Multivibratore astabile basato su IC timer Building 555
Senza l'uso di trigger esterni, il timer IC 555 può alternare i suoi due stati. Tre parti esterne aggiuntive, due resistori (R 1 e R 2 ) e un condensatore (C) può essere aggiunto all'IC 555 per convertirlo in un circuito multivibratore astabile. Il circuito sottostante mostra l'utilizzo dell'IC 555 come multivibratore astabile insieme alle tre parti esterne.
Poiché i pin 6 e 2 sono già collegati, il dispositivo si attiverà automaticamente e funzionerà come un oscillatore senza la necessità di un impulso di trigger esterno. V CC poiché la tensione di ingresso dell'alimentazione è collegata al pin 8. Poiché il pin 3 nel circuito sopra è il terminale di uscita, l'uscita può essere prelevata da qui. Il pin di ripristino esterno è il pin 4 nel circuito e questo pin può riavviare il timer ma, solitamente, il pin 4 è collegato a V CC quando la funzione di ripristino non è in uso.
Il livello di tensione di soglia oscillerà a seconda della tensione di controllo fornita al pin 5. Al contrario, il pin 5 è spesso collegato a terra tramite un condensatore, che filtra il rumore esterno dal terminale. Il terminale di terra è il pin 1. R 1 , R 2 , e C costituiscono il circuito di temporizzazione, che controlla l'ampiezza dell'impulso di uscita.
Principio di funzionamento
Il circuito interno dell'IC 555 viene visualizzato in modalità astabile, con R 1 , R 2 e C fanno tutti parte del circuito di temporizzazione RC.
Il flip-flop viene ripristinato per la prima volta quando viene collegato all'alimentazione, il che fa sì che l'uscita del timer passi allo stato basso. Come risultato dell'accoppiamento a Q', il transistor di scarica viene spinto al punto di saturazione. Il transistor consentirà al condensatore C del circuito di temporizzazione, collegato al pin 7 dell'IC 555, di scaricarsi. L’output del timer è ora trascurabile. In questo caso la tensione di innesco è l'unica tensione presente attraverso il condensatore. Di conseguenza, se la tensione del condensatore scende al di sotto di 1/3 V CC , la tensione di riferimento che attiva il comparatore n. 2, l'uscita del comparatore n. 2 diventerà alto durante la scarica. Di conseguenza, il flip-flop verrà impostato, producendo un'uscita ALTA per il timer sul pin 3.
Il transistor verrà disattivato da questa uscita elevata. Di conseguenza, attraverso i resistori R 1 e R 2 , il condensatore C si carica. Il pin 6 è collegato alla giunzione dove si incontrano il condensatore e il resistore, quindi la tensione per il condensatore è ora uguale alla tensione di soglia. Quando il condensatore si carica, la sua tensione aumenta esponenzialmente verso V CC ; quando raggiunge i 2/3 V CC , la tensione di riferimento del comparatore di soglia (comparatore 1), i suoi picchi di uscita.
Il flip-flop è quindi RESET. L’uscita del timer diminuisce fino a BASSO. Questa uscita bassa riavvierà il transistor, fornendo al condensatore un percorso di scarica. Di conseguenza, il resistore R 2 consentirà al condensatore C di scaricarsi. Quindi il ciclo continua.
Di conseguenza, mentre il condensatore si carica, la tensione di uscita è elevata sul pin 3 e la tensione attorno al condensatore aumenta in modo aggressivo. In modo simile, la tensione di uscita del pin 3 è bassa e quando il condensatore si scarica, la sua tensione ai suoi capi diminuisce in modo esponenziale. La forma d'onda in uscita appare come una serie di impulsi rettangolari.
Forme d'onda della tensione del condensatore e della tensione di uscita
Di conseguenza, R 1 +R 2 rappresenta la resistenza totale nel canale di carica e C rappresenta la costante di tempo di carica. Solo quando il condensatore passa attraverso il resistore R 2 durante la scarica si scarica. R 2 Di conseguenza C è la costante di tempo di scarica.
