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555 Timer-Tutorial - Der monostabile Multivibrator

Wellenformgeneratoren

Wir haben gesehen, dass Multivibratoren und CMOSOszillatoren können leicht aus diskreten Komponenten aufgebaut werden, um Relaxationsoszillatoren zum Erzeugen von rechteckförmigen Ausgangswellenformen zu erzeugen. Es gibt jedoch auch spezielle ICs, die speziell dafür ausgelegt sind, die erforderliche Ausgangssignalform mit wenigen zusätzlichen Timing-Komponenten genau zu erzeugen.

Ein solches Gerät, das es seit den Anfängen von ICs gibt und selbst zu einem Industriestandard geworden ist, 555 Zeitgeberoszillator das wird häufiger das genannt "555 Timer".

Das grundlegende 555 Timer hat seinen Namen von der Tatsache, dass es drei gibtintern angeschlossene 5kΩ-Widerstände, mit denen die Referenzspannungen der beiden Komparatoren erzeugt werden. Der 555-Timer-IC ist ein sehr billiges, beliebtes und nützliches Präzisionszeitgebungsgerät, das entweder als einfacher Timer zum Erzeugen einzelner Impulse oder Langzeitverzögerungen oder als Relaxationsoszillator dienen kann, der eine Folge stabilisierter Wellenformen mit unterschiedlichen Tastverhältnissen von 50 bis 50 erzeugt 100%.

Der 555 Timer-Chip ist extrem robust und stabil8-Pin-Gerät, das entweder als sehr genauer Monostabiler, Bistabiler oder Astabiler Multivibrator betrieben werden kann, um eine Vielzahl von Anwendungen zu erzeugen, wie One-Shot- oder Delay-Timer, Impulserzeugung, LED- und Lampenblinker, Alarm- und Tonerzeugung, Logikuhren, Frequenzteilung, Stromversorgungen und Wandler usw. In der Tat ist jede Schaltung, die eine gewisse Zeitsteuerung erfordert, da die Liste endlos ist.

Der einzelne 555 Timer-Chip in seiner Grundform ist einBipolare 8-Pin-Mini-DIP-Vorrichtung (Dual-in-Line-Mini), bestehend aus 25 Transistoren, 2 Dioden und 16 Widerständen, die zwei Komparatoren bilden, ein Flip-Flop und eine Hochstrom-Ausgangsstufe (siehe Abbildung unten). Neben dem 555-Timer ist auch der NE556-Timer-Oszillator erhältlich, der ZWEI einzelne 555s in einem einzigen 14-poligen DIP-Gehäuse und CMOS-Versionen mit niedrigem Stromverbrauch des einzigen 555-Timers wie den 7555 und den LMC555 enthält, die stattdessen MOSFET-Transistoren verwenden.

Ein vereinfachtes "Blockschaltbild", das die interne Schaltung des darstellt 555 Timer Nachfolgend finden Sie eine kurze Erläuterung aller Verbindungsstifte, um ein besseres Verständnis der Funktionsweise zu vermitteln.

