Генератор 555: Генератор на NE555 с регулировкой частоты

Генератор прямоугольного сигнала 100КГц на микросхеме 555

Музыкальный сигнал совсем не похож на меандр. Частотный диапазон, воспринимаемый средним взрослым человеком редко превышает 17КГц. Поэтому я считаю, что эмоциональные обсуждения того, как тот или иной усилитель справляется с «прямоугольником» 100КГц — не слишком убедительны. Но как инженер-электронщик могу подтвердить, что «просвистеть» усилитель меандром 100КГц может помочь обнаружить проблемы в конструкции, совсем неочевидные при тестировании сигналами в звуковом диапазоне частот. Например выбросы перерегулирования петлевой ООС, влияние (преимущественно входных и миллеровских) емкостных нагрузок и т.п.

Прежде, чем собрать данный генератор на КМОП 555 таймере, я опробовал К561ЛА7, К561ЛН2, 74HC04 и 74HCT04, а так же обычный 555 — в различных вариантах схем релаксационных генераторов. Они все звенят ужастно. Так что из моего опыта получилось лишь два приемлимых бюджетных варианта:

Микросхема таймера 555

Важно: в данной конструкции необходимо использовать только качественный КМОП вариант 555 таймера. Обычные биполярные 555, к которым относится и КР1006ВИ1, работают плохо. Пример хорошего КМОП таймера: TLC555 datasheet от TI.

На мой взгляд, одна из наиболее наглядных отрисовок блок-схемы микросхемы 555:

Блок-схема КМОП таймера 555

1. GND — Ground = «Земля», отрицательный вывод питания
2. TRIG — Trigger = Триггер
3. OUT — Output = Выход
4. RESET = Сброс
5. CONT — Control voltage = Управляющее напряжение
6. THRES — Threshold = Порог
7. DISCH — Discharge = Разряд
8. VDD — Positive supply voltage = Положительное напряжение питания

Апологеты микроконтроллеров могут смеяться. Впрочем, я и сам подумывал, отчего бы не замутить универсальный генератор на ATmega-8, который к тому же всегда под рукой. Потом стало лень программить, да и намучался я уже с присвистами ото всех этих цифровых штуковин. Для проверки качественного аудио аппарата хотелось иметь и качественный же тестовый сигнал 😉

 

Простота — залог успеха

Надеюсь, что описывая конструкцию по схеме практически из datasheet’ов, всё же помогу кому-нибудь из моих читателей сэкономить немного времени и собрать сразу удобный генератор тестовых сигналов, при этом избежав нескольких ненужных проб и ошибок.

Генератор прямоугольного сигнала (меандра)

• C1 = 1 нФ
• R1 = 6.2 кОм
• R2 = 1 кОм
• R3 = 300 Ом
• R4 = 5 кОм
• C2 = 1 мкФ
• C3 = 10 мкФ 25 В
• C4, C5 = 0.1 мкФ

Для тестирования аудио-конструкций удобно иметь источник сигнала центрированный относительно земли. Но и «смещённый» (с ощутимой постоянной состовляющей) сигнал бывает полезен, к примеру чтобы проверить работу серво-цепи, обеспечивающей нулевое смещение по выходу. Так что предлагаю предусмотреть возможность закорачивать проходной конденсатор на выходе генератора.

 

Все частоты хороши — выбирай на вкус

Раз уж греть паяльник — почему бы не обеспечить возможность выбора частоты генерируемого сигнала? Рядок DIP-переключателей, несколько дополнительных емкостей и резисторов, небольшой потенциометр — и генератор на все случаи жизни готов 🙂

В теории частоту на выходе генератора можно прикинуть как:

f = 0.72 / (R1 * C1)

На практике частота получается чуть ниже рассчётной, особенно на высоких частотах.

Я ограничился следующим набором емкостей и резисторов:

• C1: 1 нФ, 10 нФ, 0.1 мкФ, 1 мкФ
• R1: 2.2 кОм, 6.2 кОм, 150 кОм, подстроечник 220 кОм

Удобные комбинации R1 и C1:

• 250 кГц — 1 нФ 2.2 кОм
• 100 кГц — 1 нФ 6.2 кОм
• 30 кГц — 10 нФ 2,2 кОм
• 10 кГц —  10 нФ 6,2 кОм
• 3.1 кГц — 0.1 мкФ 2.2 кОм
• 1.1 кГц — 0.1 мкФ 6.2 кОм
• 465 Гц — 10 нФ 150 кОм
• 46 Гц — 0.1 мкФ 150 кОм
• 4.5 Гц — 1 мкФ 150 кОм

Конечно, частоты даны очень приблизительно, всё зависит от применённых компонентов.

 

Собираем — Проверяем

Данную конструкцию удобно запитывать от батареек или маленького сетевого блока с обычным трансформатором и выпрямителем прямо в коробочке-вилке. Во избежание выжигания столь любимых мною КМОП 555 таймеров защита от переполюсовки тут весьма уместна.

Генератор меандра с защитой от переполюсовки питания

Монтаж паутинкой «Kynar wire» — быстро и недорого

ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ С РЕГУЛИРОВКОЙ ЧАСТОТЫ

   Как-то попросили меня сделать простую мигалку, чтоб реле управлять или маломощной лампочкой мигать. Собирать простейший мультивибратор, будь то симметричный или не симметричный, как-то банально, да и схема нестабильна и не совсем надежна, при том что работать она должна при напряжение 24 вольта в грузовом автомобиле, да и еще размеры иметь не слишком большие.

Схема

   Поискав по сети схемы, решил по даташиту включить популярную микросхему NE555N. Прецизионный таймер, стоимость которого очень мала – порядка 10 рубликов за микросхему в дип корпусе! Но так как нагрузка у нас не совсем слабая, и может потребоваться большие токи относительно питания таймера, то нам нужен какой-то ключ, которым и будет управлять сам таймер.

   Можно взять обычный транзистор, но он будет греться ввиду больших потерь из-за больших падений на переходах – поэтому взял высоковольтный полевой транзистор на несколько ампер тока, такому ключу при токе даже в 2 ампера не потребуется радиатор вообще.

   Сам таймер 555 имеет ограничения в питающем напряжение – порядка 18 вольт, хотя уже и при 15 может смело вылететь, поэтому собираем цепочку из ограничительного резистора и стабилитрона с фильтрующим конденсатором по входу питания!

   В схему введен регулятор, дабы можно было вращая ручку регулятора изменить частоту импульсов вспышки лампочки или срабатывания реле. Если же регулировка не требуется, можно подстроить частоту на нужные, замерить сопротивление и впаять потом готовое. На приведённой выше — сразу 2 регулятора, которыми меняется скважность (отношение включенного состояния выхода к выключенному). Если требуется соотношение 1:1 — убираем всё кроме одного переменного резистора.

Видео

   Часть элементов выполнено в дип корпусах, часть в смд — для компактности и лучшей компоновки в целом. Схема генератора импульсов заработала после включения практически сразу, осталось только подстроить под нужную частоту. Плату желательно залить термоклеем или поставить в корпус из пластика, дабы автовладельцы не догадались ее прикрутить напрямую к корпусу или положить на что-то металлическое.

Схемы на все случаи жизни » Высоковольтный генератор на NE555

Добрый день, уважаемые читатели. Сегодня я хотел бы предложить Вам схему простого высоковольтного генератора на микросхеме NE555.

На просторах интернета очень много схем посвящено данной тематике и подобным конструкциям. Как правило они не лишены одного своего серьёзного недостатка, все они не имеют системы защиты от обратного напряжения. В большинстве случаев это приводит к печальным последствиям: выгоранию выходных транзисторов и пробою таймера NE555.

Испытывая одну из подобных конструкций я сам спалил пару микросхем NE555 и несколько выходных ключей. Тогда и возникла идея доработки данной схемы и добавления простейшей, но надежной защиты. После проведённой доработки больше при работе не возникало никаких проблем и не сгорело ни одного элемента. Итак, рассмотрим работу устройства, представленного на фото ниже подробнее.

