Oscillatore IC 555, circuiti di allarme e sirena

In questo post impareremo come costruire e ottimizzare i circuiti dell'oscillatore IC 555 di base, le cui forme d'onda possono essere ulteriormente migliorate per generare effetti sonori complessi come allarme trillo, sirena della polizia, allarme rosso, allarme Star Trek ecc.

Panoramica

La modalità di base che viene normalmente impiegata per realizzare oscillatori IC 555 è la modalità del circuito astabile.

Se guardiamo il circuito astable mostrato di seguito, noi trova i pinout uniti nel modo seguente:

• Pin trigger 2 in corto sul pin Threshold 6.
• Una resistenza R2 collegata tra il pin 2 e il pin di scarica 7.

In questa modalità, quando viene applicata l'alimentazione, il condensatore C1 si carica esponenzialmente tramite i resistori R1 e R2. Quando il livello di carica sale fino a 2/3 della tensione di alimentazione, il pin 7 di scarica si abbassa. A causa di ciò, C1 ora inizia a scaricare in modo esponenziale e quando il livello di scarica scende a 1/3 del livello di alimentazione, invia un trigger al pin 2.

Quando ciò accade, il pin 7 torna ad essere alto iniziando l'azione di carica sul condensatore fino a quando non apprende il 2/3 del livello di alimentazione. Il ciclo continua all'infinito stabilendo la modalità astabile del circuito.

Il funzionamento di cui sopra dell'astabile si traduce in due tipi di oscillazioni che si verificano attraverso C1 e attraverso il pin di uscita 3 dell'IC. Attraverso C1, l'aumento e la caduta esponenziale della tensione creano una frequenza a dente di sega.

Il flip flop interno risponde a queste frequenze a dente di sega e si converte quindi in onde rettangolari sul pin di uscita 3 dell'IC. Questo ci fornisce le oscillazioni dell'onda rettangolare richieste all'uscita del pin 3 dell'IC.

Poiché la frequenza di oscillazione dipende interamente da R1, R2 e C1, l'utente è in grado di modificare i valori di questi componenti per ottenere i valori desiderati per i periodi ON OFF delle frequenze di oscillazione, che è anche chiamato controllo PWM o controllo del ciclo di lavoro .

Il grafico sopra ci fornisce la relazione tra R1 e C1.

R2 viene ignorato qui perché il suo valore è trascurabilmente piccolo rispetto a R2.

Circuito oscillatore a onda quadra di base che utilizza IC 555

Dalla discussione precedente abbiamo appreso come un IC 555 può essere utilizzato in modalità astabile per creare un circuito oscillatore a onda quadra di base.

La configurazione consente all'utente di variare i valori di R1 e R2 da 1K a molti mega ohm per ottenere una vasta gamma di frequenze selezionabili e cicli di lavoro sul pin di uscita 3.

Tuttavia, va notato che il valore R1 non dovrebbe essere troppo piccolo poiché il consumo di corrente effettivo del circuito è determinato da R1. Ciò accade perché durante ogni processo di scarica C1 il pin 7 raggiunge il potenziale di terra sottoponendo R1 direttamente attraverso la linea positiva e di terra. Se il suo valore è basso, potrebbe esserci un significativo assorbimento di corrente, aumentando il consumo complessivo del circuito.

R1 e R2 determinano anche l'ampiezza degli impulsi oscillatori prodotti al pin 3 dell'IC. R2 specificamente può essere utilizzato per controllare il rapporto segno / spazio degli impulsi di uscita.

Per le varie formule per il calcolo del duty cycle, frequenza e PWM di un oscillatore IC 555 (astabile) può essere studiato in questo articolo .

Oscillatore a frequenza variabile con IC 555

Il circuito astabile spiegato sopra può essere aggiornato con una funzione variabile che consente all'utente di variare il PWM e anche la frequenza del circuito come desiderato. Questo viene fatto semplicemente aggiungendo un potenziometro in serie con il resistore R2 come mostrato di seguito. Il valore di R2 deve essere piccolo rispetto al valore del vaso.

Nell'impostazione sopra, la frequenza di oscillazione può essere variata da 650 Hz, a 7,2 kHz attraverso le variazioni di potenziometro indicate. Questa gamma può essere ulteriormente aumentata e migliorata aggiungendo un interruttore per la selezione di valori diversi per C1, poiché C1 è anche direttamente responsabile dell'impostazione della frequenza di uscita.