555 Timer-Blockschaltbild

555 Timer-Blockschaltbild

  • • Pin 1 - Boden, Der Erdungsstift verbindet den 555-Timer mit der negativen Versorgungsschiene (0 V).
  • • Pin 2. - AuslösenDer negative Eingang des Komparators Nr. 1. Ein negativer Impuls an diesem Pin "setzt" das interne Flip-Flop, wenn die Spannung unter 1 / 3Vcc fällt, wodurch der Ausgang von "LOW" in einen "HIGH" -Zustand wechselt.
  • • Pin 3 - Ausgabe, Der Ausgangspin kann jede TTL-Schaltung ansteuern und istDas Gerät kann bis zu 200 mA Strom bei einer Ausgangsspannung von etwa Vcc - 1,5 V beziehen oder einspeisen, sodass kleine Lautsprecher, LEDs oder Motoren direkt an den Ausgang angeschlossen werden können.
  • • Pin 4 - Zurücksetzen, Dieser Pin dient zum "Zurücksetzen" des internenFlip-Flop, der den Zustand des Ausgangs, Pin 3, steuert. Dies ist ein Active-Low-Eingang und ist im Allgemeinen mit einem logischen Pegel "1" verbunden, wenn er nicht verwendet wird, um ein unerwünschtes Zurücksetzen des Ausgangs zu verhindern.
  • • Pin 5 - SteuerspannungDieser Pin steuert das Timing des 555 durchÜberschreiben des 2 / 3Vcc-Pegels des Spannungsteilernetzwerks. Durch Anlegen einer Spannung an diesen Pin kann die Breite des Ausgangssignals unabhängig vom RC-Timing-Netzwerk variiert werden. Wenn es nicht verwendet wird, ist es über einen 10nF-Kondensator mit Masse verbunden, um Störungen zu vermeiden.
  • • Pin 6 - Schwelle, Der positive Eingang zum Komparator Nr. 2. Mit diesem Pin wird das Flip-Flop zurückgesetzt, wenn die angelegte Spannung 2/3 Vcc überschreitet, wodurch der Ausgang von "HIGH" in "LOW" wechselt. Dieser Pin ist direkt mit der RC-Zeitschaltung verbunden.
  • • Pin 7. - EntladenDer Entladungsstift ist direkt mit dem Collector eines internen NPN-Transistors verbunden, der dazu dient, den Zeitkondensator auf Masse zu "entladen", wenn der Ausgang an Pin 3 auf "LOW" schaltet.
  • • Pin 8. - Versorgung + Vcc, Dies ist der Stromversorgungs-Pin und für allgemeine Zwecke sind die Zeitgeber TTL 555 zwischen 4,5 V und 15 V.

Das 555 Zeitgeber Name kommt von der Tatsache, dass es drei 5kΩ gibtWiderstände, die intern miteinander verbunden sind, erzeugen ein Spannungsteilernetzwerk zwischen der Versorgungsspannung an Pin 8 und Masse an Pin 1. Die Spannung über dieses Reihenwiderstandsnetzwerk hält den negativ invertierenden Eingang des Komparators 2 bei 2/3 Vcc und den positiven nichtinvertierenden Eingang des Komparators eins bei 1/3 Vcc.

Die beiden Komparatoren erzeugen eine Ausgangsspannungabhängig von der Spannungsdifferenz an ihren Eingängen, die durch die Lade- und Entladeaktion des extern angeschlossenen RC-Netzwerks bestimmt wird. Die Ausgänge der beiden Komparatoren sind mit den beiden Eingängen des Flip-Flops verbunden, das auf der Grundlage der Zustände seiner Eingänge entweder einen Pegel "HIGH" oder "LOW" an Q erzeugt. Der Ausgang des Flip-Flops wird verwendet, um eine Hochstrom-Ausgangsschaltstufe zu steuern, um die angeschlossene Last anzutreiben, wobei am Ausgangspin entweder ein Spannungspegel "HIGH" oder "LOW" erzeugt wird.

Die häufigste Verwendung des 555-Timer-Oszillatorsist ein einfacher astabiler Oszillator, indem zwei Widerstände und ein Kondensator über seine Anschlüsse angeschlossen werden, um einen festen Impulszug mit einer Zeitdauer zu erzeugen, die durch die Zeitkonstante des RC-Netzwerks bestimmt wird. Der 555-Timer-Oszillator-Chip kann aber auch auf verschiedene Arten angeschlossen werden, um monostabile oder bistabile Multivibratoren sowie den allgemeineren Astable-Multivibrator herzustellen.

Der monostabile 555-Timer

Die Bedienung und Ausgabe des 555 Timer monostabil ist genau das gleiche wie das für dieTransistorisierte, die wir zuvor im Monostable Multivibrators-Tutorial betrachten. Der Unterschied ist diesmal, dass die beiden Transistoren durch das 555-Zeitgebergerät ersetzt wurden. Betrachten Sie die monostabile Schaltung des 555-Timers unten.

