Как работает генератор на таймере 555. Какие бывают схемы генераторов на 555. Для чего используются генераторы на 555 таймере. Как рассчитать частоту и скважность генератора.
Принцип работы генератора на таймере 555
Таймер 555 — это интегральная микросхема, специально разработанная для создания генераторов импульсов различной формы. Внутренняя структура таймера 555 включает в себя:
- Два компаратора
- RS-триггер
- Выходной каскад
- Резистивный делитель напряжения
Принцип работы генератора на 555 таймере основан на заряде и разряде внешнего конденсатора через резисторы. Когда напряжение на конденсаторе достигает определенных пороговых значений, срабатывают внутренние компараторы и переключают выход микросхемы.
Основные схемы генераторов на таймере 555
Существует несколько базовых схем генераторов на 555 таймере:
Астабильный мультивибратор
Это схема автоколебательного генератора прямоугольных импульсов. Частота и скважность определяются номиналами внешних резисторов и конденсатора.
Моностабильный мультивибратор
Генерирует одиночный импульс заданной длительности при поступлении запускающего сигнала. Длительность импульса задается RC-цепочкой.
Генератор с регулируемой скважностью
Позволяет независимо регулировать длительность импульса и паузы с помощью двух переменных резисторов.
Расчет частоты и скважности генератора на 555
Частота колебаний астабильного мультивибратора на 555 таймере рассчитывается по формуле:
F = 1.44 / ((R1 + 2R2) * C)
Где R1 и R2 — сопротивления резисторов, C — емкость конденсатора.
Скважность импульсов определяется соотношением:
Q = (R1 + R2) / (R1 + 2R2)
Изменяя номиналы элементов, можно получить требуемые параметры выходного сигнала.
Применение генераторов на таймере 555
Генераторы на 555 таймере широко используются в различных электронных устройствах:
- Звуковые генераторы
- Генераторы тактовых импульсов
- ШИМ-контроллеры
- Мигающие индикаторы
- Таймеры и реле времени
- Преобразователи напряжения
Универсальность, простота и низкая стоимость делают генераторы на 555 очень популярными в любительской и профессиональной электронике.
Преимущества генераторов на таймере 555
Генераторы на таймере 555 обладают рядом важных достоинств:
- Широкий диапазон рабочих частот — от долей Гц до сотен кГц
- Простота схемотехники — минимум внешних компонентов
- Стабильность параметров в широком диапазоне питающих напряжений
- Высокая нагрузочная способность выхода — до 200 мА
- Низкая стоимость микросхемы и компонентов
- Возможность работы в различных режимах
Это позволяет создавать на основе 555 таймера эффективные генераторы для самых разных применений.
Ограничения генераторов на 555 таймере
При использовании генераторов на 555 следует учитывать некоторые ограничения:
- Максимальная рабочая частота обычно не превышает 500 кГц
- Нестабильность частоты при изменении температуры
- Ограниченная точность установки частоты и скважности
- Искажения формы импульсов на высоких частотах
- Повышенное энергопотребление по сравнению с КМОП-генераторами
В критичных применениях может потребоваться использование более совершенных генераторов на специализированных микросхемах.
Практические советы по применению генераторов на 555
При разработке устройств на основе генераторов с таймером 555 полезно учитывать следующие рекомендации:
- Использовать качественные конденсаторы с малыми утечками для повышения стабильности
- Применять развязывающие конденсаторы по питанию вблизи микросхемы
- Использовать резисторы с допуском не хуже 1% для точной настройки частоты
- Экранировать генератор для уменьшения влияния помех
- Подключать нагрузку через буферный каскад для исключения влияния на частоту
Соблюдение этих правил позволит создать надежно работающий генератор на таймере 555.