Основу данной схемы составляет генератор прямоугольных импульсов на интегральном таймере NE555 (отечественный аналог КР1006ВИ1). Частота генератора задаётся цепочкой R1-R2-C1. При данных номиналах частота генератора составляет приблизительно 30 килогерц. С выхода генератора через токоограничительный резистор R3 выходной сигнал поступает на вход составного транзистора Т1-Т2. В коллектор транзистора Т2 включена первичная обмотка повышающего выходного трансформатора. Диод VD1 служит для защиты устройства от броска обратного напряжения при закрытии транзистора. Супрессорный диод VD2 защищает транзистор Т2 от пробоя и выбирается по максимальному напряжению коллектор-эмиттер Т2. Супрессорный диод VD3 защищает микросхему DD1 от пробоя. Так как максимальное напряжение питания микросхемы составляет 15 вольт, супрессорный диод следует выбрать на напряжение открывания не более этого значения или немного выше. При работе на вторичной обмотке трансформатора напряжение приблизительно 5-6 киловольт. Это напряжение поступает на вход умножителя УН-9/27. С выхода данного умножителя и снимается высокое напряжение.

Таким образом доработка схемы заключается в установке диода VD1 и супрессорных диодов VD2 и VD3. Несмотря на всю простоту защиты, она дала отличные результаты и надёжную защиту схемы от бросков обратного напряжения.

Следует отметить интересный факт, что генератор собранный по данной схеме имеет так называемый электронный ветер — поток отрицательно заряженных электронов у высоковольтного провода. Его можно обнаружить по холодку при приближении руки к высоковольтному проводу. Поэтому данная схема и используется очень часто при построении ионизаторов воздуха. Кроме того замечен ещё один интересный факт: высокое напряжение с данной установки способно растекаться по поверхности диэлектрических материалов (стеклу, дереву, бумаге, фарфору, пластмассе…), по поверхности тела человека (при достаточной частоте не причиняя никакого вреда), электризует вокруг себя лежащую бумагу (до того что при проведении рукой по газете, лежащей рядом с установкой по ней пробегают искры). Ни с одной другой схемой (без умножителя, с переменным напряжением на выходе) таких эффектов не было обнаружено. В подборке фото ниже представлены фото с испытаний данного генератора.

Внимание!!! Любое проведение экспериментов по пропусканию тока по поверхности человеческого тела, а так же все подобные эксперименты, опасны для жизни!!! При неверном расчёте схемы, каких либо неполадках, недостаточности квалификации в этой области, Вам грозит поражение электрическим током, вплоть до летального исхода… Не проводите подобные опыты не имея достаточного опыта!!! Соблюдайте строго технику безопасности! Запомните: Электрический ток — это хороший слуга, но плохой хозяин!!!

Список использованных радиодеталей

• DD1 — NE555 (КР1006ВИ1)
• VD1 — КД213
• VD2 — 1.5КЕ100СА
• VD3 — 1.5КЕ18СА
• C1 — 0.01 мкФ
• C2 — 0.01 мкФ
• R1 — 680 Ом
• R2 — 2К
• R3 — 100 Ом
• Т1 — КТ815А
• Т2 — КТ8101А (С радиатором)

Трансформатор Tr1 — это переделанный строчный трансформатор от старого лампового телевизора. Для его переделки снимаем первичную обмотку и мотаем свою. Первичная обмотка содержит 8 витков провода ПЭЛ-1.5. Вторичная обмотка (высоковольтная, залитая пластмассой) остается штатной, после чего трансформатор собирается. При сборке между половинок сердечника следует сделать зазор около 1 мм из тонкого гетинакса или стеклотекстолита.

На этом на сегодня всё. До новых встреч. С уважением, Андрей Савченко.

P.S. Обновление на 19.03.2020: Данный высоковольтный генератор собирался летом 2012 года т.е. как раз после окончания мной 2-ого курса ОмГТУ. Мне уже тогда были достаточно интересны эксперименты с высоким напряжением (впрочем, сейчас мало что изменилось и к подобным экспериментам я время от времени возвращаюсь). Данная схема является одной из самых простых схем данного класса (проще, наверное, только различные типы блокинг-генераторов…).

Если Вы решите собирать высоковольтный генератор по выше приведённой схеме, то в качестве модернизации рекомендую Вам использовать в выходном каскаде вместо составного транзистора драйвер на комплементарной паре транзисторов, предназначенный для управления mosfet транзисторами в связке с самим mosfet транзистором (эта рекомендация будет мной дана ещё несколько раз в подобных статьях).  При этом все остальные цепи генератора остаются без изменения (хотя защитные цепи транзистора можно выполнить по схеме, описанной в статье Вторая жизнь ионофона на NE555, но при этом, скорее всего, придётся пересчитать параметры гасящей RC-цепи под используемую частоту генератора. В этой же статье описан выходной каскад, выполненный, как раз, по предложенным модернизациям). Mosfet транзистор по току стока, напряжению сток-исток, а так же рассеиваемой мощности должен быть не хуже, чем транзистор Т2 в исходной схеме. Данная замена повысит качество работы предложенного высоковольтного генератора. 

Схема блокинг-генератора на NE555 и полевом транзисторе, высоковольтный выход

Схема блокинг-генератора

   Схема блокинг-генератора построена на микросхеме NE555, в наладке не нуждается, стабильно генерирует. NE555 представляет собой своеобразный генератор, где можно комбинацией резисторов и конденсатором задавать частоту, а также длительность импульса и паузы. Сколько на этом таймере разной хрени сделали, за его более чем сорокалетнюю историю… До сих пор эта микросхема, несмотря на почтенный возраст, штампуется миллионными тиражами и есть практически в каждом лабазе по цене в считанные рубли. Если не вникать глубоко в структуру таймера 555, то несложно.
Грубо говоря, таймер следит за напряжением на конденсаторе С1, которое снимает с вывода THR (THRESHOLD — порог). Как только оно достигнет максимума (кондер заряжен), так открывается внутренний транзистор. Который замыкает вывод DIS (DISCHARGE — разряд) на землю. При этом на выходе OUT появляется логический ноль. Конденсатор начинает разряжаться через DIS и когда напряжение на нем станет равно нулю (полный разряд) система перекинется в противоположное состояние — на выходе 1, транзистор закрыт. Конденсатор начинает снова заряжаться и все повторяется вновь. Частота задается в основном конденсатором С1 и еще немного зависит от величины сопротивления R1.

NE555

   Усилитель выходных импульсов выполнен на мощном полевом транзисторе IRF3205 (можно использовать и другие аналогичные полевики типа IRFZ44 и др.). В качестве трансформатора используется строчный трансформатор, который можно найти в старых цветных телевизорах, либо приобрести на радио рынках.

ТВС

   В качестве первичной обмотки трансформатора мотаем 6-9 витков провода диаметром 1мм, которую затем закрепляем скотчем или эпоксидной смолой на трансформаторе, вторичную обмотку используем уже готовую выходную обмотку от трансформатора. Частота генератора около 60-90 кГц, выходное напряжение около 1-3 кВ. Выходное высокое напряжение можно использовать в схеме люстры чижевского, но там нам понадобится ещё и умножитель напряжения.
   Использовать и налаживать схему нужно очень осторожно, т.к на выходе опасное напряжение около 3000 вольт. Без нагрузки прибор должен потреблять очень маленький ток, если потребляет много, добавьте немного витков в первичную обмотку.
   Включать и налаживать устройство очень аккуратно, на выходе высокое напряжение.

555 Oscillator Tutorial — The Astable Multivibrator

Таймер 555 IC может быть подключен либо в моностабильном режиме, создавая прецизионный таймер с фиксированной продолжительностью времени, либо в его бистабильном режиме для выполнения переключающего действия триггерного типа. Но мы также можем подключить микросхему таймера 555 в нестабильном режиме, чтобы создать очень стабильную схему 555 Oscillator для генерации высокоточных свободно работающих сигналов, выходная частота которых может регулироваться с помощью подключенной извне RC-цепи, состоящей всего из двух резисторов. и конденсатор.

