IC 555 Pinbelegung, astabile, monostabile, bistabile Schaltungen mit erkundeten Formeln

In diesem Beitrag wird die Funktionsweise des IC 555, seine grundlegenden Pinbelegungsdetails und die Konfiguration des IC in seinen Standard- oder gängigen astabilen, bistabilen und monostabilen Schaltungsmodi erläutert. In diesem Beitrag werden auch die verschiedenen Formeln zur Berechnung der IC 555-Parameter beschrieben.

Einführung

Unsere Hobbywelt wäre ohne IC 555 weniger interessant. Es wäre eines unserer ersten ICs in der Elektronik. In diesem Artikel werden wir auf die Geschichte des IC555, seine 3 Betriebsarten und einige seiner Spezifikationen zurückblicken.

IC 555 wurde 1971 von einer Firma namens 'Signetics' eingeführt, die von Hans R. Camenzind entworfen wurde. Es wird geschätzt, dass jedes Jahr etwa 1 Milliarde IC 555 hergestellt werden. Das ist ein IC 555 pro 7 Menschen auf der Welt.

Die Signetics Company gehört Philips Semiconductor. Wenn wir uns das interne Blockschaltbild des IC 555 ansehen, finden wir drei in Reihe geschaltete 5K-Ohm-Widerstände, um den Zeitfaktor zu bestimmen. Wahrscheinlich hat das Gerät daher seinen Namen IC 555-Timer erhalten. Einige Hypothesen behaupten jedoch, dass die Auswahl des Namens keine Beziehung zu den internen Komponenten des IC hat, sondern willkürlich ausgewählt wurde.

So funktioniert IC 555

Ein Standard-IC555 besteht aus 25 Transistoren, 15 Widerständen und 2 Dioden, die auf einem Siliziumchip integriert sind. Es gibt zwei Versionen des IC, nämlich einen militärischen und einen zivilen Timer der Klasse 555.

Der NE555 ist ein ziviler IC und hat einen Betriebstemperaturbereich von 0 bis +70 Grad Celsius. Der SE555 ist ein IC in Militärqualität und hat einen Betriebstemperaturbereich von -55 bis +125 Grad Celsius.

Dort finden Sie auch die CMOS-Version des Timers 7555 und TLC555 Diese verbrauchen im Vergleich zum Standard 555 weniger Strom und arbeiten mit weniger als 5 V.

Zeitgeber der CMOS-Version bestehen eher aus MOSFETs als aus einem Bipolartransistor, der effizient ist und weniger Strom verbraucht.

Pinbelegung und Arbeitsdetails des IC 555:

1. Pin 1 : Masse oder 0 V: Dies ist der negative Versorgungsstift des IC
2. Pin 2 : Trigger oder Eingang: Ein negativer momentaner Trigger an diesem Eingangspin bewirkt, dass der Ausgangspin3 auf HIGH geht. Dies geschieht durch schnelles Entladen des Zeitkondensators unterhalb des unteren Schwellenwerts von 1/3 Versorgungsspannung. Der Kondensator lädt sich dann langsam über den Zeitsteuerungswiderstand auf, und wenn er über den 2/3 Versorgungspegel steigt, wird Pin3 wieder LOW. Dieses EIN / AUS-Umschalten erfolgt durch einen internen FLIP-FLOP Bühne.
3. Pin 3 : Ausgang: Es ist der Ausgang, der auf die Eingangspins reagiert, indem er entweder hoch oder niedrig geht oder indem er EIN / AUS oszilliert
4. Pin 4 : Reset: Dies ist der Reset-Pin, der für den normalen Betrieb des IC immer mit der positiven Versorgung verbunden ist. Bei geerdeter Erdung wird der IC-Ausgang vorübergehend in seine Ausgangsposition zurückgesetzt. Wenn er dauerhaft mit Masse verbunden ist, bleiben die IC-Vorgänge deaktiviert.
5. Pin 5 : Steuerung: An diesen Pin kann ein externes variables Gleichstrompotential angelegt werden, um die Impulsbreite von Pin3 zu steuern oder zu modulieren und eine gesteuerte PWM zu erzeugen.
6. Pin 6 : Threshold: Dies ist der Schwellenwert-Pin, der bewirkt, dass der Ausgang auf LOW (0 V) geht, sobald die Zeitkondensatorladung den oberen Schwellenwert der 2/3 Versorgungsspannung erreicht.
7. Pin 7 : Entladung: Dies ist der Entladestift, der vom internen Flip-Flop gesteuert wird und den Zeitsteuerungskondensator zum Entladen zwingt, sobald er den 2/3-Versorgungsspannungsschwellenwert erreicht hat.
8. Pin 8 : Vcc: Es ist der positive Versorgungseingang zwischen 5 V und 15 V.