Заключение
Генераторы на таймере 555 остаются популярным и удобным решением для создания импульсных сигналов в самых разных электронных устройствах. Простота, универсальность и доступность делают их отличным выбором как для начинающих радиолюбителей, так и для профессиональных разработчиков. Понимание принципов работы и особенностей применения генераторов на 555 позволяет эффективно использовать их возможности при проектировании электронной аппаратуры.
Генератор на 555-м таймере
На микросхеме таймере 555 можно собрать самую простую схему генератора прямоугольных импульсов, работающего в широком диапазоне частот. 555 микросхема самая популярная в мире, некоторым оценкам ежегодно производится более миллиарда 555-х таймеров.
Микросхема 555 выпускается в корпусе DIP-8 и содержит в схему таймера. Для сборки генератора прямоугольных импульсов нам понадобится только 1 микросхема 555, 1 резистор и 1 конденсатор (мигалка на светодиоде не в счёт). Перечислим несколько аналогов интегрального 555 таймера: КР1006ВИ1, ECG955M, XR-555, NE555, HA555, SE555, LC555, ICM7555, MC1455/MC1555, LM1455/LM555C, NTE955M, RM555/RC555, CA555/CA555C, LC7555, SN52555/SN72555.
Рис. 1. Принципиальная электрическая схема генератора прямоугольных импульсов на 555-м таймере.
На схеме генератора, см. рис. 1 резистор R1 работает в цепи положительной обратной связи. Конденсатор C1 задаёт частоту прямоугольных импульсов на выходе генератора.
Таблица зависимости частоты колебаний генератора от ёмкости конденсатора C1 представлена в табл. 1.
Рис. 2. Осциллограмма, снятая на 3-й ножке микросхемы 555 (1-я ножка общий провод).
Рис. 3. Осциллограмма, снятая на 2-ой ножке микросхемы 555 (1-я ножка общий провод).
| C1 nF |
F Hz |
D % |
| 1000 | 6 | 63 |
| 400 | 17 | 63 |
| 300 | 23 | 63 |
| 200 | 34 | 63 |
| 100 | 67 | 63 |
| 68 | 105 | 63 |
| 47 | 142 | 63 |
| 22 | 272 | 63 |
| 15 | 393 | 63 |
| 10 | 660 | 63 |
| 6,8 | 63 | |
| 4,7 | 886 | 63 |
| 3,3 | 1040 | 62 |
| 1,5 | 2410 | 62 |
| 1 | 4560 | 61 |
| 0,68 | 5650 | 60 |
| 0,47 | 8270 | 59 |
| 0,33 | 10900 | 57 |
| 0,22 | 14400 | 55 |
| 0,15 | 17700 | 55 |
| 0,1 | 21200 | 56 |
| 0,082 | 25700 | 57 |
| 0,075 | 26000 | 57 |
| 0,068 | 28400 | 56 |
| 0,033 | 45800 | 52 |
| 0,01 | 210000 | 51 |
Табл.
1. Зависимость частоты и скважности на выходе генератора от ёмкости конденсатора С1.
Рис. 4. Макет генератора прямоугольных импульсов на 555-м таймере.
Рис. 5. Принципиальная электрическая схема генератора низкой частоты (НЧ) на 555-м таймере.
В схеме рис. 5 можно использовать пассивный электро-динамический зуммер с сопротивлением 45 Ом или пьезоэлектрический зуммер. В последнем случае, установка резистора R2 необходима.
Рис. 6. Принципиальная электрическая схема генератора низкой частоты (НЧ) на 555-м таймере с переменным резистором.
- Электроника
- Назад
- Вперед
Генераторы на интегральном таймере
Генераторы электрических сигналов составляют довольно многочисленную группу устройств, входящих в состав медицинских приборов и аппаратов. Прежде всего, это генераторы стимулирующих сигналов для различных типов электрофизиологической аппаратуры, воздействующей на биологические объекты колебаниями различной формы и интенсивности.