Monostabiler 555-Timer

monostabiler 555-Timer

Wenn ein negativer (0V) Impuls an den angelegt wirdTriggereingang (Pin 2) des Monostabil konfigurierten 555 Timer-Oszillators, der interne Komparator (Komparator No1) erkennt diesen Eingang und "setzt" den Zustand des Flip-Flops und ändert den Ausgang von einem "LOW" -Zustand auf "HIGH" " Zustand. Dieser Vorgang schaltet den an Pin 7 angeschlossenen Entladetransistor auf "AUS", wodurch der Kurzschluss über den externen Zeitkondensator C1 beseitigt wird.

Diese Aktion ermöglicht den Start des Timing-Kondensatorsüber den Widerstand R1 aufzuladen, bis die Spannung am Kondensator die Schwellenspannung (Pin 6) von 2/3 Vcc erreicht, die vom internen Spannungsteilernetzwerk eingestellt wird. An diesem Punkt geht der Komparatorausgang auf "HIGH" und setzt das Flip-Flop in den ursprünglichen Zustand zurück, wodurch der Transistor wieder "EIN" wird und der Kondensator über Pin 7 auf Masse entlädt zurück auf den ursprünglichen stabilen „LOW“ -Wert, um auf einen anderen Triggerimpuls zu warten, um den Zeitablauf erneut zu starten. Der Monostabile Multivibrator hat dann wie zuvor nur einen stabilen Zustand "EINS".

Das Monostabiler 555-Timer Die Schaltung löst einen negativen Impuls ausan Pin 2 angelegt und dieser Triggerimpuls muss viel kürzer als die Ausgangsimpulsbreite sein, damit der Zeitkondensator Zeit hat, sich vollständig zu laden und zu entladen. Nach dem Auslösen verbleibt das 555 Monostable in diesem instabilen Ausgangszustand "HIGH" bis zu dem vom R eingestellten Zeitraum1 x C1 Netzwerk ist abgelaufen. Die Zeitdauer, für die die Ausgangsspannung "HIGH" oder auf einem logischen "1" -Pegel bleibt, ist durch die folgende Zeitkonstantengleichung gegeben.

555 Timer-Gleichung

Wo t in Sekunden ist, ist R in Ω und C in Farad.

555 Timer-Beispiel Nr. 1

EIN Monostabiler 555-Timer ist erforderlich, um eine Zeitverzögerung innerhalb einer Schaltung zu erzeugen. Wenn ein 10 uF-Zeitkondensator verwendet wird, berechnen Sie den Wert des Widerstands, der erforderlich ist, um eine minimale Ausgangszeitverzögerung von 500 ms zu erzeugen.

500ms ist dasselbe wie 0,5s. Wenn Sie die obige Formel umstellen, erhalten wir den berechneten Wert für den Widerstand R als:

Beispiel eines monostabilen Timers 555

Der berechnete Wert für den ZeitgeberwiderstandZur Erzeugung der erforderlichen Zeitkonstante von 500 ms werden daher 45,5 kΩ benötigt. Der Widerstandswert von 45,5 kΩ existiert jedoch nicht als Standardwertwiderstand, so dass wir den nächstliegenden Widerstandswert von 47 kΩ auswählen müssen, der in allen Standardtoleranzbereichen von E12 (10%) bis E96 verfügbar ist (1%), so dass wir eine neu berechnete Zeitverzögerung von 517 ms erhalten.

Wenn diese Zeitdifferenz von 17ms (500 - 517ms) liegtnicht akzeptabel Anstelle eines einzelnen Zeitsteuerungswiderstands können zwei verschiedene Widerstandswerte in Reihe geschaltet werden, um die Impulsbreite auf den genauen gewünschten Wert oder einen anderen gewählten Zeitkondensatorwert einzustellen.

Wir wissen jetzt, dass die Zeitverzögerung oder der AusgangsimpulsDie Breite eines monostabilen 555-Timers wird durch die Zeitkonstante des angeschlossenen RC-Netzwerks bestimmt. Wenn lange Zeitverzögerungen in den 10 Sekunden erforderlich sind, ist es nicht immer ratsam, Timing-Kondensatoren mit hohem Wert zu verwenden, da sie physikalisch groß sein können, teuer sind und große Toleranzen aufweisen, z. B. ± 20%.

