Bygning 555 Timer IC-baseret Astabil multivibrator
Uden brug af eksterne triggere kan 555 timer IC veksle mellem dets to tilstande. Tre ekstra eksterne dele, to modstande (R 1 og R 2 ), og en kondensator (C) kan tilføjes til IC 555 for at konvertere den til et astabilt multivibratorkredsløb. Nedenstående kredsløb viser IC 555's brug som en astabil multivibrator sammen med de tre eksterne dele.
Da ben 6 og 2 allerede er tilsluttet, vil enheden aktiveres automatisk og fungere som en oscillator uden behov for en ekstern triggerimpuls. V CC da en forsyningsindgangsspænding er knyttet til ben 8. Da ben 3 i ovenstående kredsløb er udgangsterminalen, kan udgangen trækkes herfra. Den eksterne nulstillingsben er pin 4 i kredsløbet, og denne pin kan genstarte timeren, men normalt er pin 4 forbundet til V CC når nulstillingsfunktionen ikke er i brug.
Tærskelspændingsniveauet vil svinge afhængigt af styrespændingen tilvejebragt på ben 5. I modsætning hertil er ben 5 ofte forbundet med jorden gennem en kondensator, som filtrerer ekstern støj fra terminalen. Jordterminalen er ben 1. R 1 , R 2 , og C udgør timingkredsløbet, som styrer udgangsimpulsens bredde.
Driftsprincip
IC 555's interne kredsløb vises i astabil tilstand med R 1 , R 2 og C alle er en del af RC-tidskredsløbet.
Flip-floppen nulstilles først, når den er tilsluttet forsyningen, hvilket får timerens udgang til at skifte til en lav tilstand. Som et resultat af at være koblet til Q' skubbes udladningstransistoren til mætningspunktet. Transistoren vil tillade tidskredsløbets kondensator C, som er forbundet med ben 7 på IC 555, at aflade. Timerens output er nu ubetydeligt. Triggerspændingen er den eneste spænding, der er til stede over kondensatoren i dette tilfælde. Som et resultat, hvis kondensatorspændingen falder til under 1/3 V CC , referencespændingen, der aktiverer komparator nr. 2, udgangen af komparator nr. 2 bliver høj under udledning. Flip-floppen vil blive indstillet som et resultat, hvilket giver en HØJ output for timeren ved ben 3.
Transistoren vil blive slukket af denne høje output. Som et resultat, gennem modstande R 1 og R 2 , kondensatoren C oplades. Ben 6 er forbundet til krydset, hvor kondensator og modstand mødes, derfor er spændingen for kondensatoren nu lig med tærskelspændingen. Når kondensatoren oplades, stiger dens spænding eksponentielt mod V CC ; når den når 2/3 V CC , tærskelkomparatorens referencespænding (komparator 1), dens udgangsspidser.
Flip-floppen er derfor RESET. Timerens output falder til LOW. Denne lave udgang vil genstarte transistoren, hvilket giver kondensatoren en afladningsrute. Som et resultat, modstanden R 2 vil tillade kondensatoren C at aflade. Således fortsætter cyklussen.
Som et resultat, mens kondensatoren oplades, er udgangsspændingen høj ved ben 3, og spændingen omkring kondensatoren stiger aggressivt. I lighed med dette er pin 3's udgangsspænding lav, og når kondensatoren aflades, falder dens spænding over den eksponentielt. Udgangsbølgeformen ligner en række rektangulære impulser.
Bølgeformer af kondensatorspænding og udgangsspænding
Som et resultat, R 1 + R 2 repræsenterer den samlede modstand i ladekanalen, og C repræsenterer ladetidskonstanten. Kun når kondensatoren passerer gennem modstanden R 2 under udledning udleder den. R 2 C er udladningstidskonstanten som et resultat.