Рисунок 1 – Внутренняя структура таймера 1006ВИ1
Интегральный таймер-это интегральная микросхема, предназначенная специально для создания генераторов напряжения прямоугольной формы. Внутренняя структура таймера 1006ВИ1 (аналог микросхемы типа 555) показана на рис. 1. Два компаратора DA1 и DA2 управляют работой RS – триггера, причем на инвертирующий вход DA1 подается напряжение с резистивного делителя , равное 2/3Uп. На неинвертирующий вход DA2 подается напряжение , равное 1/3Uп. Транзистор VT1 работает в ключевом режиме, а элемент DD2 выполняет роль буфера. Простейший генератор на таймере показан на рис.2.
Рисунок 2 – Генератор прямоугольных импульсов на таймере
Рисунок 3 – Эпюры напряжений генератора на таймере
При включении напряжения питания емкость С разряжена, триггер находится в состоянии «0», транзистор VT1 заперт и на выходе формируется напряжение высокого уровня.
Начинается заряд конденсатора от источника питания через резисторы Ra и Rb (Рис.3).
При достижении напряжения на емкости величины 2/3Uп , срабатывает компаратор DA1 , триггер переходит в состояние «1» и транзистор VT1 входит в режим насыщения. На выходе появляется напряжение низкого уровня, а конденсатор начинает разряжаться через резистор Rb и транзисторный ключ VT1. Как только напряжение на емкости достигает значения 1/3Uп срабатывает компаратор DA2 и переводит триггер в состояние «0». Ключ VT1 запирается и на выходе вновь формируется напряжение высокого уровня. Схема переходит в периодический режим работы, причем период колебаний определяется как
Коэффициент нестабильности генератора не превышает 1%, причем напряжение может изменяться в пределах от 4,5 до 16В с сохранением неизменной частоты колебаний.
Интегральный таймер оказался очень удачным функциональным элементом и к настоящему времени разработано огромное количество схем на его основе.
Рисунок 4 – Генератор с регулируемой длительностью импульсов
На рис.4 представлен генератор, в котором за счет включения диодов VD1 и VD2 разделены цепи заряда и разряда емкости. Таким образом можно раздельно регулировать интервалы t1 и t2 (рис.3).При таком способе регулировки одновременно с изменением скважности изменяется и частота колебаний.
Рисунок 5 – Генератор с регулируемой скважностью импульсов
В схеме рис.5 интервалы t1 и t2 регулируются таким образом, что их сумма, а значит и частота колебаний, остается практически неизменной. Следовательно, скважность выходных импульсов можно регулировать, не меняя их частоты.
Рисунок 6 – Ждущий мультивибратор на таймере
При конструировании электронных схем часто приходится решать задачу формирования одиночного управляющего сигнала , длительность которого устанавливается внешней RC-цепью.
Для этих целей используются ждущие мультивибраторы или одновибраторы (ОВТ). Схема ОВТ на таймере представлена на рис.6.
Рисунок 7 – Эпюры напряжений ОВТ
При положительном входном напряжении, большем 1/3Uп, RS-триггер таймера удерживает транзистор VT1 в насыщенном состоянии и напряжение на времязадающем конденсаторе близко к нулю. Выходное напряжение также близко к нулю (рис.6). При подаче на триггерный вход напряжение менее 1/3Uп , компаратор DA2 (рис.1) срабатывает и переключает триггер, транзистор VT1 закрывается и на выходе устанавливается высокий уровень напряжения. Начинается заряд емкости. Как только напряжение на емкости достигает значения 2/3Uп, срабатывает DA1, триггер таймера переключается в исходное состояние и емкость быстро разряжается через транзисторный ключ. Длительность импульса t = 1,1 CRa.
Нравится
Твитнуть
Основы таймера 555 — моностабильный режим
Таймер 555 может легко стать наиболее распространенным чипом, используемым в электронных проектах «сделай сам», потому что он маленький, недорогой и очень полезный.