Circuiti oscillatori PWM variabili che utilizzano IC 555

La figura sopra mostra come a funzione di rapporto spazio contrassegno variabile può essere aggiunto a qualsiasi circuito oscillatore astabile IC 555 di base tramite un paio di diodi e un potenziometro.

La funzione consente all'utente di ottenere qualsiasi PWM desiderato o periodi ON OFF regolabili per le oscillazioni sul pin di uscita 3 dell'IC.

Nel diagramma a sinistra, la rete che coinvolge R1, D1 e il potenziometro R3 carica alternativamente C1, mentre il potenziometro R4, D2 e ​​R2 scarica alternativamente il condensatore C1.

R2 e R4 determinano la velocità di carica / scarica di C1 e possono essere regolati adeguatamente per ottenere il rapporto ON / OFF desiderato per la frequenza di uscita.

Il diagramma a destra mostra la posizione R3 spostata in serie con R1. In questa configurazione il tempo di carica di C1 è fissato da D1 e dal suo resistore in serie, mentre il potenziometro consente il controllo solo per il tempo di scarica di C1, da qui il tempo di OFF degli impulsi in uscita. L'altro potenziometro R3 aiuta essenzialmente ad alterare la frequenza dell'uscita invece del PWM.

In alternativa, come mostrato nelle figure precedenti, può essere anche possibile collegare l'IC 555 in modalità astabile per regolare discretamente il rapporto segno / spazio (tempo ON / tempo OFF) senza influenzare la frequenza oscillatoria.

In queste configurazioni la lunghezza degli impulsi aumenta intrinsecamente al diminuire dell'intervallo di spazio e viceversa.

A causa di ciò, il periodo totale di ogni ciclo dell'onda quadra rimane costante.

La caratteristica principale di questi circuiti è il duty cycle variabile, che può essere variato dall'1% al 99% con l'aiuto del potenziometro R3 fornito.

Nella figura a sinistra, C1 viene caricato alternativamente da R1, la metà superiore di R3 e D1, mentre viene scaricato tramite D2, R2 e la metà inferiore del potenziometro R3. Nella figura a destra, C1 viene caricato alternativamente tramite R1 e D1 e la metà destra del potenziometro R3, e viene scaricato attraverso il mezzo potenziometro sinistro R3, D2 e ​​R2.

In entrambe le sopra astabili il valore di C1 imposta la frequenza oscillatoria a circa 1.2 kHz.

Come mettere in pausa o avviare / arrestare la funzione oscillatore astabile IC con pulsante

È possibile attivare / disattivare un oscillatore astabile IC 555 in pochi semplici modi.

Può essere fatto utilizzando pulsanti o tramite un segnale di ingresso elettronico.

Nella figura sopra, il pin 4, che è il pin di ripristino dell'IC, è collegato a terra tramite R3 e un interruttore push-to-ON è collegato attraverso la linea di alimentazione positiva.

Il pin 4 dell'IC 555 necessita di un minimo di 0,7 V per rimanere polarizzato e per mantenere il funzionamento dell'IC abilitato. Premendo il pulsante si abilita la funzione oscillatore astabile IC, mentre il rilascio dell'interruttore rimuove la polarizzazione dal pin 4 e la funzione IC viene disabilitata.

Ciò può essere implementato anche tramite un segnale positivo esterno sul pin 4 con l'interruttore rimosso e R3 collegato così com'è.

Nell'altra alternativa come mostrato sopra, il pin 4 dell'IC può essere polarizzato in modo permanente tramite R3 e l'alimentazione positiva. Qui il pulsante è collegato tra il pin 4 e la massa. Ciò implica che quando si preme il pulsante si disabilitano le onde quadre di uscita dell'IC, facendo sì che l'uscita diventi 0V.

Rilasciando il pulsante si avvia normalmente la generazione delle onde quadre astabili attraverso il pin 3 dell'IC.

Lo stesso può essere ottenuto tramite un segnale negativo applicato esternamente o un segnale 0 V al pin 4 con R3 collegato così com'è.

Utilizzo del pin 2 per il controllo della frequenza variabile

Nelle nostre discussioni precedenti abbiamo appreso come la generazione di impulsi di un IC 555 potrebbe essere controllata tramite il pin 4.

Ora vedremo come si può ottenere lo stesso tramite il pin 2 dell'IC come mostrato sopra.