Осциллятор 555 — это другой тип релаксационного генератора для генерации стабилизированных прямоугольных выходных сигналов либо с фиксированной частотой до 500 кГц, либо с переменным коэффициентом заполнения от 50 до 100%. В предыдущем учебном пособии по таймеру 555 мы видели, что моностабильная схема генерирует одиночный выходной импульс с однократным импульсом при срабатывании триггерного входа на контакте 2.

В то время как моностабильная схема 555 остановилась по истечении заданного времени, ожидая повторного запуска следующего триггерного импульса, для того, чтобы заставить генератор 555 работать как нестабильный мультивибратор, необходимо постоянно повторно запускать микросхему 555 IC после каждого временной цикл.

Этот повторный запуск в основном достигается путем соединения входа триггера (контакт 2) и входа порога (контакт 6) вместе, тем самым позволяя устройству действовать как нестабильный генератор. Тогда осциллятор 555 не имеет стабильных состояний, поскольку он постоянно переключается из одного состояния в другое. Кроме того, единственный синхронизирующий резистор предыдущей схемы моностабильного мультивибратора был разделен на два отдельных резистора, R1 и R2, с их переходом, подключенным к входу разряда (вывод 7), как показано ниже.

Базовая схема генератора Astable 555

В приведенной выше схеме генератора 555 контакты 2 и 6 соединены вместе, что позволяет схеме повторно запускаться в каждом цикле, позволяя ей работать как автономный генератор. Во время каждого цикла конденсатор C заряжается через оба синхронизирующих резистора, R1 и R2, но разряжается только через резистор R2, поскольку другая сторона R2 подключена к разрядному выводу , вывод 7.

Затем конденсатор заряжается до 2/3 В постоянного тока (верхний предел компаратора), который определяется комбинацией 0,693 (R1 + R2) C, и разряжается до 1/3 В постоянного тока (нижний предел компаратора), определяемый 0,693 (R2 * В) комбинация. Это приводит к форме выходного сигнала, уровень напряжения которого приблизительно равен Vcc — 1,5 В, а периоды времени «ВКЛ» и «ВЫКЛ» на выходе определяются комбинацией конденсатора и резистора. Таким образом, индивидуальное время, необходимое для завершения одного цикла зарядки и разрядки выхода, составляет:

Время зарядки и разрядки генератора Astable 555

Где R — в Ом, а C — в фарадах.

При подключении в качестве нестабильного мультивибратора выходной сигнал осциллятора 555 будет продолжать бесконечно заряжаться и разряжаться между 2/3 В и 1/3 В постоянного тока до тех пор, пока не будет отключен источник питания. Как и в случае с моностабильным мультивибратором, время зарядки и разрядки, а, следовательно, и частота, не зависят от напряжения питания.

Таким образом, продолжительность одного полного временного цикла равна сумме двух отдельных моментов времени, когда конденсатор заряжается и разряжается вместе, и определяется как:

555 Время цикла осциллятора

Выходная частота колебаний может быть найдена путем обращения приведенного выше уравнения для общего времени цикла, что дает окончательное уравнение для выходной частоты генератора Astable 555 как:

555 Уравнение частоты осциллятора

Изменяя постоянную времени только одной из комбинаций RC, можно точно установить коэффициент заполнения Duty Cycle , более известный как отношение «Mark-to-Space» выходного сигнала, которое выражается как отношение резистора R2 к резистору. R1.Рабочий цикл генератора 555, который представляет собой отношение времени «ВКЛ» к времени «ВЫКЛ», определяется по формуле:

555 Рабочий цикл осциллятора

Рабочий цикл не имеет единиц, так как это отношение, но может быть выражено в процентах (%). Если оба синхронизирующих резистора, R1 и R2, равны по величине, то выходной рабочий цикл будет 2: 1, то есть 66% времени включения и 33% времени выключения по отношению к периоду.

555 Генератор Пример №1

Генератор Astable 555 построен с использованием следующих компонентов: R1 = 1 кОм, R2 = 2 кОм и конденсатор C = 10 мкФ.Рассчитайте выходную частоту генератора 555 и рабочий цикл выходного сигнала.

т ₁ — время «ВКЛ» заряда конденсатора рассчитывается как:

т ₂ — время «выключения» разряда конденсатора рассчитывается как:

Таким образом, общее периодическое время (T) рассчитывается как:

Таким образом, выходная частота ƒ задается как:

Получение значения рабочего цикла:

В качестве синхронизирующего конденсатора C заряжается через резисторы R1 и R2, но разряжается только через резистор R2, выходной рабочий цикл может быть изменен от 50 до 100% путем изменения номинала резистора R2.При уменьшении значения R2 рабочий цикл увеличивается до 100%, а при увеличении R2 рабочий цикл уменьшается до 50%. Если резистор R2 очень велик по сравнению с резистором R1, выходная частота нестабильной цепи 555 будет определяться только R2 x C.

Проблема с этой базовой нестабильной конфигурацией генератора 555 заключается в том, что рабочий цикл, отношение «метка к промежутку» никогда не опускается ниже 50%, так как наличие резистора R2 предотвращает это. Другими словами, мы не можем сделать время включения выходов короче, чем время выключения, так как (R1 + R2) C всегда будет больше, чем значение R1 x C.Одним из способов решения этой проблемы является подключение диода обхода сигнала параллельно резистору R2, как показано ниже.

Улучшенный рабочий цикл генератора 555

При подключении этого диода D1 между входом триггера и входом разрядки синхронизирующий конденсатор теперь будет заряжаться напрямую только через резистор R1, поскольку резистор R2 эффективно закорочен диодом. Конденсатор нормально разряжается через резистор R2.

Дополнительный диод D2 может быть подключен последовательно с разрядным резистором R2, если требуется, чтобы синхронизирующий конденсатор заряжался только через D1, а не через параллельный путь R2.Это связано с тем, что во время процесса зарядки диод D2 включен с обратным смещением, блокируя прохождение тока через себя.

Теперь предыдущее время зарядки t ₁ = 0,693 (R1 + R2) C изменено с учетом этой новой схемы зарядки и дается как: 0,693 (R1 x C). Поэтому рабочий цикл задается как D = R1 / (R1 + R2). Тогда для создания рабочего цикла менее 50% резистор R1 должен быть меньше резистора R2.

Хотя предыдущая схема улучшает рабочий цикл выходного сигнала за счет зарядки синхронизирующего конденсатора C1 через комбинацию R1 + D1, а затем разряжает его через комбинацию D2 + R2, проблема с этой компоновкой схемы заключается в том, что схема генератора 555 использует дополнительные компоненты, т.е.е. два диода.

Мы можем улучшить эту идею и очень легко получить фиксированную прямоугольную форму выходного сигнала с точным коэффициентом заполнения 50% и без необходимости в каких-либо дополнительных диодах, просто переместив положение зарядного резистора R2 на выход (контакт 3). как показано.

Генератор с нестабильным рабочим циклом 50%

Генератор 555 теперь производит 50% рабочего цикла в качестве синхронизирующего конденсатора, C1 теперь заряжается и разряжается через тот же резистор R2, а не разряжается через вывод 7 разряда таймера, как раньше.Когда на выходе генератора 555 высокий уровень, конденсатор заряжается через R2, а когда на выходе низкий уровень, он разряжается через R2. Резистор R1 используется для обеспечения полной зарядки конденсатора до того же значения, что и напряжение питания.

Однако, поскольку конденсатор заряжается и разряжается через один и тот же резистор, приведенное выше уравнение для выходной частоты колебаний должно быть немного изменено, чтобы отразить это изменение схемы. Тогда новое уравнение для 50% нестабильного осциллятора 555 дается как:

Уравнение частоты рабочего цикла 50%

Обратите внимание, что резистор R1 должен быть достаточно высоким, чтобы гарантировать, что он не мешает зарядке конденсатора для обеспечения требуемого рабочего цикла 50%.Также изменяя значение конденсатора синхронизации, C1 изменяет частоту колебаний нестабильной цепи.