3 Timer-Modi:

1. Bistabiler oder Schmitt-Trigger
2. Monostabil oder ein Schuss
3. Astable

Bistabiler Modus:

Wenn der IC555 im bistabilen Modus konfiguriert ist, funktioniert er als einfaches Flip-Flop. Mit anderen Worten, wenn der Eingangstrigger gegeben ist, schaltet er den Ausgangszustand EIN oder AUS.

Normalerweise sind in dieser Betriebsart # Pin2 und # Pin4 mit Pull-Up-Widerständen verbunden.

Wenn der # Pin2 für kurze Zeit geerdet ist, wird der Ausgang an # Pin3 hoch, um den Ausgang zurückzusetzen, # Pin4 wird kurzzeitig gegen Masse kurzgeschlossen, und dann wird der Ausgang niedrig.

Hier ist kein Zeitkondensator erforderlich, es wird jedoch empfohlen, einen Kondensator (0,01 uF bis 0,1 uF) über # Pin5 und Masse anzuschließen. # pin7 und # pin6 können in dieser Konfiguration nicht verbunden werden.

Hier ist eine einfache bistabile Schaltung:

Wenn die Einstelltaste gedrückt wird, geht der Ausgang auf High und wenn die Reset-Taste gedrückt wird, geht der Ausgang auf Low. R1 und R2 können 10 kOhm sein, der Kondensator kann irgendwo zwischen dem angegebenen Wert liegen.

Monostabiler Modus:

Eine weitere nützliche Anwendung des IC 555-Timers ist die Form a One-Shot- oder monostabiler Multivibrator-Schaltkreis , wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Sobald das Eingangs-Triggersignal negativ wird, wird der One-Shot-Modus aktiviert, wodurch der Ausgangspin 3 auf dem Vcc-Pegel hoch geht. Die Zeitdauer des Ausgangshochzustands kann nach folgender Formel berechnet werden:

• T._hoch= 1,1 R._ZUC.

Wie in der Figur zu sehen ist, zwingt die negative Flanke des Eingangs den Komparator 2, das Flip-Flop umzuschalten. Diese Aktion bewirkt, dass der Ausgang an Pin 3 hoch geht.

Eigentlich in diesem Prozess der Kondensator C. wird in Richtung berechnet VCC über den Widerstand AUS . Während sich der Kondensator auflädt, wird der Ausgang auf dem Vcc-Pegel hoch gehalten.

Video-Demo

Wenn die Spannung am Kondensator den Schwellenwert von 2 erreicht VCC / 3, Komparator 1 löst das Flip-Flop aus und zwingt den Ausgang, den Zustand zu ändern und auf Low zu gehen.

Dadurch wird die Entladung niedrig und der Kondensator entlädt sich und bleibt bis zum nächsten Eingangstrigger bei etwa 0 V.

Die obige Abbildung zeigt den gesamten Vorgang, wenn der Eingang niedrig ausgelöst wird, was zu einer Ausgangswellenform für eine monostabile One-Shot-Aktion des IC 555 führt.

