Как рассчитать параметры 555 таймера для нужной частоты и длительности импульсов. Какие формулы использовать для моностабильного и астабильного режимов работы. Какие онлайн-калькуляторы помогут в расчетах.
Принцип работы 555 таймера
Микросхема 555 таймера — одна из самых популярных интегральных схем, используемых для генерации импульсов и временных задержек. Ее отличают простота использования, низкая стоимость и универсальность применения.
Основные режимы работы 555 таймера:
- Моностабильный (одновибратор) — генерирует одиночный импульс заданной длительности
- Астабильный (мультивибратор) — генерирует непрерывную последовательность импульсов
- Бистабильный (триггер) — имеет два устойчивых состояния
Длительность импульсов и частота их следования задаются внешними резисторами и конденсатором. Правильный расчет этих компонентов — ключ к стабильной работе схемы на 555 таймере.
Расчет параметров для моностабильного режима
В моностабильном режиме 555 таймер генерирует одиночный импульс заданной длительности при подаче запускающего сигнала. Длительность выходного импульса T определяется по формуле:
T = 1.1 * R * C
Где:
- T — длительность импульса в секундах
- R — сопротивление резистора в омах
- C — емкость конденсатора в фарадах
Зная требуемую длительность импульса, можно подобрать номиналы R и C. Типичные значения:
- R = 1 кОм — 10 МОм
- C = 10 нФ — 100 мкФ
Расчет параметров для астабильного режима
В астабильном режиме 555 таймер работает как генератор прямоугольных импульсов. Для расчета частоты и скважности используются следующие формулы:
Длительность высокого уровня: T1 = 0.693 * (R1 + R2) * C
Длительность низкого уровня: T2 = 0.693 * R2 * C
Период: T = T1 + T2 = 0.693 * (R1 + 2*R2) * C
Частота: F = 1 / T = 1.44 / ((R1 + 2*R2) * C)
Коэффициент заполнения: D = T1 / (T1 + T2) = (R1 + R2) / (R1 + 2*R2)
Где R1, R2 — сопротивления резисторов, C — емкость конденсатора.
Онлайн калькуляторы для расчета 555 таймера
Для упрощения расчетов можно воспользоваться онлайн калькуляторами:
- Калькулятор 555 таймера на сайте electrontools.com
- Калькулятор 555 Timer Program от Andrew Clarkson
- Расчет параметров 555 таймера на сайте electroschematics.com
Эти инструменты позволяют быстро рассчитать номиналы компонентов для нужной частоты и длительности импульсов как в моностабильном, так и в астабильном режимах работы.
Советы по выбору компонентов
При подборе резисторов и конденсаторов для схемы с 555 таймером следует учитывать:
- Сопротивление R1 влияет на длительность высокого уровня
- Сопротивление R2 влияет на длительность и высокого, и низкого уровней
- Увеличение емкости C снижает частоту
- Для стабильной работы рекомендуется выбирать R1 и R2 в диапазоне 1 кОм — 1 МОм
- Емкость C обычно в пределах 100 пФ — 100 мкФ
Практические примеры расчета
Рассмотрим несколько примеров расчета параметров 555 таймера для типичных применений:
Пример 1: Генератор с частотой 1 кГц
Требуется получить частоту 1 кГц в астабильном режиме. Выберем С = 10 нФ.
Из формулы для частоты: 1000 = 1.44 / ((R1 + 2*R2) * 10e-9)
Пусть R1 = R2 = R, тогда:
R = 1.44 / (3 * 1000 * 10e-9) = 48 кОм
Округляем до ближайшего стандартного значения: R1 = R2 = 47 кОм
Реальная частота будет: F = 1.44 / ((47000 + 2*47000) * 10e-9) = 1021 Гц
Пример 2: Одиночный импульс 100 мс
Требуется получить одиночный импульс длительностью 100 мс в моностабильном режиме.
Выберем С = 10 мкФ. Из формулы для длительности импульса:
0.1 = 1.1 * R * 10e-6
Отсюда R = 0.1 / (1.1 * 10e-6) = 9090 Ом
Округляем до стандартного значения: R = 9.1 кОм
Реальная длительность импульса: T = 1.1 * 9100 * 10e-6 = 100.1 мс
Проверка расчетов
После расчета параметров рекомендуется проверить работу схемы на макетной плате. Для точной настройки частоты или длительности импульсов можно использовать подстроечные резисторы.
Измерить реальные параметры выходного сигнала можно с помощью осциллографа или частотомера. Это позволит скорректировать расчеты с учетом реальных характеристик компонентов и паразитных параметров схемы.
Типичные ошибки при расчетах
При расчете параметров 555 таймера следует избегать распространенных ошибок:
- Неправильный перевод единиц измерения (например, нФ вместо мкФ)
- Использование формул для другого режима работы
- Выбор слишком больших или малых номиналов компонентов
- Неучет паразитных параметров схемы
- Ошибки в расчетах из-за округления промежуточных результатов
Внимательная проверка расчетов и тестирование схемы помогут избежать этих ошибок и получить стабильно работающее устройство на базе 555 таймера.