Применение осциллятора 555

Ранее мы говорили, что максимальный выход для потребления или источника тока нагрузки через контакт 3 составляет около 200 мА, и этого значения более чем достаточно для управления или переключения других логических ИС, нескольких светодиодов или небольшой лампы и т. Д., И что нам понадобится использовать биполярный транзистор или полевой МОП-транзистор для усиления выходного сигнала 555 для управления большими токовыми нагрузками, такими как двигатель или реле.

Но осциллятор 555 может также использоваться в широком диапазоне схем и приложений генератора сигналов, которые требуют очень небольшого выходного тока, например, в электронном испытательном оборудовании для создания всего диапазона различных выходных тестовых частот.

Модель 555 также может использоваться для создания очень точных синусоидальных, прямоугольных и импульсных сигналов или в качестве светодиодных или ламповых мигалок и диммеров для простых схем создания шума, таких как метрономы, генераторы тонов и звуковых эффектов и даже музыкальные игрушки для Рождества.

Мы могли бы очень легко построить простую схему генератора 555 для мигания нескольких светодиодов «ВКЛ» и «ВЫКЛ», подобных показанному, или для создания высокочастотного шума из громкоговорителя. Но один очень хороший и простой в реализации научный проект с использованием нестабильного осциллятора 555 — это электронный метроном.

Метрономы — это устройства, используемые для отметки времени в музыкальных произведениях, производя регулярные и повторяющиеся музыкальные ритмы или щелчки. Простой электронный метроном может быть создан с использованием генератора 555 в качестве основного устройства отсчета времени, и путем регулировки выходной частоты генератора можно установить темп или «количество ударов в минуту».

Так, например, темп 60 ударов в минуту означает, что один удар будет происходить каждую секунду, а с точки зрения электроники это соответствует 1 Гц. Таким образом, используя некоторые очень распространенные музыкальные определения, мы можем легко построить таблицу различных частот, необходимых для нашей схемы метронома, как показано ниже.

Таблица частот метронома

Музыкальное определение	Оценка	Ударов в минуту	Время цикла (T)	Частота
Ларгетто	Очень медленно	60	1 сек	1.0 Гц
Анданте	Медленная	90	666 мс	1,5 Гц
Модерато	Средний	120	500 мс	2,0 Гц
Аллегро	Быстро	150	400 мс	2,5 Гц
Presto	Очень быстро	180	333 мс	3,0 Гц

Диапазон выходной частоты метронома был просто рассчитан как величина, обратная 1 минуте или 60 секундам, деленная на необходимое количество ударов в минуту, например (1 / (60 секунд / 90 ударов в минуту) = 1.5 Гц) и 120 ударов в минуту эквивалентны 2 Гц и так далее. Таким образом, используя наше теперь знакомое уравнение выше для расчета выходной частоты нестабильной схемы генератора 555, можно найти отдельные значения R1, R2 и C.

Период времени выходного сигнала для нестабильного осциллятора 555 задается как:

Для нашей схемы электронного метронома значение резистора синхронизации R1 можно найти, изменив приведенное выше уравнение, чтобы получить:

При значении резистора R2 = 1 кОм и конденсатора C = 10 мкФ значение резистора синхронизации R1 для нашего частотного диапазона дается от 142 кОм при 60 ударах в минуту до 46 к 1 Ом при 180 ударах в минуту, поэтому переменный резистор (потенциометр) 150 кОм будет более чем достаточно для схемы метронома, чтобы воспроизвести полный диапазон требуемых ударов и даже больше.Тогда последняя схема для нашего примера электронного метронома будет иметь следующий вид:

555 Электронный метроном

Эта простая схема метронома демонстрирует только один простой способ использования генератора 555 для создания слышимого звука или ноты. Он использует потенциометр 150 кОм для управления всем диапазоном выходных импульсов или ударов, и, поскольку он имеет значение 150 кОм, его можно легко откалибровать, чтобы получить эквивалентное процентное значение, соответствующее положению потенциометра.Например, 60 ударов в минуту равны 142,3 кОм или 95% вращения.

Аналогичным образом, 120 ударов в минуту равны 70,1 кОм или 47% вращения и т.д. необходимо учитывать при расчете выходной частоты или периода времени.

Хотя приведенная выше схема представляет собой очень простой и забавный пример генерации звука, можно использовать осциллятор 555 в качестве генератора / синтезатора шума или для создания музыкальных звуков, тонов и сигналов тревоги путем создания частотно-регулируемого генератора. генератор сигналов отношения метка / пространство.

В этом уроке мы использовали только одну схему генератора 555 для создания звука, но путем каскадирования вместе двух или более микросхем генератора 555 можно создать различные схемы для создания целого ряда музыкальных и звуковых эффектов. Одной из таких новинок является сирена полицейской машины «Ди-Да», представленная в примере ниже.

555 Генератор полицейской сирены «Ди-Да»

Схема имитирует звуковой сигнал тревоги, имитирующий звук полицейской сирены.IC1 подключен как несимметричный нестабильный мультивибратор с частотой 2 Гц, который используется для частотной модуляции IC2 через резистор 10 кОм. Выходной сигнал IC2 симметрично чередуется между 300 Гц и 660 Гц, что занимает 0,5 секунды для завершения каждого цикла чередования.

555 Timer Tutorial — Моностабильный мультивибратор

Мы видели, что мультивибраторы и КМОП-генераторы могут быть легко сконструированы из дискретных компонентов для создания релаксационных генераторов для генерации базовых прямоугольных выходных сигналов.Но есть также специализированные ИС, специально разработанные для точного воспроизведения требуемой формы выходного сигнала с добавлением всего лишь нескольких дополнительных компонентов синхронизации.

Одним из таких устройств, которое существует с первых дней создания ИС и которое само по себе стало отраслевым «стандартом», является 555 Timer Oscillator , который чаще называют «555 Timer» .

Базовый таймер 555 получил свое название от того факта, что есть три подключенных внутри резистора 5 кОм, которые он использует для генерации опорных напряжений двух компараторов.Микросхема таймера 555 — это очень дешевое, популярное и полезное устройство точной синхронизации, которое может действовать либо как простой таймер для генерации одиночных импульсов или длительных задержек, либо как генератор релаксации, генерирующий цепочку стабилизированных форм сигналов с различными рабочими циклами от 50 до 100%.

Микросхема таймера 555 представляет собой чрезвычайно надежное и стабильное 8-контактное устройство, которое может работать как очень точный моностабильный, бистабильный или нестабильный мультивибратор для различных применений, таких как таймеры однократного действия или задержки, генерация импульсов, светодиоды и лампы. мигалки, сигналы тревоги и генерация тонов, логические часы, частотное деление, источники питания и преобразователи и т. д., фактически любая схема, которая требует некоторой формы контроля времени, поскольку список бесконечен.

Одиночная микросхема таймера 555 в своей базовой форме представляет собой биполярный 8-контактный миниатюрный двухрядный корпус (DIP), состоящий примерно из 25 транзисторов, 2 диодов и примерно 16 резисторов, образующих два компаратора, триггер и выходной каскад с высоким током, как показано ниже. Наряду с таймером 555 доступен также генератор таймера NE556, который объединяет ДВА отдельных 555 в одном 14-контактном DIP-корпусе и маломощные КМОП-версии одного таймера 555, такие как 7555 и LMC555, которые вместо этого используют транзисторы MOSFET.

Упрощенная «блок-схема», представляющая внутреннюю схему таймера 555 , приведена ниже с кратким объяснением каждого из его соединительных контактов, чтобы помочь обеспечить более четкое понимание того, как он работает.