Das Timing der Ausgabe für diesen Modus kann von Mikrosekunden bis zu vielen Sekunden reichen, so dass dieser Vorgang für eine Reihe verschiedener Anwendungen ideal nützlich wird.

Vereinfachte Erklärung für die Neulinge

Monostabile oder One-Shot-Impulsgeneratoren werden häufig in vielen elektronischen Anwendungen verwendet, in denen eine Schaltung nach einem Trigger für eine vorbestimmte Zeit eingeschaltet werden muss. Die Ausgangsimpulsbreite an # pin3 kann mit dieser einfachen Formel bestimmt werden:

• T = 1,1 RC

Wo

• T ist die Zeit in Sekunden
• R ist der Widerstand in Ohm
• C ist die Kapazität in Farad

Der Ausgangsimpuls fällt ab, wenn die Spannung am Kondensator 2/3 der Vcc beträgt. Der Eingangstrigger zwischen zwei Impulsen muss größer als die RC-Zeitkonstante sein.

Hier ist eine einfache monostabile Schaltung:

Lösen einer praktischen monostabilen Anwendung

Ermitteln Sie die Periode der Ausgangswellenform für das unten gezeigte Schaltungsbeispiel, wenn sie durch einen negativen Flankenimpuls ausgelöst wird.

Lösung:

• T._hoch= 1,1 R._ZUC = 1,1 (7,5 · 10)³) (0,1 × 10^-6) = 0,825 ms

So funktioniert der Astable-Modus:

In Bezug auf die Abbildung des stabilen IC555 unten ist der Kondensator dargestellt C. wird in Richtung berechnet VCC Pegel durch die beiden Widerstände R._ZUund R._B.. Der Kondensator wird aufgeladen, bis er über 2 liegt VCC /3. Diese Spannung wird zur Schwellenspannung an Pin 6 des IC. Diese Spannung betätigt den Komparator 1, um das Flip-Flop auszulösen, wodurch der Ausgang an Pin 3 niedrig wird.

Gleichzeitig wird der Entladungstransistor eingeschaltet, was dazu führt, dass der Pin 7-Ausgang den Kondensator über einen Widerstand entlädt RB .

Dies führt dazu, dass die Spannung im Kondensator abfällt, bis sie schließlich unter den Triggerpegel fällt ( VCC /3). Diese Aktion löst sofort die Flip-Flop-Stufe des IC aus, wodurch der Ausgang des IC hoch wird und der Entladungstransistor ausgeschaltet wird. Dies ermöglicht es dem Kondensator erneut, über Widerstände aufgeladen zu werden AUS und RB zu VCC .

Die Zeitintervalle, die für das Hoch- und Niedrigdrehen des Ausgangs verantwortlich sind, können anhand der Relationen berechnet werden

• T._hoch≤ 0,7 (R._ZU+ R._B.) C.
• T._niedrig≤ 0,7 R._B. C.

Die Gesamtdauer beträgt

• T. = Periode = T._hoch+ T._niedrig

Videoanleitung

Vereinfachte Erklärung für die Neulinge

Dies ist das am häufigsten verwendete Multivibrator- oder AMV-Design wie in Oszillatoren, Sirenen, Alarme , Blinker usw., und dies wäre eine unserer ersten Schaltungen, die für IC 555 als Hobbyist implementiert wurden (erinnern Sie sich an eine alternative Blinker-LED?).

Wenn der IC555 als astabiler Multivibrator konfiguriert ist, gibt er an # pin3 kontinuierliche rechteckige Impulse aus.

Die Frequenz und Impulsbreite können durch R1, R2 und C1 reguliert werden. Das R1 ist zwischen Vcc und Entladung # Pin7 verbunden, R2 ist zwischen # Pin7 und # Pin2 und auch # Pin6 verbunden. Die # Pin6 und # Pin2 sind kurzgeschlossen.