Он считается таймером, поскольку может выдавать импульсы электрического тока в течение точного времени. Например, его можно использовать для выключения светодиода ровно через 5 секунд после нажатия кнопки. Он также может включать и выключать светодиод или генерировать импульсы более высокой частоты, которые будут издавать звук при подключении к динамику.
Это первая статья из серии, в которой мы рассмотрим три разных режима таймера 555 — моностабильный, бистабильный и нестабильный. Каждый режим имеет разные характеристики, которые определяют, как таймер 555 выдает ток. В этом руководстве я расскажу о моностабильном режиме, но также ознакомьтесь с нашими статьями об нестабильном и бистабильном режимах.
БОНУС: я сделал краткое руководство для этого руководства, которое вы можете загрузить и вернуться к нему позже, если не можете настроить его прямо сейчас. Он включает в себя все схемы подключения и инструкции, необходимые для начала работы.
Подробная техническая информация приведена в техническом описании таймера 555:
Техническое описание таймера 555
Моностабильный режим таймера 555
В моностабильном режиме таймер 555 выдает одиночный импульс тока в течение определенного промежутка времени.
Иногда это называют однократным импульсом. Пример этого можно увидеть со светодиодом и кнопкой. Одним нажатием кнопки светодиод загорается, а затем автоматически выключается через заданный промежуток времени. Время, в течение которого светодиод остается включенным, зависит от значений резистора и конденсатора, подключенных к таймеру 555. Время можно рассчитать по уравнению:
Где t – продолжительность электрического выхода в секундах, R – сопротивление резистора в Омах, а C – емкость конденсатора в фарадах.
Как видно из уравнения, длину электрического выхода можно увеличить, используя резисторы или конденсаторы большего номинала. Обратное тоже верно. Вы можете получить более короткий выходной импульс с меньшими значениями резистора или конденсатора.
Однократный светодиодный таймер
Чтобы наблюдать за моностабильным режимом таймера 555, давайте создадим простой однократный таймер, который выключит светодиод через определенный промежуток времени.
Используйте приведенную ниже схему для подключения цепи:
- R1: 10 кОм
- R2: 10 кОм
- R3: 470 Ом
- С1: 470 мкФ
- С2: 0,01 мкФ
В этой схеме после однократного нажатия кнопки светодиод загорается, а затем выключается примерно через 5 секунд. Значения R1 и C1 определяют, как долго светодиод остается включенным:
Как работает моностабильный режим
- Контакт 1 — Земля : подключен к 0 В
- Контакт 2 — Триггер : Включает выход, когда подаваемое на него напряжение падает ниже 1/3 Vcc.
- Контакт 3 — выход : Выдает ток до 200 мА при напряжении около 1,5 В.
- Контакт 4 — Сброс : Сбрасывает синхронизацию выхода, когда он подключен к земле (0 В).
- Штырек 5 — Управление : Управляет синхронизирующим выходом независимо от RC-цепи, когда подаваемое на него напряжение превышает 2/3 В пост. тока. Когда он не используется, он обычно подключается к земле через конденсатор емкостью 0,01 мкФ, чтобы предотвратить колебания времени RC-цепи.
- Контакт 6 — Пороговое значение : отключает выход, когда подаваемое на него напряжение превышает 2/3 В постоянного тока.
- Контакт 7 — разрядка : Когда выходное напряжение низкое, он разряжает конденсатор в RC-цепи на землю.
- Контакт 8 — Vcc (напряжение питания) : может варьироваться от 4,5 В до 15 В.
Перед нажатием кнопки напряжение на триггерном контакте высокое. Всякий раз, когда напряжение триггерного контакта высокое, разрядный контакт позволяет току течь на землю и предотвращает накопление заряда на конденсаторе C1.
При нажатии кнопки напряжение на триггерном контакте падает до минимума. Всякий раз, когда напряжение триггерного контакта низкое, выходной контакт включается. В то же время разрядный контакт останавливает поток тока от C1 к земле, позволяя ему заряжаться.