Заключение
Правильный расчет параметров — ключ к стабильной и точной работе схем на базе 555 таймера. Используя приведенные формулы и онлайн-калькуляторы, можно быстро подобрать номиналы компонентов для требуемой частоты и длительности импульсов. Проверка расчетов на практике поможет учесть реальные характеристики схемы и добиться оптимальных результатов.
Онлайн калькулятор расчета параметров 555 таймера
Для реализации логических цепей, участвующих в работе сигнализаций, датчиков, преобразователей, усилители применяются специальные таймеры. Данное устройство позволяет генерировать на выходе импульсы прямоугольной формы с определенными параметрами. За счет чего такое приспособление выступает и в роли таймера, и в роли генератора импульсов. Для того чтобы рассчитать периоды положительного и отрицательного импульса, необходимо оперировать величиной сопротивлений и емкостью конденсатора.
Схема 555 таймераПосмотрите на рисунок, здесь приведена принципиальная схема работы 555 таймера (аналог микросхема КР1006ВИ1 )
Выводы:
1 — Земля.
2 — Запуск.
3 — Выход.
4 — Сброс.
5 — Контроль.
6 — Останов.
7 — Разряд.
8 — Плюс питания.
Как видите, конструктивно он состоит из резисторов R1, R2 и конденсатора C.
Поэтому, чтобы рассчитать длительность высокого и низкого уровня, необходимо воспользоваться такими расчетными формулами:
Длительность высокого уровня импульса на выходе работы схемы вычисляется по формуле:
T1 = 0,7 * (R1+R2) * C, где
R1 и R2 – величина сопротивления соответствующих резисторов, указанных на схеме;
C – емкость конденсатора.
Для вычисления низкого уровня импульса на выходе работы схемы используется формула:
T2 = 0,7 * R1 * C
Для определения величины полного периода применяется формула:
T = 0,7 * C * (2*R1+R2)
Для расчета частоты смены импульсов на выходе таймера 555 используется формула:
F = 1.45 / ((R1+2*R2)*C)
Подбирая параметры сопротивлений и емкости в цепи, вы сможете собрать 555 таймер с требуемыми величинами высокого и низкого сигнала на выходе. Чтобы не считать параметры по формулам выше, вы можете воспользоваться нашим онлайн-калькулятором.
Заполните одно из значений ниже, и нажмите кнопку «Рассчитать» и калькулятор определит вам целый ряд возможных вариантов для сопротивлений резисторов R1, R2 и значение емкости конденсатора C 1. Для ввода дробного значения используйте символ точка. Например 0.5 секунды.
Назначение выводов:
Вывод №1 — Земля(GND).
Вывод подключается к минусу питания или к общему проводу схемы.
Вывод №2 — Запуск(TRIG).
Этот вывод является одним из входов компаратора №2. При подаче на этот вход импульса низкого уровня, который должно быть не более 1/3 напряжения питания, происходит запуск таймера и на выводе №3 появляется напряжение высокого уровня на время, которое задается внешним сопротивлением Ra+Rb и конденсатором С. Данный режим работы называется — режим моностабильного мультивибратора. Импульс, подаваемый на вывод №2, может быть как прямоугольным, так и синусоидным и по длительности он должен быть меньше чем время заряда конденсатора С.
Вывод №3 — Выход(OUT).
Высокий уровень равен напряжению питания минус 1,7 Вольта. Низкий уровень равен примерно 0,25 вольта. Время переключения с одного уровня на другой происходит примерно за 100 нс.
Вывод №4 — Сброс(RST).
При подаче на этот вывод напряжения низкого уровня (не более 0,7в) произойдет сброс таймера и на выходе его установится напряжение низкого уровня. Если в схеме нет необходимости в режиме сброса, то данный вывод необходимо подключить к плюсу питания.
Вывод №5 — Управление(CVOLT).
Обычно, этот вывод не используется. Однако его применение может значительно расширить функциональность таймера. При подаче напряжения на этот вывод можно управлять длительностью выходных импульсов таймера, а значит отказаться от RC времязадающей цепочки. Подаваемое напряжение на этот вход в режиме моностабильного мультивибратора может составлять от 45% до 90% напряжения питания. А в режиме мультивибратора от 1,7в и до напряжения питания. Соответственно на выходе получится FM модулированный сигнал.
Если этот вывод не используется, то его лучше подключить через конденсатор 0,01мкФ к общему проводу.
Вывод №6 — Стоп(THR).
Этот вывод является одним из входов компаратора №1. При подаче на этот вывод импульса высокого уровня (не менее 2/3 напряжения питания), работа таймера останавливается, и на выходе таймера устанавливается напряжение низкого уровня. Как и на вывод №2, на этот вывод можно подавать импульсы как прямоугольные, так и синусоидные.
Вывод №7 — Разряд(DISC).
Этот вывод соединен с коллектором транзистора Т1, эмиттер которого соединен с общим проводом. При открытом транзисторе конденсатор С разряжается через переход коллектор-эмиттер и остается в разряженном состоянии пока не закроется транзистор. Транзистор закрыт, когда на выходе таймера высокий уровень и открыт, когда на выходе низкий уровень.