Блок-схема таймера 555

• • Контакт 1. — Земля , Контакт заземления соединяет таймер 555 с отрицательной (0 В) шиной питания.
• • Контакт 2. — Триггер , отрицательный вход компаратора № 1.Отрицательный импульс на этом выводе «устанавливает» внутренний триггер, когда напряжение падает ниже 1/3 В постоянного тока, что приводит к переключению выхода из состояния «НИЗКОЕ» в «ВЫСОКОЕ».
• • Контакт 3. — Выход , выходной контакт может управлять любой цепью TTL и способен обеспечивать или принимать до 200 мА тока при выходном напряжении, равном приблизительно Vcc — 1,5 В, поэтому небольшие динамики, светодиоды или двигатели могут быть подключен напрямую к выходу.
• • Контакт 4. — Сброс , Этот контакт используется для «сброса» внутреннего триггера, контролирующего состояние выхода, контакт 3.Это вход с активным низким уровнем, который обычно подключается к уровню логической «1», когда не используется, чтобы предотвратить любой нежелательный сброс выхода.
• • Контакт 5. — Управляющее напряжение , Этот контакт управляет синхронизацией 555, подавляя уровень 2 / 3Vcc в сети делителя напряжения. Путем подачи напряжения на этот контакт ширину выходного сигнала можно изменять независимо от схемы синхронизации RC. Когда он не используется, он подключается к земле через конденсатор 10 нФ, чтобы устранить любые помехи.
• • Контакт 6. — Порог , положительный вход для компаратора № 2. Этот контакт используется для сброса триггера, когда приложенное к нему напряжение превышает 2 / 3Vcc, что приводит к переключению выхода с «HIGH» на «LOW». » штат. Этот вывод подключается непосредственно к схеме синхронизации RC.
• • Контакт 7. — Разряд , Разрядный контакт подключен непосредственно к коллектору внутреннего NPN-транзистора, который используется для «разряда» синхронизирующего конденсатора на землю, когда выход на контакте 3 переключается на «НИЗКИЙ».
• • Контакт 8. — Supply + Vcc , Это контакт источника питания и для таймеров TTL 555 общего назначения находится в диапазоне от 4,5 до 15 В.

Таймеры 555 Название происходит от того факта, что три резистора 5 кОм соединены между собой внутри, образуя сеть делителя напряжения между напряжением питания на контакте 8 и землей на контакте 1. Напряжение на этой последовательной резистивной цепи удерживает отрицательный инвертирующий вход. второго компаратора на 2 / 3В постоянного тока и положительного неинвертирующего входа на первый компаратор при 1 / 3В постоянного тока.

Два компаратора вырабатывают выходное напряжение, зависящее от разницы напряжений на их входах, которая определяется действием заряда и разряда внешне подключенной RC-цепи. Выходы обоих компараторов подключены к двум входам триггера, который, в свою очередь, выдает выходной уровень «ВЫСОКИЙ» или «НИЗКИЙ» на Q в зависимости от состояний его входов. Выход триггера используется для управления ступенью переключения сильноточного выхода, чтобы управлять подключенной нагрузкой, создавая на выходном контакте либо «ВЫСОКИЙ», либо «НИЗКИЙ» уровень напряжения.

Чаще всего генератор таймера 555 используется в качестве простого нестабильного генератора путем подключения двух резисторов и конденсатора к его клеммам для генерации фиксированной последовательности импульсов с периодом времени, определяемым постоянной времени RC-цепи. Но микросхему генератора таймера 555 также можно подключать различными способами для производства моностабильных или бистабильных мультивибраторов, а также более распространенного нестабильного мультивибратора.

Моностабильный таймер 555

Работа и выход моностабильного таймера 555 точно такие же, как и у транзисторного таймера, который мы рассмотрели ранее в руководстве по моностабильным мультивибраторам.На этот раз разница в том, что два транзистора были заменены таймером 555. Рассмотрим моностабильную схему таймера 555 ниже.

Моностабильный 555 Таймер

Когда отрицательный (0 В) импульс подается на вход триггера (контакт 2) моностабильного генератора с таймером 555, внутренний компаратор (компаратор №1) обнаруживает этот вход и «устанавливает» состояние триггера, изменяя выход из состояния «НИЗКИЙ» в состояние «ВЫСОКИЙ». Это действие, в свою очередь, выключает разрядный транзистор, подключенный к выводу 7, тем самым устраняя короткое замыкание на внешнем синхронизирующем конденсаторе C1.

Это действие позволяет синхронизирующему конденсатору начать заряжаться через резистор R1 до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не достигнет порогового (вывод 6) напряжения 2/3 В постоянного тока, установленного внутренней сетью делителя напряжения. В этот момент выход компаратора становится «ВЫСОКИМ» и «сбрасывает» триггер обратно в исходное состояние, что, в свою очередь, включает транзистор и разряжает конденсатор на землю через контакт 7. Это заставляет выход изменить свое состояние. вернуться к исходному стабильному значению «НИЗКОЕ» в ожидании следующего импульса запуска для повторного запуска процесса отсчета времени.Тогда, как и раньше, моностабильный мультивибратор имеет только «ОДНО» стабильное состояние.

Цепь моностабильного таймера 555 запускается по отрицательному импульсу, приложенному к выводу 2, и этот импульс запуска должен быть намного короче, чем ширина выходного импульса, позволяющая синхронизирующему конденсатору зарядиться, а затем полностью разрядиться. После запуска 555 Monostable будет оставаться в этом нестабильном выходном состоянии «ВЫСОКИЙ» до тех пор, пока не истечет период времени, установленный сетью R ₁ x C ₁ .Время, в течение которого выходное напряжение остается «ВЫСОКИМ» или на уровне логической «1», определяется следующим уравнением постоянной времени.

Где t — в секундах, R — в Ω, а C — в фарадах.

555 Таймер Пример №1

Моностабильный таймер 555 требуется для создания временной задержки в цепи. Если используется синхронизирующий конденсатор емкостью 10 мкФ, рассчитайте номинал резистора, необходимого для обеспечения минимальной временной задержки на выходе 500 мс.

500 мс — это то же самое, что сказать 0.5 с, поэтому, изменив приведенную выше формулу, мы получим расчетное значение для резистора R как:

Расчетное значение резистора синхронизации, необходимого для обеспечения требуемой постоянной времени 500 мс, поэтому составляет 45,5 кОм. Однако резистор номиналом 45,5 кОм не существует в качестве резистора стандартного номинала, поэтому нам нужно будет выбрать резистор ближайшего предпочтительного значения 47 кОм, который доступен во всех стандартных диапазонах допуска от E12 (10%) до E96. (1%), что дает нам новое пересчитанное время задержки 517 мс.

Если эта разница во времени в 17 мс (500 — 517 мс) неприемлема, вместо одного резистора синхронизации, два резистора разного номинала могут быть соединены вместе последовательно, чтобы отрегулировать ширину импульса до точного желаемого значения, или выбрать другое значение конденсатора синхронизации.

Теперь мы знаем, что временная задержка или ширина выходного импульса моностабильного таймера 555 определяется постоянной времени подключенной RC-сети. Если требуются длительные задержки в несколько десятков секунд, не всегда целесообразно использовать высокопроизводительные временные конденсаторы, поскольку они могут быть физически большими, дорогими и иметь большие допуски по величине, например.г, ± 20%.

Одним из альтернативных решений является использование синхронизирующего конденсатора небольшого номинала и резистора гораздо большего номинала до примерно 20 МОм, чтобы обеспечить требуемую временную задержку. Кроме того, используя один временный конденсатор меньшего номинала и подключенные к нему через многопозиционный поворотный переключатель резисторы с разными номиналами, мы можем создать схему генератора моностабильного таймера 555, которая может производить импульсы разной длительности при каждом повороте переключателя, например переключаемую схему таймера моностабильного 555. показано ниже.

A Переключаемый таймер 555

Мы можем вручную рассчитать значения R и C для отдельных необходимых компонентов, как мы это делали в приведенном выше примере.Однако выбор компонентов, необходимых для получения желаемой временной задержки, требует от нас расчета либо с использованием киломов (кОм), мегомов (МОм), микрофарадов (мкФ) или пикафарадов (пФ), и очень легко получить временную задержку. это в десять или даже сто раз меньше.