C1 требует времени для зарядки, и пока напряжение на нем ниже 2/3 В пост. тока, пороговый контакт остается низким, поэтому выходной контакт остается включенным.
Когда заряд, наконец, достигает уровня, достаточного для того, чтобы напряжение на C1 превышало 2/3 В пост. тока, пороговый контакт отключает выходной контакт. В то же время разрядный контакт снова включается и предотвращает зарядку конденсатора до тех пор, пока кнопка не будет нажата снова.
Продолжительность времени, в течение которого светодиод остается включенным, зависит от времени, необходимого для зарядки конденсатора до 2/3 В пост. тока. Это также определяется резистором R1, поскольку резистор препятствует протеканию тока к конденсатору и, таким образом, увеличивает время, необходимое для того, чтобы напряжение на нем достигло 2/3 В пост. тока.
Вы можете посмотреть это видео, чтобы увидеть приведенную выше схему в действии:
Переменный однократный светодиодный таймер
Хороший способ наблюдать зависимость времени от сопротивления в этой схеме — заменить R1 переменным резистором.
(потенциометр):
Если вы отрегулируете потенциометр, вы должны увидеть, что светодиод начинает мигать быстрее или медленнее. Эффект весьма драматичен. Большой ресурс по таймеру 555, операционным усилителям и другим микросхемам см. в Мини-ноутбуке инженера: таймер, операционный усилитель и оптоэлектронные схемы и проекты. В этой книге 24 различных схемы таймера 555!
Нажмите здесь, чтобы перейти ко второй части этой серии, 555 Основы таймера — бистабильный режим.
Если у вас есть какие-либо вопросы об этой схеме или у вас возникли проблемы с ее работой, оставьте комментарий ниже. И не забудьте подписаться, чтобы получать уведомления по электронной почте, когда мы публикуем новые статьи!
Kitronik 555 Timer Astable (Tone Generator) Kit – Kitronik Ltd
Сохранить 0
наполнитель
Быстрые ссылки
Поделитесь этим продуктом
Купить на месте у партнера
Опции в комплекте
Комплект Kitronik 555 Timer Astable (тон-генератор) с батареями
+ +
Итого: 4,65 фунта стерлингов без НДС
Этот комплект идеально подходит для студентов выпускных экзаменов в школу, которым необходимо использовать таймер 555 в его нестабильном режиме, когда он выдает прямоугольную волну.
Частота которого регулируется переменным резистором. Плата имеет выбор из двух выходов. Логический выход можно использовать для управления другой микросхемой или можно подключить динамик, чтобы был слышен тон (например, дверной звонок).
Кнопочный переключатель подключается к линии сброса таким образом, что IC активируется только при нажатии кнопки.
Характеристики:
- Набор 555 Timer Untable (тон-генератор) создает сигнал прямоугольной формы.
- Частота прямоугольной волны регулируется переменным резистором.
Состав:
- 1 x 555 Таймер IC.
- 1 x 8-контактный держатель микросхемы.
- 1 резистор 3,3 кОм.
- 1 резистор 10 кОм.
- 1 х 47 кОм потенциометр.
- 2 керамических конденсатора по 10 нФ.
- 1 x BC547 NPN-транзистор.
- 1 x Переключатель «Нажми, чтобы сделать».
- 1 х РР3 зажим.
- 1 держатель батареи 3AA.
- Соединительный провод 0,5 м
- 1 плата тон-генератора
Размеры:
- Длина печатной платы: 40 мм.
- Ширина печатной платы: 40 мм.
Требуется:
- 3 батарейки типа АА.
- Паяльник.
- Припой.
- Кусачки.
- Инструмент для зачистки проводов.
Ресурсы:
- Инструкции по сборке.
- Учебные ресурсы.
Примечание:
- Этот комплект требует пайки.
- Требуется 3 батарейки типа АА. и в зависимости от желаемого использования динамик, оба доступны отдельно.