Вывод №8 — Питание(VCC).
Напряжение питания таймера составляет от 4,5 до16 вольт.
Расчёт параметров таймера NE555
- Подробности
- Категория: Разное
Таймер NE555 может работать как моностабильный мультивибратор, а также как генератор прямоугольных импульсов c выходным током 200 мА(max).
I потребления = I вых + 3 мА(maх).
Напряжение питания от 4,5B(min) до 16B(max).
Точность параметров таймера — не более 1% от расчетного значения и не зависит от напряжения питания.
Блок схема таймера NE555.
1 Земля. |
Подключается к минусу питания схемы. |
8 Питание. |
Напряжение питания таймера NE 555 постоянное и может быть в интервале от 4,5B(min) до 16B(max). |
2 Запуск. |
При подаче на этот вход импульса лог. «0», происходит запуск таймера и на выводе №3 появляется напряжение лог. «1» на время, которое задается внешним сопротивлением R1+R2 и конденсатором С. Данный режим работы называется моностабильным. |
7 Разряд. |
Вывод соединен с коллектором транзистора эмиттер которого соединен с общим проводом. При открытом транзисторе конденсатор С разряжается через переход коллектор-эмиттер. Транзистор закрыт, когда на выходе таймера лог. «1» и открыт, когда на выходе лог. «0». |
3 Выход. |
Логическая 1 равена Uпит — 1,7В. Логический ноль равен 0,25В. Время переключения 100 нс. |
6 Стоп. |
При подаче на этот вывод импульса лог. «1» (не менее 2/3 напряжения питания), работа таймера останавливается, и на выходе таймера устанавливается напряжение лог. «0». |
4 Сброс. |
При подаче на этот вывод напряжения лог. «0» (не более 0,7в) произойдет сброс таймера и на выходе его установится напряжение лог. «0». Если в схеме нет необходимости в режиме сброса, то вывод «сброс» необходимо подключить к плюсу питания. |
5 Контроль. |
Применение вывода расширяет функциональность таймера. Изменением напряжения от 45% до 90% на этот вывод можно управлять длительностью выходных импульсов таймера, а значит отказаться от RC времязадающей цепочки. |
Введите значения R1, R2 и С и нажмите «Расчет»
555 Timer Program
Программа предназначена для расчета значений резисторов и конденсаторов нестабильного и моностабильного режимов работы таймера типа 555.
Таймер 555 был создан больше тридцати лет назад и является одной из самых распространенных интегральных схем. Его основные достоинства – простота, множественность применений, дешевизна. 555 Timer Program представляет собой интуитивное приложение-справку, которое помогает радиолюбителям вычислять значения конденсаторов и сопротивлений, использующихся в проектах с таймерами типа 555. Программа крайне проста, основная информация четко разделена по категориям-вкладкам, расположенным в основном меню. В них можно обнаружить интерактивные схемы, позволяющие вводить расчетные значения и другие данные – времена включения/выключения сигнала, частоту и рабочий цикл.
В моностабильном (или ждущем) режиме таймер 555 работает как «одноразовый» генератор импульсов. Такой режим характерен для таймеров, делителей частоты, переключателей, сенсорных выключателей, измерителей емкости конденсаторов. Предложенная в программе схема вырабатывает импульс на третьем выходе таймера каждый раз, когда подается сигнал нажатием на кнопку. Длительность импульса определяется величинами резистора и конденсатора.
Нестабильный (или генераторный) режим таймера 555 позволяет ему работать как генератор. Такой режим включают в себя светодиодные лампы и мигалки, генераторы импульсов, таймеры реального времени, генераторы звука, охранные сигнализации и другие устройства. Выходной сигнал на третьем выводе таймера представляет собой квадратные волны. Частота колебания определяется значениями двух резисторов и конденсатора.
Бистабильный режим, когда таймер 555 функционирует подобно триггеру Шмитта, в программе не рассмотрен. Вкладка «Help» содержит подробную информацию о расчете необходимых значений. 555 Timer Program позволяет выбирать напряжение питания. Значения вне доступных диапазонов показываются красным цветом. Всю информацию также можно распечатать.
Софт написан на Visual Basic 4.0, для работы, возможно, понадобится установить Visual Basic Runtime Library. Программа на английском языке. Вследствие своей малой популярности и узкого круга возможностей официального русификатора к ней не создано.
Автором 555 Timer Program является гражданин Великобритании Эндрю Кларксон (Andrew Clarkson). Его сайт – http://clarkson-uk.com/andy/. Рассчитать величины резисторов и конденсаторов для работы таймера 555 в разных режимах можно из интерактивной формы, представленной на сайте разработчика. Устанавливать программу при этом не требуется. Автор предупреждает, что новых обновлений или изменений программы не будет, поскольку он потерял исходный код и не имеет времени писать все с нуля.
555 Timer Program предназначена для работы на базе платформы Windows. Создатель уверяет, что программа работает со всеми версиями Windows.
Распространение программы: Freeware (бесплатная)
Официальный сайт 555 Timer Program: http://clarkson-uk.com/555-timer/program.html
Скачать 555 Timer Program
Обсуждение программы на форуме