Мы можем немного облегчить нашу жизнь, используя тип диаграммы, называемый «Номограф», который поможет нам найти ожидаемую выходную частоту моностабильных мультивибраторов для различных комбинаций или значений как R, так и C.Например,

Моностабильный номограф

Таким образом, выбрав подходящие значения C и R в диапазонах от 0,001 мкФ до 100 мкФ и от 1 кОм до 10 МОм соответственно, мы можем считать ожидаемую выходную частоту непосредственно из графика номограммы, тем самым исключив любые ошибки в расчетах. На практике значение резистора синхронизации для моностабильного таймера 555 не должно быть меньше 1 кОм или больше 20 МОм.

Бистабильный таймер 555

Наряду с одноразовой конфигурацией 555 Monostable , описанной выше, мы также можем изготовить бистабильное (два стабильных состояния) устройство с работой и выходом 555 Bistable , аналогичными транзисторному устройству, которое мы рассматривали ранее в бистабильном режиме. Руководство по мультивибраторам.

555 Bistable — одна из простейших схем, которые мы можем построить, используя микросхему генератора таймера 555. Эта бистабильная конфигурация не использует какую-либо схему синхронизации RC для создания выходной формы волны, поэтому не требуется никаких уравнений для расчета периода времени схемы. Рассмотрим схему бистабильного таймера 555 ниже.

Бистабильный таймер 555 (триггер)

Переключение формы выходного сигнала достигается путем управления входами триггера и сброса таймера 555, которые удерживаются на «ВЫСОКОМ» уровне двумя подтягивающими резисторами, R1 и R2.Принимая триггерный вход (контакт 2) «НИЗКИЙ», переключатель в заданном положении, изменяет состояние выхода на «ВЫСОКОЕ» состояние и, принимая вход сброса (контакт 4) «НИЗКИЙ», переключатель в положение сброса, изменяет выход в состояние «НИЗКОЕ».

Эта схема таймера 555 будет оставаться в любом состоянии неопределенное время и, следовательно, является бистабильной. Тогда бистабильный таймер 555 будет стабильным в обоих состояниях, «ВЫСОКИЙ» и «НИЗКИЙ». Пороговый вход (контакт 6) подключен к земле, чтобы гарантировать, что он не может сбросить бистабильную схему, как это было бы в обычном приложении синхронизации.

555 Выход таймера

Мы не смогли закончить это руководство по 555 Timer , не обсудив кое-что о коммутационных и управляющих возможностях таймера 555 или даже двойного таймера 556 IC .

Выход (контакт 3) стандартного таймера 555 или таймера 556 может либо «принимать», либо «получать» ток нагрузки максимум до 200 мА, что достаточно для непосредственного управления выходными преобразователями, такими как реле, лампы накаливания, двигатели светодиодов или динамики и т. д. с помощью последовательных резисторов или диодной защиты.

Эта способность таймера 555 одновременно «поглощать» (поглощать) и «обеспечивать» (подавать) ток означает, что выходное устройство может быть подключено между выходной клеммой таймера 555 и источником питания для поглощения тока нагрузки или между выходной терминал и заземление для источника тока нагрузки. Например.

Поглощение и получение выхода таймера 555

В первой схеме выше светодиод подключен между положительной шиной питания (+ Vcc) и выходным контактом 3.Это означает, что ток будет «опускаться» (поглощаться) или течь в выходную клемму таймера 555, и светодиод будет «ВКЛ», когда выход «НИЗКИЙ».

Вторая схема выше показывает, что светодиод подключен между выходным контактом 3 и землей (0 В). Это означает, что ток будет «Источником» (питанием) или течь из выходного терминала таймера 555, и светодиод будет «ВКЛ», когда выход «ВЫСОКИЙ».

Способность таймера 555 одновременно потреблять и передавать выходной ток нагрузки означает, что оба светодиода могут быть подключены к выходной клемме одновременно, но только один из них будет включен в зависимости от того, является ли состояние выхода «ВЫСОКОЕ» или «НИЗКИЙ».Схема слева показывает пример этого. два светодиода будут попеременно включаться и выключаться в зависимости от выхода. Резистор R используется для ограничения тока светодиода ниже 20 мА.

Ранее мы говорили, что максимальный выходной ток для потребления или источника тока нагрузки через контакт 3 составляет около 200 мА при максимальном напряжении питания, и этого значения более чем достаточно для управления или переключения других логических ИС, светодиодов или небольших ламп и т. Д. Но что, если бы мы хотели переключать или управлять устройствами более высокой мощности, такими как двигатели, электромагниты, реле или громкоговорители.Затем нам нужно будет использовать транзистор для усиления выхода таймера 555, чтобы обеспечить достаточно высокую мощность для управления нагрузкой.

Драйвер транзистора 555 с таймером

Транзистор в двух приведенных выше примерах может быть заменен устройством Power MOSFET или транзистором Дарлингтона, если ток нагрузки велик. При использовании индуктивной нагрузки, такой как двигатель, реле или электромагнит, рекомендуется подключить диод свободного хода (или маховик) непосредственно через клеммы нагрузки, чтобы поглотить любые напряжения обратной ЭДС, генерируемые индуктивным устройством, когда оно меняет состояние.

До сих пор мы рассматривали возможность использования таймера 555 для генерации моностабильных и бистабильных выходных импульсов. В следующем руководстве по генерации сигналов мы рассмотрим подключение 555 в нестабильной конфигурации мультивибратора. При использовании в нестабильном режиме и частота, и рабочий цикл выходного сигнала можно точно контролировать для создания очень универсального генератора сигналов.

Цепь звукового генератора

Tick Tock с использованием таймера 555 IC

Учебное пособие о том, как сделать схему генератора тикающего звука с использованием микросхемы таймера 555.Звук похож на тот, который используется при демонстрации тикающей бомбы замедленного действия в фильмах. Контейнер реверберации может быть добавлен к динамику, чтобы звук был похож на звук тик-так, исходящий от механических часов.

Посмотрите видео выше, чтобы получить подробные пошаговые инструкции о том, как построить эту схему. Объяснение того, как работает схема, также включено в видео.

Время между последовательными парами ударов можно изменить, чтобы они больше напоминали звуки сердцебиения.(В динамике, который использовался в видеоуроке, не хватало басов. Так что только синхронизация кажется похожей на звуки сердечного ритма)

Необходимые компоненты

• 555 Таймер IC
• 8-омный динамик
• Светодиод (опционально)
• Конденсаторы: 2 x 10 мкФ
• Резисторы: 47K, 220R
• Макетная плата
• Мало разъемов макетной платы
• (5-9) В Источник питания

Точное значение см. В таблице светодиодных резисторов, показанной в видеоуроке. Последовательный резистор светодиода (220R)

Принципиальная схема

Как работает эта схема

В этой схеме микросхема таймера 555 сконфигурирована для работы в нестабильном / бистабильном режиме.Это означает, что напряжение на выходе 555 IC постоянно переключается между 0V и Vs (напряжение питания).

Каждый раз, когда происходит изменение выходного напряжения с 0 В на Vs или с V на 0 В, диафрагма динамика быстро перемещается. Это движение генерирует тик или такт в зависимости от того, движется ли диафрагма вверх или вниз.

Для получения более подробной информации о том, как работает эта схема, посетите это руководство: Схема регулируемого мигания / мигания светодиода с использованием микросхемы таймера 555. Он также содержит визуальную анимацию работы схемы.

Дальнейшие улучшения

Мы можем регулировать промежуток между последовательными ударами в реальном времени, заменив резистор R1 на потенциометр. И несколько схем с разными частотами ударов / тика могут быть объединены для создания схем синтезатора звука.

Приложения

• Чтобы добавить механического ощущения к цифровым часам
• В схемах метронома (Они музыканты, чтобы поддерживать ритм)
• В гипнотических устройствах, которые требуют мигания огней и тикающих звуков

Если у вас есть какие-либо вопросы / предложения, не стесняйтесь размещать их в разделе комментариев к этому видео: Схема звукового генератора Tick Tock с использованием таймера 555 IC

Генератор импульсов

с использованием 555-IC

Таймер 555 IC может быть подключен либо в моностабильном режиме, создавая прецизионный таймер с фиксированной продолжительностью времени, либо в его бистабильном режиме для выполнения переключающего действия триггерного типа.Но мы также можем подключить микросхему таймера 555 в нестабильном режиме, чтобы создать очень стабильную схему 555 Oscillator для генерации высокоточных свободно работающих сигналов, выходная частота которых может регулироваться с помощью подключенной извне RC-цепи, состоящей всего из двух резисторов. и конденсатор.