Der Kondensator ist zwischen # Pin2 und Masse geschaltet.

Die Frequenz für Astabiler Multivibrator kann berechnet werden mit dieser Formel:

• F = 1,44 / ((R1 + R2 * 2) * C1)

Wo,

• F ist die Frequenz in Hertz
• R1 und R2 sind Widerstände in Ohm
• C1 ist Kondensator in Farad.

Die höchste Zeit für jeden Impuls gegeben durch:

• Hoch = 0,693 (R1 + R2) * C.

Niedrige Zeit ist gegeben durch:

• Niedrig = 0,693 * R2 * C.

Alles 'R' ist in Ohm und 'C' ist in Ohm.

Hier ist eine grundlegende astabile Multivibratorschaltung:

Bei 555 IC-Timern mit Bipolartransistoren muss R1 mit niedrigem Wert vermieden werden, damit der Ausgang während des Entladevorgangs in der Nähe der Erdspannung gesättigt bleibt. Andernfalls kann die 'niedrige Zeit' unzuverlässig sein und es können praktisch größere Werte für die niedrige Zeit als der berechnete Wert angezeigt werden .

Lösen eines astabilen Beispielproblems

In der folgenden Abbildung finden Sie die Frequenz des IC 555 und zeichnen die Ergebnisse der Ausgangswellenform.

Lösung:

Wellenformbilder sind unten zu sehen:

IC 555 PWM-Schaltung mit Dioden

Wenn der Ausgang ein Tastverhältnis von weniger als 50% haben soll, d. H. Eine kürzere Hochzeit und eine längere Niedrigzeit, kann eine Diode über R2 mit einer Kathode auf der Kondensatorseite verbunden werden. Es wird auch als PWM-Modus für den 555 IC-Timer bezeichnet.

Sie können auch eine 555 PWM-Schaltung mit variablem Arbeitszyklus zwei Dioden wie in der obigen Abbildung gezeigt.

Die PWM IC 555-Schaltung, die zwei Dioden verwendet, ist im Grunde eine stabile Schaltung, bei der der Lade- und Entladezeitpunkt des Kondensators C1 unter Verwendung von Dioden durch getrennte Kanäle gegabelt wird. Diese Modifikation ermöglicht es dem Benutzer, die EIN / AUS-Perioden des IC separat einzustellen und somit schnell die gewünschte PWM-Rate zu erreichen.

PWM berechnen

In einer IC 555-Schaltung unter Verwendung von zwei Dioden kann die Formel zur Berechnung der PWM-Rate unter Verwendung der folgenden Formel erreicht werden:

T._hoch≈ 0,7 (R1 + POT-Widerstand) C.

Hier bezieht sich der POT-Widerstand auf die Potentiometereinstellung und das Widerstandsniveau der bestimmten Seite des Topfes, über die sich der Kondensator C auflädt.

Angenommen, der Topf ist ein 5-K-Topf und wird auf 60/40 eingestellt, wodurch Widerstandsniveaus von 3 K und 2 K erzeugt werden. Je nachdem, welcher Teil des Widerstands den Kondensator auflädt, kann der oben angegebene Wert verwendet werden Formel.

Wenn es die 3 K-seitige Einstellung ist, die den Kondensator auflädt, könnte die Formel wie folgt gelöst werden:

T._hoch≤ 0,7 (R1 + 3000 Ω) C.

Wenn andererseits 2 K auf der Ladeseite der Topfeinstellung liegen, kann die Formel wie folgt gelöst werden.

T._hoch≤ 0,7 (R1 + 2000 Ω) C.

Bitte denken Sie daran, in beiden Fällen wird das C in Farad sein. Sie müssen also zuerst den Mikrofarad-Wert in Ihrem Schaltplan in Farad konvertieren, um eine korrekte Lösung zu erhalten.

Verweise: Stapelaustausch