Duty Cycle
Modstandene R 1 og R 2 påvirke opladningen såvel som afladningstidskonstanterne. Variationen i tidskonstanten er typisk større end afladningstidskonstanten. HØJ output fortsætter med at forekomme i en længere periode end LOW output som et resultat, og output bølgeformen er ikke symmetrisk, så hvis T er varigheden af en cyklus, og TON er tiden for højere output, så er arbejdscyklussen givet af :
Så arbejdscyklussen i procent vil være:
Hvor T er summen af opladnings- og afladningstider, T PÅ og T AF , giver følgende ligning værdien af T PÅ eller ladetiden T C :
Udladningstiden T D , ofte kendt som T AF , er givet af:
Følgelig er formlen for varigheden af en cyklus T:
Substitution i formlen for % Duty Cycle:
Frekvensen er givet af:
Anvendelse – Generering af firkantbølger
En astabil multivibrators driftscyklus er normalt højere end 50 %. Når arbejdscyklussen er præcis 50 %, producerer en astabil multivibrator en firkantbølge som sin output. Driftscyklusser på 50 % eller noget lavere end det er svære at opnå med IC 555, der fungerer som en astabil multivibrator, som tidligere nævnt. Kredsløbet skal gennemgå nogle ændringer.
To dioder er tilføjet, en parallel med modstand R 2 og den anden i serie med modstand R 2 med katoden tilsluttet kondensatoren. Ved at ændre modstandene R 1 og R 2 , er det muligt at oprette en driftscyklus i parentes på 5 % til 95 %. Kredsløbet til at skabe firkantbølgeudgang kan konfigureres som nedenfor:
I dette kredsløb oplades kondensatoren, mens den overfører strøm via R 1 , D 1 og R 2 under opladning. Det udledes via D 2 og R 2 ved udskrivning.
Opladningstidskonstanten, T PÅ = T C , kan beregnes som følger:
Og sådan får du udledningstidskonstanten, T AF = T D :
Følgelig bestemmes arbejdscyklussen D af:
At lave R 1 og R 2 lige i værdi vil resultere i en firkantbølge med en 50 % duty cycle.
En arbejdscyklus på mindre end 50 % nås, når R 1 's modstand er lavere end R 2 mens det normalt er R 1 og R 2 kan erstattes af potentiometre for at opnå dette. Uden at bruge nogen dioder kan et andet firkantbølgegeneratorkredsløb bygges ved hjælp af en astabil multivibrator. R 2 er forbundet mellem ben 3 og 2, eller udgangsterminalen og triggerterminalen. Nedenfor er et diagram over kredsløbet:
Både opladnings- og afladningsprocesser i dette kredsløb foregår kun via modstand R 2 . Kondensatoren bør ikke udsættes for eksterne forbindelser, når den oplades af modstanden R 1 , som bør sættes til en høj værdi. Derudover tjener det til at garantere, at kondensatoren oplades til sit fulde potentiale (V CC ).
Anvendelse – Pulspositionsvariationer
To 555 timer IC'er, hvoraf den ene kører i astabil tilstand og det modsatte i monostabil tilstand, tilbyder pulspositionsmodulation. For det første er IC 555 i astabil tilstand, moduleringssignalet påføres ved ben 5, og IC 555 producerer en pulsbreddemoduleret bølge som sin udgang. Den udløsende indgang på den næste IC 555, som kører i monostabil tilstand, modtager dette PWM-signal. Placeringen af den anden IC 555's udgangsimpulser varierer med PWM-signalet, som igen er afhængigt af det modulerende signal.
Nedenfor er kredsløbskonfigurationen for en pulspositionsmodulator, der bruger to 555 timer integrerede kredsløb.
Styrespændingen, som bestemmer minimumsspændingen eller tærskelniveauet for den første IC 555, justeres for at skabe UTL (Upper Threshold Level).
Efterhånden som tærskelspændingen ændres i forhold til det modulerende signal, der påføres, ændres også pulsbredden og tidsforsinkelsen. Når dette PWM-signal påføres for at udløse den anden IC, er det eneste, der vil ændre sig, placeringen af udgangsimpulsen, hverken dens amplitude eller bredde ændres.
Konklusion
555 Timer IC'erne kan fungere som en fritløbende oscillator eller en astabil multivibrator, når de kombineres med yderligere komponenter. 555 Timer IC'er i astabil tilstand bruges i en lang række applikationer lige fra pulstoggenerering, modulering og firkantbølgegenereringer.