Осциллятор 555 — это другой тип релаксационного генератора для генерации стабилизированных прямоугольных выходных сигналов либо с фиксированной частотой до 500 кГц, либо с переменным коэффициентом заполнения от 50 до 100%.В предыдущем учебном пособии по таймеру 555 мы видели, что моностабильная схема генерирует одиночный выходной импульс с однократным импульсом при срабатывании триггерного входа на контакте 2.

В то время как моностабильная схема 555 остановилась по истечении заданного времени, ожидая повторного запуска следующего триггерного импульса, для того, чтобы заставить генератор 555 работать как нестабильный мультивибратор, необходимо постоянно повторно запускать микросхему 555 IC после каждого временной цикл.

Содержание

Описание

Принципиальная схема

Вещи, которые вам нужны

рабочая

Принципиальная схема

Принципиальная схема

Вещи, которые вам нужны

• IC-555

• Резисторы 220 Ом и 10 кОм

• Аккумулятор на 9 В и зажим

• Несколько перемычек

• Конденсаторы 10 мкФ и 10 нФ (керамические)

• Переменный резистор 100 кОм

• Светодиод

• Макетная плата

Генерация сигнала ШИМ

ШИМ (широтно-импульсная модуляция) — важная особенность каждого современного микроконтроллера из-за его потребности в управлении многими устройствами практически во всех областях электроники.ШИМ широко используется для управления двигателем, освещением и т. Д. Иногда мы не используем микроконтроллер в наших приложениях, и если нам нужно генерировать ШИМ без микроконтроллера , то мы предпочитаем некоторые ИС общего назначения, такие как операционные усилители, таймеры, генераторы импульсов и т. Д. Здесь мы используем микросхему таймера 555 для генерации ШИМ. 555 ИС таймера — очень полезная ИС общего назначения, которую можно использовать во многих приложениях.

Процент времени, в течение которого сигнал ШИМ остается ВЫСОКИМ (по времени), называется рабочим циклом.Если сигнал всегда включен, это 100% -ный рабочий цикл, а если он всегда выключен, это 0% -ный рабочий цикл.

Рабочий цикл = время включения / (время включения + время выключения)

Частота ШИМ:

Частота сигнала ШИМ определяет, насколько быстро ШИМ завершает один период. Один период полностью включает и выключает сигнал ШИМ, как показано на рисунке выше. В нашем руководстве мы установим частоту 5 кГц.

Мы можем заметить, что светодиод не горит на полсекунды, а светодиод горит на полсекунды.Но если частота включения и выключения увеличилась с «1 в секунду» до «50 в секунду». Человеческий глаз не может уловить эту частоту. Для нормального глаза светодиод будет виден как светящийся с половинной яркостью. Таким образом, при дальнейшем сокращении времени включения светодиод становится намного светлее.

555 Генератор рампы | Аналоговые интегральные схемы

ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

• Две батареи по 6 В
• Один конденсатор, электролитический 470 мкФ, 35 Вт постоянного тока (каталожный номер Radio Shack 272-1030 или аналог)
• Один конденсатор, 0.1 мкФ, неполяризованный (каталожный номер Radio Shack 272-135)
• Одна микросхема таймера 555 (каталожный номер Radio Shack 276-1723)
• Два транзистора PNP — рекомендуются модели 2N2907 или 2N3906 (каталог Radio Shack № 276-1604 представляет собой пакет из пятнадцати транзисторов PNP, идеально подходящих для этого и других экспериментов).
• Два светодиода (каталожный номер Radio Shack 276-026 или аналог)
• Один резистор 100 кОм
• Один резистор 47 кОм
• Два резистора 510 Ом
• Детектор звуковой с наушниками

Номинальное напряжение на конденсаторе 470 мкФ не является критическим, если оно значительно превышает максимальное напряжение источника питания.В этой конкретной схеме это максимальное напряжение составляет 12 вольт. Убедитесь, что вы правильно подключили этот конденсатор в цепи, соблюдая полярность!

ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , том 1, глава 13: «Конденсаторы»

Уроки электрических цепей , том 4, глава 10: «Мультивибраторы»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

• Чтобы проиллюстрировать, как использовать таймер 555 в качестве нестабильного мультивибратора
• Для демонстрации практического применения схемы токового зеркала
• Чтобы помочь понять взаимосвязь между током конденсатора и скоростью изменения напряжения конденсатора

СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Опять же, мы используем микросхему таймера 555 в качестве нестабильного мультивибратора или генератора.Однако на этот раз мы сравним его работу в двух разных режимах зарядки конденсаторов: традиционном RC и постоянном токе.

Подключение контрольной точки №1 (TP1) к контрольной точке №3 (TP3) с помощью перемычки. Это позволяет конденсатору заряжаться через резистор 47 кОм. Когда конденсатор достигает 2/3 напряжения питания, таймер 555 переключается в режим « разряд » и почти сразу разряжает конденсатор до уровня 1/3 напряжения питания. С этого момента цикл зарядки начинается снова.

Измерьте напряжение непосредственно на конденсаторе с помощью вольтметра (предпочтительно цифровой вольтметр) и отметьте скорость заряда конденсатора с течением времени. Сначала он должен быстро расти, а затем спадать по мере увеличения напряжения питания до 2/3, как и следовало ожидать от схемы зарядки RC.

Снимите перемычку с TP3 и снова подключите ее к TP2. Это позволяет заряжать конденсатор через плечо контролируемого тока цепи токового зеркала, образованной двумя PNP-транзисторами.Снова измерьте напряжение непосредственно на конденсаторе, отметив разницу в скорости зарядки во времени по сравнению с последней конфигурацией схемы.

При подключении TP1 к TP2 конденсатор получает почти постоянный зарядный ток. Постоянный ток заряда конденсатора дает линейную кривую напряжения, как описано уравнением i = C (de / dt) . Если ток конденсатора постоянный, то будет и скорость изменения его напряжения с течением времени. В результате получается сигнал « ramp », а не сигнал « пилообразный »:

Зарядный ток конденсатора можно измерить напрямую, заменив перемычку амперметром.Амперметр необходимо настроить на измерение силы тока в диапазоне сотен микроампер (десятых долей миллиампера). Подключенный между TP1 и TP3, вы должны увидеть ток, который начинается с относительно высокого значения в начале цикла зарядки и спадает к концу. Однако при подключении между TP1 и TP2 ток будет намного более стабильным.

Это интересный эксперимент по изменению температуры любого зеркального транзистора путем прикосновения к нему пальцем.По мере того, как транзистор нагревается, он будет проводить больший ток коллектора при том же напряжении база-эмиттер. При прикосновении к управляющему транзистору (связанному с резистором 100 кОм) ток уменьшается.

При прикосновении к транзистору , управляемому , ток увеличивается. Для наиболее стабильной работы токового зеркала два транзистора должны быть скреплены вместе, чтобы их температуры никогда не различались на сколько-нибудь значительную величину.

Эта схема работает так же хорошо на высоких частотах, как и на низких частотах.Замените конденсатор 470 мкФ конденсатором 0,1 мкФ и воспользуйтесь звуковым детектором, чтобы определить форму волны напряжения на выходе 555. Детектор должен издавать звуковой сигнал, который легко слышать. Напряжение конденсатора теперь будет меняться слишком быстро, чтобы его можно было увидеть с помощью вольтметра в режиме постоянного тока, но мы все равно можем измерить ток конденсатора с помощью амперметра.

С помощью амперметра, подключенного между TP1 и TP3 (режим RC), измерьте как микроамперы постоянного, так и переменного тока. Запишите эти текущие цифры на бумаге.Теперь подключите амперметр между TP1 и TP2 (режим постоянного тока).