Бесплатные образцы:
Учителя могут заказать образец этого комплекта (по одному на школу) запросить образец комплекта.
Вам нужно будет выбрать набор из списка всех наборов образцов; артикул этого комплекта 2117.
Примечание: эта услуга предлагается школам только для оценки.
Купить в Великобритании:
Этот продукт разработан и изготовлен в Великобритании компанией Kitronik.
Школа пайки — Университет Китроник
Q:
Привет,
Могу ли я заменить переменный резистор LDR, чтобы сделать светозависимый генератор прямоугольных импульсов, то есть интересный интерактивный генератор шума.
Спасибо
Автор вопроса: Канурас Антонис
Ответ:
Привет, Антонис, Спасибо за ваш вопрос, я боюсь, что это не сработает из-за того, как печатная плата настроена для полного подключения цепи, вам нужно использовать переменный резистор с тремя контактными точками. С наилучшими пожеланиями Каллен
Ответил: Каллен Льюис
19 ноября 18
Вопрос:
Могу ли я изменить рабочий цикл и частоту? В идеале около 80%/20% при повторении в 1 секунду.
У меня есть разные детали, которые можно поменять местами с некоторыми компонентами.
Автор вопроса: Ричард Лоу
Ответ:
Вы можете изменить частоту нашей схемы, изменив значение R3 или C1
.
Частота = 1,44/(R3 x C1).
Ответил: Аарон Стурман
25 апреля 2014 г.
Вопрос:
Могу ли я использовать версию этой базовой схемы для управления реле в стабильном режиме? Как?
Стандартные реле; катушки могут переключаться на что угодно 5v и выше.
Автор вопроса: Ричард
Ответ:
Да, вы можете использовать его для управления реле. Плата имеет управляемый транзистором выход, который можно использовать для подключения к реле.
Ответил: Аарон Стурман
24 апреля 2014 г.
Вопрос:
Привет, Просто быстрый вопрос. Можно ли подключить светодиод вместо динамика? Какова будет частота мигания светодиода? или для тона динамика, можем ли мы настроить тон, скажем, на 50 Гц
Автор вопроса: Сатиш
Ответ:
Привет, Сатиш, с комбинацией резистора и конденсатора на этой плате минимальная частота, которую вы можете получить, составляет 4,2 кГц.
Однако с правильными значениями конденсатора и резистора вы сможете получить практически любую частоту. Если вы посмотрите на инструкции по сборке продукта, которые находятся на этой странице, в них указана формула, чтобы вы могли определить, какие значения вам нужны для любой частоты, которая вам нужна.
Ответил: Аарон Стурман
20 августа 2013 г.
Вопрос:
Привет. Просто хотел проверить, могу ли я легко заменить потенциометр на LDR и т. д.?
Автор вопроса: Грэм
Ответ:
Привет Грэм! Это должно быть хорошо. Следует отметить, что кривая сопротивления/света на LDR экспоненциально падает с количеством света, падающего на LDR. Это может затруднить точное управление шириной импульса по сравнению с использованием потенциометра, который имеет гораздо более линейный отклик.
Ответил: Аарон Стурман
26 июля 13
Вопрос:
Как долго может быть задержка между каждым пиком или максимумом волны с переменным резистором в максимальном положении?
Автор вопроса: Уилл
Ответ:
Минимальная частота составляет 3,2 кГц, что дает время 0,0003125 секунды. Схема объясняется в инструкциях по сборке, которые можно скачать на странице продукта.
Ответил: Kevin Spurr
07-Sep-12
Задайте вопрос по этому продукту
American ExpressApple PayDiners ClubGoogle PayMaestroMastercardPayPalShop PayVisaВаша платежная информация надежно обрабатывается. Мы не храним данные кредитной карты и не имеем доступа к информации о вашей кредитной карте.
Поскольку вы физически не видели товар до его прибытия, вы имеете право на полный возврат средств, если он не совсем соответствует вашим ожиданиям.