Eine alternative Lösung besteht darin, einen kleinen Wert zu verwendenTiming-Kondensator und einen viel größeren Widerstand bis zu etwa 20 MΩ, um die erforderliche Zeitverzögerung zu erzeugen. Durch die Verwendung eines Zeitkondensators mit einem kleineren Wert und verschiedenen Widerstandswerten, die über einen Drehschalter mit mehreren Positionen mit ihm verbunden sind, können wir eine monostabile 555-Zeitgeber-Oszillatorschaltung erzeugen, die bei jeder Schalterdrehung unterschiedliche Impulsbreiten erzeugen kann, beispielsweise die umschaltbare monostabile 555-Zeitgeberschaltung unten gezeigt.

Ein umschaltbarer 555-Timer

umschaltbarer monostabiler 555-Timer

Wir können die Werte von R und C manuell berechnenfür die einzelnen Komponenten wie im obigen Beispiel. Die Auswahl der Komponenten, die zur Erzielung der gewünschten Zeitverzögerung erforderlich sind, erfordert jedoch die Berechnung entweder mit Kilohm (KΩ), Megaohm (MΩ), Mikrofarad (μF) oder Picafarad (pF), und es ist sehr einfach, mit einer Zeitverzögerung zu enden das ist um den Faktor zehn oder sogar einhundert.

Wir können unser Leben etwas einfacher machen, indem wir einTyp des Diagramms, das als „Nomograph“ bezeichnet wird und uns dabei hilft, die erwarteten Frequenzausgänge der monostabilen Multivibratoren für verschiedene Kombinationen oder Werte von R und C zu finden.

Monostabiler Nomograph

555 Timer-Nomograph

Also durch Auswahl geeigneter Werte für C und R imIn Bereichen von 0,001 uF bis 100 uF bzw. 1 kΩ bis 10 MΩ können wir die erwartete Ausgangsfrequenz direkt aus dem Nomogrammgraphen ablesen, wodurch Fehler in den Berechnungen ausgeschlossen werden. In der Praxis ist der Wert des Zeitwiderstands für a monostabiler 555-Timer sollte nicht kleiner als 1 kΩ oder größer als 20 MΩ sein.

Bistabiler 555-Timer

Sowie der One Shot 555 Monostabil Konfiguration oben können wir auch ein bistabiles Gerät (zwei stabile Zustände) mit der Bedienung und Ausgabe des herstellen 555 Bistabil Ähnlich wie der Transistor, den wir zuvor in der Anleitung für Bistable Multivibrators betrachten.

Das 555 Bistabil ist eine der einfachsten Schaltungen, die wir bauen könnenmit dem 555-Timer-Oszillator-Chip. Diese bistabile Konfiguration verwendet kein RC-Timing-Netzwerk zur Erzeugung einer Ausgangswellenform, so dass zum Berechnen der Zeitdauer der Schaltung keine Gleichungen erforderlich sind. Betrachten Sie den Bistable 555 Timer-Schaltkreis unten.

Bistabiler 555-Timer (Flipflop)

bistabiler 555-Timer

Die Umschaltung der Ausgangswellenform wird erreichtdurch Steuern der Trigger- und Reset-Eingänge des 555-Timers, die von den beiden Pull-Up-Widerständen R1 und R2 auf "HIGH" gehalten werden. Durch Betätigen des Triggereingangs (Pin 2) „LOW“ wechselt der Schalter in die eingestellte Position, wechselt den Ausgangszustand in den Zustand „HIGH“ und durch den Reset-Eingang (Pin 4) „LOW“ wechselt der Schalter in die Reset-Position und ändert den Ausgang in den Zustand "NIEDRIG".

Diese 555-Zeitgeberschaltung bleibt auf unbestimmte Zeit in beiden Zuständen und ist daher bistabil. Dann ist die Bistabiler 555-Timer ist in beiden Zuständen stabil, "HIGH" und "LOW". Der Schwelleingang (Pin 6) ist mit Masse verbunden, um sicherzustellen, dass die bistabile Schaltung nicht wie in einer normalen Zeitanwendung zurückgesetzt werden kann.

555 Timer-Ausgang

Wir konnten das nicht beenden 555 Timer Tutorial, ohne etwas über die Schalt- und Antriebsmöglichkeiten des 555-Timers oder des Dualen zu besprechen 556 Timer-IC.