Измерьте как микроамперы постоянного тока, так и микроамперы переменного тока, отмечая любые различия в показаниях тока между этой конфигурацией схемы и последней. Измерение переменного тока в дополнение к постоянному — простой способ определить, какая конфигурация цепи дает наиболее стабильный зарядный ток.

Если бы схема токового зеркала была идеальной — зарядный ток конденсатора был абсолютно постоянным, — измеритель измерял бы нулевой переменный ток.

Схема многоимпульсного генератора

Генератор нестабильных импульсов на основе таймера 555 IC:

В этом посте подробно обсуждается схема многоимпульсного генератора с использованием микросхемы 555.
Схема нестабильного мультивиратора показана ниже:

Прежде чем продолжить, настоятельно рекомендуется обновить информацию о распиновке микросхемы таймера 555 и внутреннем устройстве таймера 555. Чтобы понять работу схемы, предположим следующее:

1. Выход (на выводе № 3) изначально находится в высоком состоянии.
2. TR1 находится в непроводящем состоянии.
3. Конденсатор C начнет заряжаться током, подаваемым через последовательные резисторы R1 и R2.

Внутренняя схема микросхемы таймера 555 приведена ниже. Обратитесь к этой диаграмме для IC1, IC2, IC3, IC4 и TR1.

• Когда пороговое входное напряжение (контакт 6) превышает 2/3 В _CC , состояние выхода верхнего компаратора (IC1) изменится.
• Это приведет к сбросу бистабильного состояния из-за перехода напряжения на R.
• Следовательно, инвертированный выход перейдет в состояние высокого уровня и одновременно включит TR1.
• Из-за инвертирующего действия буфера (IC4) конечный выход на выводе 3 переходит в состояние низкого уровня.
• Теперь конденсатор (C) разряжается через R2 в коллектор TR1.
• В какой-то момент напряжение на входе триггера (контакт 2) упадет до (1/3) числа V _CC .
• В этот момент нижний компаратор изменит состояние, и переход напряжения на S вернет бистабильное устройство в исходное установленное состояние.
• Затем инвертированный выход переходит в низкий уровень, TR1 переходит в состояние ВЫКЛ.
• В конце концов, выход схемы на выводе № 3 переходит в высокое состояние.
• Таким образом, весь процесс заряда и разряда повторяется непрерывно.
• Формы выходных сигналов нестабильной схемы мультивибратора показаны ниже.

Из осциллограммы можно сделать следующие выводы:

Выход высокого состояния Длительность: t _ВКЛ = 0,693 C (R ₁ + R ₂ )

Низкое состояние выхода Продолжительность: t _ВЫКЛ = 0.693 К Р ₂

Период выходного сигнала: t = t _ВКЛ + t _ВЫКЛ = 0,693 C (R ₁ + 2R ₂ )

Частота повторения импульсов: P.R.F = 1,44 / [C (R ₁ + 2R ₂ )]

Рабочий цикл:
[t _ON / (t _ON + t _OFF )] = [( ₁ + ₂ ) / ( ₁ + 2R ₂ )] x 100%

Здесь
т в секундах,
C в фарадах,
R1, R2 в омах.
Когда R ₁ = R ₂ , уравнение рабочего цикла становится

[t _ON / (t _ON + t _OFF )] = [(R + R) / (R + 2R)] x 100% = 67%

Изменяя значения R ₁ , R ₂ & C, можно изменить частоту повторения импульсов на выходе схемы нестабильного мультивибратора 555.

Для обеспечения удовлетворительной производительности обычно значения R1, R2 и C должны находиться в следующем диапазоне:
C = от 10 нФ до 470 мкФ
R ₁ = от 1 кОм до 1 МОм
R ₂ = от 1 кОм до 1 МОм

Требования к конструкции :
Спроектируйте схему генератора прямоугольных импульсов с помощью микросхемы таймера 555.

Решение:

1. Помните, что для генерации прямоугольных сигналов t _ON и t _OFF должны быть одинаковыми.
2. Но время t _ON всегда больше, чем время t _OFF .
3. Таким образом, соотношение [t _ON / (t _ON + t _OFF )] никогда не станет единицей.
4. Однако при выборе R ₂ намного больше, чем R ₁ , ИС таймера 555 будет генерировать прямоугольный сигнал на выходе
   , т.е. если ₂ >> ₁

Частота следования импульсов = 0.72 / (CR ₂ )

Уравнение рабочего цикла становится

[t _ON / (t _ON + t _OFF )] = [R ₂ / 2R ₂ )] x 100% = 50%

Требования к конструкции:
Разработайте генератор импульсов, который будет обеспечивать частоту повторения импульсов 10 Гц с рабочим циклом 67%.
Решение
С помощью принципиальной схемы нестабильного мультивибратора и приведенных выше уравнений мы можем удовлетворить это конструктивное требование.

Частота повторения импульсов: P.R.F = 1,44 / [C (R ₁ + 2R ₂ )]

Так как это генератор прямоугольных импульсов R1 = R2 = R и, следовательно, рабочий цикл D = 67%

подставив значения P.R.F = 0,48 / CR

• Выберите значение C из диапазона, указанного выше.
• Это значение должно быть таким, чтобы R не было ни слишком маленьким, ни слишком большим.
• Рассмотрим C = 1 мкФ.
• подставляя значение в уравнение, чтобы получить значение R.
  R = 4,8 кОм

Подробнее:
Моностабильный мультивибратор (схема генератора одиночных импульсов) с использованием 555 IC
555 Светодиодный проект на основе таймера
Простые идеи проекта на основе таймера 555


Спасибо за чтение … Поделитесь своими отзывами об этом посте …

Тональный генератор с использованием двух таймеров 555

В этой схеме тонального генератора используется хорошо известная интегральная схема 555 для генерации ряда звуков, которые слышны через небольшой громкоговоритель.

Управляя двумя потенциометрами тонального генератора , вы можете изменять частоту колебаний двух таймеров 555, которые работают как нестабильные мультивибраторы, генерируя, таким образом, разные звуки.

Работа тон-генератора с двумя таймерами 555

Два таймера 555 работают как нестабильные мультивибраторы. Эти мультивибраторы работают на разных частотах, причем у первого мультивибратора частота намного меньше, чем у второго.

• Частота первого мультивибратора зависит от значений потенциометра VR1, резистора R2 и конденсатора C1.
• Частота второго мультивибратора зависит от значений потенциометра VR2, резистора R5 и конденсатора C2.

Резисторы R1 и R4 имеют низкую номинальную стоимость и практически не влияют на частоту.

Выход первого 555 (вывод 3) подключен к управляющему входу второго 555 (вывод 5) через резистор R3. Напряжение прямоугольной формы на выходе первого 555 подается на вывод 5 второго 555 и позволяет изменять выходную частоту второго таймера, увеличивая и уменьшая рабочую частоту, установленную значениями C2 и VR2.

Для подключения динамика к выходу 555 в качестве усилителя тока используется транзистор NPN (Q1). Подключение осуществляется присоединением вывода 3 второго 555 к базе транзистора через резистор R6.

В схеме используется батарея 9 В или источник питания с таким же напряжением.

В эту схему можно внести множество изменений, и вы всегда должны помнить, что для каждого таймера:

• Увеличение C увеличивает время цикла (и, следовательно, снижает частоту).
• Увеличение R1 увеличит Time High, но оставит Time Low незатронутым.
• Увеличение R2 приведет к увеличению Time High, увеличению Time Low и уменьшению рабочего цикла (минимум до 50%)

Частота колебаний первого таймера: F = 1 / [0,693 x C1 x (VR1 + 2 x R2)]

Частота колебаний первого таймера: F = 1 / [0,693 x C3 x (VR1 + 2 x R5)]

Список компонентов схемы тон-генератора

• 2 555 интегральных схем
• 4 резистор 1 кОм (R1, R2, R4, R5)
• 1 резистор 22 кОм (R3)
• 1 резистор 220 Ом (R6)
• 1 резистор 22 кОм, 2 Вт (R7)
• 2 потенциометра 100 кОм (VR1, VR2)
• 1 4.