Pinout IC 555, circuiti astabili, monostabili, bistabili con formule esplorate

Il post spiega come funziona IC 555, i suoi dettagli di piedinatura di base e come configurare l'IC nelle sue modalità di circuito standard o popolare astabile, bistabile e monostabile. Il post descrive anche le varie formule per il calcolo dei parametri IC 555.

introduzione

Il nostro mondo hobby sarebbe meno interessante senza IC 555. Sarebbe uno dei nostri primi IC da utilizzare nell'elettronica. In questo articolo esamineremo la storia dell'IC555, le sue 3 modalità operative e alcune delle loro specifiche.

IC 555 è stato introdotto nel 1971 da una società chiamata 'Signetics' ed è stato progettato da Hans R. Camenzind. Si stima che ogni anno vengano prodotti circa 1 miliardo di IC 555. È un IC 555 ogni 7 persone nel mondo.

The Signetics Company è di proprietà di Philips Semiconductor. Se guardiamo lo schema a blocchi interno dell'IC 555 troviamo tre resistenze da 5K ohm collegate in serie per decidere il fattore di temporizzazione, quindi probabilmente è così che il dispositivo ha preso il nome di timer IC 555. Tuttavia, alcune ipotesi affermano che la selezione del nome non ha alcuna relazione con i componenti interni dell'IC, è stata scelta arbitrariamente.

Come funziona IC 555

Un IC555 standard è costituito da 25 transistor, 15 resistori e 2 diodi integrati su un die di silicio. Sono disponibili due versioni dell'IC: timer di grado 555 militare e civile.

Il NE555 è un CI di grado civile e ha un intervallo di temperatura di esercizio compreso tra 0 e +70 gradi Celsius. L'SE555 è un CI di grado militare e ha un intervallo di temperatura di esercizio compreso tra -55 e +125 gradi Celsius.

Troverai anche il file Versione CMOS del timer noto come 7555 e TLC555 questi consumano meno energia rispetto allo standard 555 e funzionano a meno di 5V.

I timer della versione CMOS sono costituiti da MOSFET anziché da transistor bipolari, che è efficiente e consuma meno energia.

Pinout IC 555 e dettagli di lavoro:

1. Pin 1 : Terra o 0 V: è il pin di alimentazione negativo dell'IC
2. Pin 2 : Trigger o ingresso: un trigger momentaneo negativo su questo pin di ingresso fa sì che il pin di uscita 3 diventi ALTO. Ciò avviene mediante una rapida scarica del condensatore di temporizzazione al di sotto del livello di soglia inferiore di 1/3 della tensione di alimentazione. Il condensatore si carica quindi lentamente tramite il resistore di temporizzazione e quando supera i 2/3 del livello di alimentazione, il pin3 diventa di nuovo BASSO. Questa commutazione ON / OFF viene eseguita da un interno CIABATTE INFRADITO palcoscenico.
3. Pin 3 : Uscita: è l'uscita che risponde ai pin di ingresso andando in alto o in basso, o oscillando ON / OFF
4. Pin 4 : Reset: è il pin di reset che è sempre collegato all'alimentazione positiva per il normale funzionamento dell'IC. Quando è collegato a terra, ripristina momentaneamente l'uscita dell'IC nella sua posizione iniziale e, se collegato permanentemente a massa, mantiene le operazioni dell'IC disabilitate.
5. Pin 5 : Controllo: un potenziale CC variabile esterno può essere applicato a questo pin per controllare o modulare la larghezza dell'impulso del pin3 e generare un PWM controllato.
6. Pin 6 : Threshold: Questo è il pin di soglia che fa sì che l'uscita diventi BASSA (0V) non appena la carica del condensatore di temporizzazione raggiunge la soglia superiore della 2/3 della tensione di alimentazione.
7. Pin 7 : Scarica: è il perno di scarica controllato dal flip flop interno, che forza la scarica del condensatore di temporizzazione non appena ha raggiunto il livello di soglia della tensione di alimentazione 2/3.
8. Pin 8 : Vcc: è l'ingresso di alimentazione positivo tra 5 V e 15 V.

3 modalità di timer:

1. Trigger bistabile o Schmitt
2. Monostabile o one shot
3. Astable

Modalità bistabile:

Quando l'IC555 è configurato in modalità bistabile, funziona come un flip-flop di base. In altre parole, quando viene fornito il trigger di ingresso, attiva o disattiva lo stato dell'uscita.