Der Ausgang (Pin 3) des Standard-555-Timers oderDer 556-Timer kann entweder einen Laststrom von bis zu 200 mA „sinken“ oder „quellen“, der ausreicht, um Ausgangswandler wie Relais, Glühlampen, LED-Motoren oder Lautsprecher usw. direkt anzusteuern die Hilfe von Serienwiderständen oder Diodenschutz.

Diese Fähigkeit des 555-Timers sowohl zum "Sinken"(absorbieren) und „Source“ (Versorgungsstrom) bedeutet, dass das Ausgabegerät zwischen dem Ausgangsanschluss des 555-Timers und der Versorgung zum Ableiten des Laststroms oder zwischen dem Ausgangsanschluss und Masse angeschlossen werden kann, um den Laststrom zu erzeugen. Zum Beispiel.

Senken und Beschaffen des 555-Timer-Ausgangs

555 Timer-Ausgangsantrieb

555 Timer versenken und beschaffen

In der ersten Schaltung oben ist die LED angeschlossenzwischen der positiven Versorgungsschiene (+ Vcc) und dem Ausgangsstift 3. Dies bedeutet, dass der Strom "55" sinkt (absorbiert) oder in den 555-Timer-Ausgang fließt und die LED "EIN" ist, wenn der Ausgang "LOW" ist .

Die zweite Schaltung oben zeigt, dass die LED leuchtetzwischen Ausgang Pin 3 und Masse (0V) angeschlossen. Dies bedeutet, dass der Strom von der Ausgangsklemme des 555-Timers „Quelle“ (Versorgung) oder fließt und die LED „EIN“ ist, wenn der Ausgang „HIGH“ ist.

Die Fähigkeit des 555-Timers sowohl zu sinken als auchSein Ausgangslaststrom bedeutet, dass beide LEDs gleichzeitig an den Ausgangsanschluss angeschlossen werden können, aber nur eine wird "EIN" geschaltet, abhängig davon, ob der Ausgangszustand "HIGH" oder "LOW" ist. Die Schaltung links zeigt ein Beispiel dafür. Die beiden LEDs werden je nach Ausgang abwechselnd ein- und ausgeschaltet. Mit dem Widerstand R wird der LED-Strom auf unter 20 mA begrenzt.

Wir haben zuvor gesagt, dass der maximale Ausgangsstromentweder den Laststrom über Pin 3 zu senken oder zu laden, beträgt bei der maximalen Versorgungsspannung etwa 200 mA, und dieser Wert ist mehr als genug, um andere Logik-ICs, LEDs oder kleine Lampen usw. anzusteuern oder zu schalten steuern Sie Geräte mit höherer Leistung wie Motoren, Elektromagneten, Relais oder Lautsprecher. Dann müssten wir einen Transistor verwenden, um den Ausgang des 555-Timers zu verstärken, um eine ausreichend hohe Leistung zum Ansteuern der Last bereitzustellen.

555 Timer-Transistortreiber

555 Timer-Ausgangstreiber

Der Transistor in den beiden obigen Beispielen kann seinbei hohem Laststrom durch ein Power-MOSFET-Gerät oder einen Darlington-Transistor ersetzt. Wenn Sie eine induktive Last wie einen Motor, ein Relais oder einen Elektromagneten verwenden, ist es ratsam, eine Freilaufdiode (oder Freilaufdiode) direkt an die Lastklemmen anzuschließen, um eventuelle Gegenspannungsspannungen zu absorbieren, die das induktive Gerät bei Zustandsänderungen erzeugt.

Bisher haben wir uns mit der 555 Timer zur Erzeugung monostabiler und bistabiler Ausgangsimpulse. Im nächsten Tutorial zur Wellenformgenerierung werden wir uns mit dem Anschluss des 555 in einer stabilen Multivibrator-Konfiguration befassen. Bei Verwendung im astabilen Modus können sowohl die Frequenz als auch das Tastverhältnis der Ausgangswellenform genau gesteuert werden, um einen sehr vielseitigen Wellenformgenerator zu erzeugen.

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