Ciclo di lavoro
Le resistenze R 1 e R 2 influenzano la carica e le costanti di tempo di scarica. La variazione nella costante di tempo è tipicamente maggiore della costante di tempo di scarica. Di conseguenza, l'uscita ALTA continua a verificarsi per un periodo più lungo rispetto all'uscita BASSA e la forma d'onda di uscita non è simmetrica, quindi se T è la durata di un ciclo e TON è il tempo per l'uscita più alta, il ciclo di lavoro è dato da :
Quindi, il Duty Cycle in percentuale sarà:
Dove T è la somma dei tempi di carica e scarica, T SU e T SPENTO , la seguente equazione fornisce il valore di T SU oppure il tempo di ricarica T C :
Il tempo di scarica T D , spesso noto come T SPENTO , è dato da:
Di conseguenza, la formula per la durata di un ciclo T è:
Sostituendo nella formula del % Duty Cycle:
La frequenza è data da:
Applicazione – Generazione di onde quadre
Il ciclo di lavoro di un multivibratore astabile è solitamente superiore al 50%. Quando il ciclo di lavoro è esattamente del 50%, un multivibratore astabile produce un'onda quadra come uscita. Cicli di lavoro del 50% o inferiori sono difficili da ottenere con l'IC 555 che agisce come un multivibratore astabile, come accennato in precedenza. Il circuito deve subire alcune modifiche.
Vengono aggiunti due diodi, uno in parallelo al resistore R 2 e l'altro in serie al resistore R 2 con il catodo collegato al condensatore. Cambiando le resistenze R 1 e R 2 , è possibile creare un ciclo di lavoro compreso tra il 5% e il 95%. Il circuito per creare un'uscita a onde quadre può essere configurato come di seguito:
In questo circuito, il condensatore si carica trasferendo corrente tramite R 1 , D 1 , e R 2 durante la ricarica. Si scarica tramite D 2 e R 2 durante lo scarico.
La costante di tempo di carica, T SU = t C , può essere calcolato come segue:
Ed è così che ottieni la costante del tempo di scarica, T SPENTO = t D :
Di conseguenza il ciclo di lavoro D è determinato da:
Fare R 1 e R 2 uguale in valore risulterà in un'onda quadra con un ciclo di lavoro del 50%.
Viene raggiunto un ciclo di lavoro inferiore al 50% quando R 1 la resistenza di è inferiore a R 2 è mentre normalmente R 1 e R 2 può essere sostituito da potenziometri per ottenere ciò. Senza utilizzare alcun diodo, è possibile costruire un altro circuito generatore di onda quadra utilizzando un multivibratore astabile. R 2 è collegato tra i pin 3 e 2 o tra il terminale di uscita e il terminale di trigger. Di seguito lo schema del circuito:
Entrambi i processi di carica e scarica in questo circuito avvengono solo tramite il resistore R 2 . Il condensatore non deve essere esposto a collegamenti esterni durante la carica tramite il resistore R 1 , che dovrebbe essere impostato su un valore elevato. Inoltre, serve a garantire che il condensatore si carichi al massimo del suo potenziale (V CC ).
Applicazione – Variazioni della posizione dell'impulso
Due circuiti integrati timer 555, uno dei quali funziona in modalità astabile e l'altro in modalità monostabile, offrono la modulazione della posizione degli impulsi. Innanzitutto, l'IC 555 è in modalità astabile, il segnale di modulazione si applica al Pin 5 e l'IC 555 produce un'onda modulata in larghezza di impulso come uscita. L'ingresso di attivazione del successivo IC 555, che funziona in modalità monostabile, riceve questo segnale PWM. La posizione degli impulsi di uscita del secondo IC 555 varia in base al segnale PWM, che dipende ancora una volta dal segnale modulante.
Di seguito è riportata la configurazione del circuito per un modulatore di posizione a impulsi che utilizza due circuiti integrati timer 555.
La tensione di controllo, che determina la tensione minima o il livello di soglia per il primo IC 555, viene regolata per creare l'UTL (livello di soglia superiore).
Quando la tensione di soglia cambia in relazione al segnale modulante applicato, cambiano anche l'ampiezza dell'impulso e il ritardo temporale. Quando questo segnale PWM viene applicato per attivare il secondo circuito integrato, l'unica cosa che cambierà è la posizione dell'impulso di uscita, né la sua ampiezza né la sua ampiezza cambieranno.
Conclusione
I circuiti integrati timer 555 possono funzionare come oscillatore a funzionamento libero o multivibratore astabile se combinati con componenti aggiuntivi. I circuiti integrati timer 555 in modalità astabile vengono utilizzati in un'ampia varietà di applicazioni che vanno dalla generazione di treni di impulsi, alla modulazione e alle generazioni di onde quadre.