Quando si preme S1, il pin 2 viene applicato improvvisamente con un potenziale di terra, facendo scendere la tensione su C1 al di sotto di 1/3 Vcc. Come sappiamo, quando la tensione del pin 2 o il livello di carica su C1 è mantenuto al di sotto di 1/3 Vcc, il pin di uscita 3 diventa alto in modo permanente.

Pertanto la pressione di S1 ​​provoca una caduta di tensione su C1 al di sotto di 1/3 Vcc, costringendo il pin di uscita 3 ad andare alto fintanto che S1 rimane premuto. Ciò inibisce il normale funzionamento delle oscillazioni instabili. Quando il pulsante viene rilasciato, la funzione di bilanciamento viene ripristinata alle condizioni normali. La forma d'onda sul lato destro riconosce la risposta del pin 3 alla pressione del pulsante.

La suddetta operazione può essere analogamente controllata utilizzando un circuito digitale esterno tramite il diodo D1. Una logica negativa al catodo del diodo avvia le azioni di cui sopra, mentre una logica positiva non ha effetto e consente alle funzioni dell'astabile di ripristinare il suo normale funzionamento.

Come modulare l'oscillatore IC 555

Il pin 5, che è l'ingresso di controllo dell'IC 555, è uno dei pinout importanti e utili dell'IC. Facilita l'utente a modulare la frequenza di uscita dell'IC semplicemente applicando un livello DC regolabile sul pin # 5.

Un potenziale CC crescente fa aumentare proporzionalmente la larghezza dell'impulso della frequenza di uscita, mentre l'abbassamento del potenziale CC fa sì che la larghezza dell'impulso della frequenza si restringa proporzionalmente. Questi potenziali dovrebbero essere rigorosamente entro lo 0V e il livello Vcc completo.

Nella figura sopra, la regolazione del potenziometro genera un potenziale variabile sul pin 5 che fa cambiare di conseguenza l'ampiezza dell'impulso di uscita della frequenza di oscillazione.

Poiché la modulazione fa cambiare l'ampiezza dell'impulso di uscita, influisce anche sulla frequenza, poiché C1 è costretto a modificare i suoi periodi di carica / scarica a seconda dell'impostazione del potenziometro.

Quando un AC variabile avente un'ampiezza compresa tra 0 V e Vcc viene applicato al pin 5, l'uscita PWM o la larghezza dell'impulso segue anche l'ampiezza AC variabile generando un treno continuo di impulsi di allargamento e restringimento un pin 3.

Un segnale AC può essere utilizzato anche per la modulazione, semplicemente integrando il pin 5 con un AC esterno tramite un condensatore da 10uF.

Realizzazione di allarmi e sirene con IC 555

La configurazione versatile dell'oscillatore astabile dell'IC 555 ci permette di implementarlo per realizzare vari tipi di sirene e circuiti di allarme. Ciò diventa possibile perché un astable è fondamentalmente un generatore di forme d'onda e può essere personalizzato per generare diversi tipi di forme d'onda sonore, simili a suoni di allarme e sirene.

Nella figura sopra possiamo vedere l'IC 555 configurato come una frequenza monotona di 800 Hz circuito di allarme .

Il diffusore può avere qualsiasi valore di impedenza, per la presenza della resistenza limitatrice di corrente Rx. Un valore sicuro potrebbe essere di circa 70 Ohm 1 watt.

Per realizzare un circuito di allarme a tono continuo ad alta potenza, aggiorniamo il circuito sopra tramite un driver a transistor di potenza Q1 e un altoparlante più potente, come mostrato di seguito:

Poiché il progetto può produrre un alto livello di volatge di ondulazione, D1 e C3 sono inclusi per prevenire l'interferenza del ripple con il funzionamento dell'IC 555.

I diodi D2 e ​​D3 sono inclusi per neutralizzare i picchi di commutazione induttivi generati dalla bobina dell'altoparlante e per proteggere il transistor Q1 da eventuali danni.

Circuito allarmi IC 555 pulsato

Il precedente allarme monotono a 800 Hz poteva essere convertito in un allarme pulsato a 800 Hz più intrinseco aggiungendo un altro multivibratore astabile con il circuito del generatore di toni come mostrato di seguito.

Abbiamo già studiato come utilizzare il pin 5 per controllare l'ampiezza dell'impulso dell'IC 555.

Qui IC 2 è configurato come un circuito oscillatore da 1 Hz che fa sì che il pin 5 di IC 1 diventi alternativamente basso a una frequenza di 1 Hz. Ciò a sua volta fa sì che l'ampiezza dell'impulso del pin 3 800 Hz si restringa a un livello tale da portare quasi su OFF Q1. Questo produce un forte effetto di allarme pulsato di 1Hz sull'altoparlante.