Normalmente # pin2 e # pin4 sono collegati a resistenze di pull-up in questa modalità di funzionamento.

Quando # pin2 viene messo a terra per un breve periodo, l'uscita su # pin3 diventa alta per ripristinare l'uscita, # pin4 viene momentaneamente cortocircuitato a massa e quindi l'uscita diventa bassa.

Non è necessario un condensatore di temporizzazione qui, ma si consiglia di collegare un condensatore (da 0,01uF a 0,1uF) attraverso # pin5 e terra. # pin7 e # pin6 possono essere lasciati scollegati in questa configurazione.

Ecco un semplice circuito bistabile:

Quando si preme il pulsante di impostazione, l'uscita diventa alta e quando si preme il pulsante di ripristino l'uscita passa allo stato basso. R1 e R2 possono essere 10k ohm, il condensatore può essere ovunque tra il valore specificato.

Modalità monostabile:

Un'altra utile applicazione del timer IC 555 è sotto forma di un file circuito multivibratore one-shot o monostabile , come mostrato nella figura sotto.

Non appena il segnale di trigger in ingresso diventa negativo, viene attivata la modalità one-shot, facendo in modo che il pin di uscita 3 diventi alto al livello Vcc. Il periodo di tempo della condizione di uscita alta può essere calcolato utilizzando la formula:

• T_alto= 1,1 R_PERC

Come si vede in figura, il fronte negativo dell'ingresso forza il comparatore 2 a commutare il flip-flop. Questa azione fa aumentare l'uscita sul pin 3.

In realtà in questo processo il condensatore C è caricato verso VCC tramite il resistore SU . Mentre il condensatore si carica, l'uscita è mantenuta alta al livello Vcc.

Demo video

Quando la tensione ai capi del condensatore acquisisce il livello di soglia di 2 VCC / 3, il comparatore 1 attiva il flip-flop, costringendo l'uscita a cambiare stato e ad abbassarsi.

Ciò successivamente riduce la scarica, provocando la scarica e il mantenimento del condensatore intorno a 0 V fino al successivo trigger di ingresso.

La figura sopra mostra l'intera procedura quando l'ingresso viene attivato in basso, portando a una forma d'onda di uscita per un'azione monostabile one shot dell'IC 555.

La temporizzazione dell'uscita per questa modalità può variare da microsecondi a molti secondi, consentendo a questa operazione di diventare idealmente utile per una gamma di applicazioni diverse.

Spiegazione semplificata per i neofiti

I generatori di impulsi monostabili o one-shot sono ampiamente utilizzati in molte applicazioni elettroniche, in cui un circuito deve essere acceso per un tempo predeterminato dopo un trigger. L'ampiezza dell'impulso di uscita su # pin3 può essere determinata utilizzando questa semplice formula:

• T = 1,1 RC

Dove

• T è il tempo in secondi
• R è la resistenza in ohm
• C è la capacità in farad

L'impulso in uscita cade quando la tensione ai capi del condensatore è pari a 2/3 della Vcc. Il trigger di ingresso tra due impulsi deve essere maggiore della costante di tempo RC.

Ecco un semplice circuito monostabile:

Risolvere una pratica applicazione monostabile

Trovare il periodo della forma d'onda di uscita per l'esempio di circuito mostrato di seguito quando viene attivato da un impulso di fronte negativo.

Soluzione:

• T_alto= 1,1 R_PERC = 1,1 (7,5 x 10³) (0,1 x 10^-6) = 0,825 ms

Come funziona la modalità Astable:

Facendo riferimento alla figura del circuito stabile IC555 di seguito, il condensatore C è addebitato verso VCC livello attraverso le due resistenze R_PERe R_B. Il condensatore viene caricato fino a quando non raggiunge oltre 2 VCC / 3. Questa tensione diventa la tensione di soglia sul pin 6 dell'IC. Questa tensione fa funzionare il comparatore 1 per attivare il flip-flop, che fa sì che l'uscita sul pin 3 diventi bassa.

Insieme a questo, il transistor di scarica viene attivato, con il risultato che l'uscita del pin 7 scarica il condensatore tramite il resistore RB .

Ciò fa diminuire la tensione all'interno del condensatore fino a quando alla fine non scende al di sotto del livello di trigger ( VCC / 3). Questa azione attiva istantaneamente lo stadio flip flop dell'IC, facendo aumentare l'uscita dell'IC, spegnendo il transistor di scarica. Ciò consente ancora una volta al condensatore di caricarsi tramite resistori SU e RB verso VCC .

