet werden kann, um den Pin 3-Ausgang mit einer entsprechenden sich verbreiternden / verengenden Impulsbreite zu modulieren. Die abwechselnd hohe niedrige niedrige 1-Hz-Versorgung an Pin 5 von IC2 zwingt die Ausgangsspannung von Pin 3 von IC 1, eine sich symmetrisch ändernde Frequenz zu erzeugen, die von 500 Hz bis 440 Hz variiert. Dies bewirkt, dass der Lautsprecher den erforderlichen scharfen Warble-Alarmton mit hoher Lautstärke und einer Frequenz von 1 Hz erzeugt.

Eine Polizeisirene bauen

Der IC 555 kann auch verwendet werden, um eine perfekt imitierende Polizeisirenenschaltung herzustellen, wie oben gezeigt.

Die Schaltung ist so ausgelegt, dass sie das typische Wehklagen erzeugt, das üblicherweise bei Polizeisirenen zu hören ist.

Hier ist IC2 als Niederfrequenzoszillator mit einer Frequenz verbunden, die auf eine EIN-AUS-Rate von 6 Sekunden eingestellt ist.

Die langsame exponentielle Dreieckswellenrampe, die über ihrem C1 erzeugt wird, wird an der Basis von Q1 gespeist, die als konfiguriert ist Emitterfolger .

Die Frequenz von IC1 wird auf 500 Hz eingestellt, was zu seiner Mittenfrequenz wird.

Die langsam ansteigende und abfallende Rampe an der Basis von Q1 folgt an ihrem Emitter und moduliert Pin 5 von IC1. Die langsame Rampe verursacht abwechselnd Zyklen einer langsam ansteigenden Spannung für 3 Sekunden und einer langsam abfallenden Spannung für die 3 Sekunden an Pin 5. Aufgrund dieser Pin 3-Frequenz moduliert PWM auch entsprechend und erzeugt den klagenden Sirenen-Soundeffekt der Polizei.

Roter Alarm Star Trek Alarmkreis

Die letzte Schaltung in der Liste ist ein weiterer sehr interessanter Soundeffektgenerator, der den astabilen Oszillator IC 555 verwendet. Es handelt sich um den Rotalarm-Alarmgenerator, der aufgrund seiner häufigen Verwendung in der beliebten TV-Serie Star Trek auch als Star Trek-Alarm bezeichnet wird.

In der Regel wird der rote Alarmton mit einem Niederfrequenzton ausgelöst, der innerhalb einer kurzen Zeitspanne von etwa 1,15 Sekunden auf eine Hochfrequenznote ansteigt, 0,35 Sekunden lang abschaltet und erneut von einer Nieder- auf eine Hochfrequenz und den Zyklus ansteigt Löst weiterhin den Alarmton des Star Trek-Alarms aus.

Genau wie die vorherigen Alarm- und Sirenenschaltkreise wiederholt auch dieser Schaltkreis die Sequenz, solange er mit Strom versorgt wird.

Der IC 2 ist hier als nicht symmetrische Oszillatorschaltung konfiguriert. Der Kondensator C1 wird abwechselnd über die Elemente R1 und D1 geladen und abwechselnd über R2 entladen.

Dies erzeugt ein schnell ansteigendes und verblassendes Sägezahn-Plus über dem Kondensator C1. Dieses Rampensignal wird vom Emitterfolger gepuffert und über R7 als Modulationsspannung an den Steuereingangspin 5 von IC1 angelegt.

Aufgrund der Sägezahnnatur bewirkt diese Wellenform, dass die Ausgangsfrequenz von Pin 3 von IC1 für den langsam abfallenden Teil der Wellenform allmählich ansteigt und dann während des kollabierenden Teils der Wellenform schnell abfällt.

Während jedes abklingenden Abschnitts des Wellenformzyklus schaltet der entsprechende Rechteckimpuls von Pin 3 von IC2 Q2 sofort aus, was wiederum bewirkt, dass Pin2 von IC2 auf Low geht. Dies unterbricht den C2-Ausgang und den ansteigenden Ton am Lautsprecher, wodurch der eigentümliche rote Alarm-Star-Trek-Alarm-Soundeffekt entsteht.

Zurück zu dir

Nun, dies waren einige Hinweise zur Verwendung des IC 555 zum Erstellen nützlicher Alarm- und Sirenenoszillatorschaltungen. Haben Sie einen anderen interessanten Soundeffektgenerator mit IC 555? Wenn Sie dies tun, geben Sie bitte die Details hier an. Gerne nehmen wir sie in die obige Liste auf.