Circuito di allarme He-Haw Warble

Se vuoi convertire il progetto precedente in un allarme trillo penetrante, puoi farlo semplicemente sostituendo il diodo D1 con un resistore da 10 K come mostrato nel diagramma sopra. Conosciuto anche come allarme he-haw, sono comunemente usati nei veicoli di emergenza europei.

Sappiamo che il pin 5 può essere utilizzato con un segnale alto / basso esterno per modulare l'uscita del pin 3 con una corrispondente larghezza di impulso di allargamento / restringimento. L'alimentazione alternata alta e bassa a 1 Hz sul pin 5 di IC2 forza la tensione del pin di uscita 3 di IC 1 a generare una frequenza variabile in modo simmetrico che varia da 500 Hz a 440 Hz. Ciò fa sì che l'altoparlante generi il suono di allarme trillo ad alto volume richiesto alla frequenza di 1 Hz.

Fare una sirena della polizia

L'IC 555 può essere utilizzato anche per realizzare un circuito della sirena della polizia che imita perfettamente come dimostrato sopra.

Il circuito è progettato per produrre il tipico suono lamentoso comunemente sentito nelle sirene della polizia.

Qui IC2 è collegato come un oscillatore a bassa frequenza con una frequenza impostata a una velocità ON OFF di 6 secondi.

La rampa d'onda triangolare esponenziale lenta generata attraverso il suo C1 viene alimentata alla base di Q1 configurato come un emettitore seguace .

La frequenza di IC1 è impostata a 500 Hz che diventa la sua frequenza centrale.

La rampa di salita e discesa lenta alla base di Q1 segue il suo emettitore e modula il pin 5 di IC1. La rampa lenta provoca cicli alternati di lento aumento della tensione per 3 secondi e lento decadimento della tensione per 3 secondi sul pin 5. A causa di questa frequenza del pin 3 e PWM modula di conseguenza generando l'effetto sonoro della sirena della polizia.

Circuito di allarme Star Trek Red Alert

Il circuito finale nell'elenco è un altro generatore di effetti sonori molto interessante che utilizza l'oscillatore astabile IC 555. È il generatore di suoni di allarme rosso, chiamato anche allarme star trek a causa del suo uso frequente nella famosa serie TV Star Trek.

In genere, il suono dell'allarme rosso inizia con un tono di bassa frequenza, che sale a una nota ad alta frequenza entro un breve intervallo di circa 1,15 secondi e si interrompe per 0,35 secondi, quindi sale di nuovo da una frequenza bassa ad alta e il ciclo continua a dare origine al suono dell'allarme rosso di Star Trek.

Proprio come i precedenti circuiti di allarme e sirena, anche questo circuito continua a ripetere la sequenza fintanto che rimane alimentato.

L'IC 2 qui è configurato come un circuito oscillatore non simmetrico. Il condensatore C1 viene caricato alternativamente tramite gli elementi R1 e D1, e viene scaricato alternativamente tramite R2.

Questo produce un vantaggio a dente di sega che si solleva e si dissolve rapidamente attraverso il condensatore C1. Questo segnale a rampa viene bufferizzato dal follower dell'emettitore e applicato come tensione modulante al pin di ingresso di controllo 5 di IC1 tramite R7.

A causa della natura a dente di sega, questa forma d'onda fa sì che la frequenza di uscita del pin 3 di IC1 aumenti gradualmente per la parte a decadimento lento della forma d'onda, per poi diminuire rapidamente durante la parte che collassa della forma d'onda.

Durante ciascuna delle sezioni di decadimento del ciclo della forma d'onda, il corrispondente impulso rettangolare dal pin 3 di IC2 spegne istantaneamente Q2, il che a sua volta fa abbassare il pin2 di IC2. Questo interrompe l'uscita C2 e il tono crescente sull'altoparlante, dando origine al peculiare effetto sonoro dell'allarme star trek di allerta rossa.

Indietro da te

Ebbene, questi erano alcuni suggerimenti su come utilizzare IC 555 per creare utili circuiti di allarme e oscillatore della sirena. Hai qualche altro generatore di effetti sonori interessante che utilizza IC 555? Se lo fai, fornisci i dettagli qui, saremo lieti di includerli nell'elenco sopra.