Gli intervalli di tempo responsabili dell'attivazione di alto e basso dell'output possono essere calcolati utilizzando le relazioni

• T_alto≈ 0,7 (R_PER+ R_B) C
• T_Basso≈ 0,7 R_B C

Il periodo totale è

• T = periodo = T_alto+ T_Basso

Video tutorial

Spiegazione semplificata per i neofiti

Questo è il multivibratore più comunemente usato o i modelli AMV come in oscillatori, sirene, allarmi , lampeggiatori, ecc. e questo sarebbe uno dei nostri primi circuiti implementati per IC 555 come hobbista (ricordi LED lampeggiatore alternativo?).

Quando IC555 configurato come multivibratore astabile, emette impulsi rettangolari continui su # pin3.

La frequenza e la larghezza dell'impulso possono essere regolate da R1, R2 e C1. R1 è collegato tra Vcc e scarica # pin7, R2 è collegato tra # pin7 e # pin2 e anche # pin6. # Pin6 e # pin2 sono in corto.

Il condensatore è collegato tra # pin2 e massa.

La frequenza per Il multivibratore astabile può essere calcolato utilizzando questa formula:

• F = 1,44 / ((R1 + R2 * 2) * C1)

Dove,

• F è la frequenza in Hertz
• R1 e R2 sono resistori in ohm
• C1 è un condensatore in farad.

Il tempo alto per ogni impulso dato da:

• Alto = 0,693 (R1 + R2) * C

Il tempo basso è dato da:

• Basso = 0,693 * R2 * C

Tutta la 'R' è in ohm e la 'C' è in ohm.

Ecco un circuito multivibratore astabile di base:

Per i timer IC 555 con transistor bipolari, R1 con valore basso deve essere evitato in modo che l'uscita rimanga satura vicino alla tensione di terra durante il processo di scarica, altrimenti il ​​'tempo basso' potrebbe essere inaffidabile e potremmo vedere valori maggiori per tempi bassi praticamente del valore calcolato .

Risoluzione di un problema di esempio astabile

Nella figura seguente, trovare la frequenza dell'IC 555 e disegnare i risultati della forma d'onda in uscita.

Soluzione:

Le immagini delle forme d'onda possono essere visualizzate di seguito:

Circuito PWM IC 555 che utilizza diodi

Se si desidera un'uscita con un ciclo di lavoro inferiore al 50%, ovvero un tempo alto più breve e un tempo basso più lungo, è possibile collegare un diodo attraverso R2 con catodo sul lato del condensatore. È anche chiamata modalità PWM per il timer 555 IC.

Puoi anche progettare un file Circuito 555 PWM con duty cycle variabile due diodi come mostrato nella figura sopra.

Il circuito PWM IC 555 che utilizza due diodi è fondamentalmente un circuito stabile in cui i tempi di carica e scarica del condensatore C1 sono biforcati attraverso canali separati utilizzando diodi. Questa modifica consente all'utente di regolare separatamente i periodi di attivazione / disattivazione dell'IC e quindi di ottenere rapidamente la velocità PWM desiderata.

Calcolo PWM

In un circuito IC 555 che utilizza due diodi, la formula per il calcolo della velocità PWM può essere ottenuta utilizzando la seguente formula:

T_alto≈ 0,7 (R1 + resistenza POT) C

Qui, la resistenza POT si riferisce alla regolazione del potenziometro e al livello di resistenza di quel particolare lato del vaso attraverso il quale si carica il condensatore C.

Diciamo che il potenziometro è un potenziometro da 5 K, ed è regolato a livello 60/40, producendo livelli di resistenza di 3 K e 2 K. Quindi, a seconda di quale parte della resistenza sta caricando il condensatore, il valore potrebbe essere utilizzato nel precedente formula.

Se è la regolazione laterale 3 K che carica il condensatore, la formula potrebbe essere risolta come segue:

T_alto≈ 0,7 (R1 + 3000 Ω) C

D'altra parte, se si tratta di 2 K sul lato di caricamento della regolazione del piatto, la formula può essere risolta come.

T_alto≈ 0,7 (R1 + 2000 Ω) C

Per favore ricorda, in entrambi i casi la C sarà in Farads. Quindi devi prima convertire il valore del microfarad nel tuo schema in Farad, per ottenere una soluzione corretta.

Riferimenti: Stackexchange