/ / 555-Handbuch zu Oszillator - Der Astable Multivibrator

555 Oszillator - Das Astabile Multivibrator

Wellenformgeneratoren

Das 555 Timer-IC kann entweder im Monostabil-Modus angeschlossen werdenwodurch ein Präzisionszeitgeber mit einer festen Zeitdauer oder in seinem bistabilen Modus erzeugt wird, um eine Schaltaktion des Flip-Flop-Typs zu erzeugen. Wir können den 555-Timer-IC aber auch in einem Astable-Modus anschließen, um einen sehr stabilen Betrieb zu erreichen 555 Oszillator Schaltung zur Erzeugung von hochgenauen freienLaufwellenformen, deren Ausgangsfrequenz über einen extern angeschlossenen RC-Panzerkreis eingestellt werden kann, der nur aus zwei Widerständen und einem Kondensator besteht

Das 555 Oszillator ist eine andere Art von Relaxationsoszillator fürErzeugen stabilisierter Rechteckwellen-Ausgangswellenformen entweder mit einer festen Frequenz von bis zu 500 kHz oder mit unterschiedlichen Tastverhältnissen von 50 bis 100%. Im vorherigen 555 Timer-Tutorial haben wir gesehen, dass die monostabile Schaltung einen einmaligen Impuls mit einem einzigen Ausgang erzeugt, wenn sie an ihrem Trigger-Eingang für Pin 2 ausgelöst wird.

Während der 555 monostabile Kreislauf danach aufhörteEine voreingestellte Zeit, die darauf wartet, dass der nächste Triggerimpuls erneut beginnt, damit der 555 Oscillator als astabiler Multivibrator arbeiten kann, muss der 555 IC nach jedem Timing-Zyklus ständig neu getriggert werden.

Diese Neuauslösung wird grundsätzlich durch das Anschließen des erreicht auslösen Eingang (Pin 2) und die Schwelle (Pin 6) zusammen, so dass dieGerät als astabiler Oszillator. Dann hat der 555-Oszillator keine stabilen Zustände, da er ständig von einem Zustand in den anderen wechselt. Auch der einzelne Zeitsteuerungswiderstand der vorherigen monostabilen Multivibratorschaltung wurde in zwei getrennte Widerstände R1 und R2 aufgeteilt, deren Verbindungspunkt mit dem verbunden ist entladen (Pin 7) wie unten gezeigt.

Grundlegende Astable 555-Oszillatorschaltung

ein stabiler 555-Oszillator

555 Oszillatorwellenform

In dem 555 Oszillator Stromkreis oben sind Pin 2 und Pin 6 verbundenDadurch kann sich die Schaltung bei jedem Zyklus erneut triggern und als frei laufender Oszillator arbeiten. Während jedes Zykluskondensators lädt sich C über beide Zeitsteuerungswiderstände R1 und R2 auf, entlädt sich jedoch nur über den Widerstand R2, da die andere Seite von R2 an den Widerstand angeschlossen ist entladen Klemme, Pin 7.

Dann lädt sich der Kondensator auf 2 / 3Vcc aufobere Komparatorgrenze), die durch die Kombination von 0,693 (R1 + R2) C bestimmt wird und sich auf 1/3 Vcc (die untere Komparatorgrenze) entlädt, bestimmt durch die Kombination von 0,693 (R2 * C). Dies führt zu einer Ausgangswellenform, deren Spannungspegel ungefähr gleich Vcc - 1,5 V ist und deren Ausgangszeitspannen "EIN" und "AUS" durch die Kombinationen von Kondensator und Widerstand bestimmt werden. Die einzelnen Zeiten, die erforderlich sind, um einen Lade- und Entladezyklus des Ausgangs abzuschließen, werden daher angegeben als:

Astable 555 Oszillator-Lade- und Entladezeiten

555 Lade- und Entladezeit des Oszillators

Wo ist R in Ω und C in Farad.

Bei Anschluss als astabiler Multivibrator wird der Ausgang des 555 Oszillator wird unbegrenzt weiter aufgeladen undEntladen zwischen 2 / 3Vcc und 1 / 3Vcc, bis die Stromversorgung getrennt wird. Wie beim monostabilen Multivibrator sind diese Lade- und Entladezeiten und damit die Frequenz unabhängig von der Versorgungsspannung.

Die Dauer eines vollen Taktzyklus ist daher gleich der Summe der zwei einzelnen Zeiten, zu denen der Kondensator zusammen aufgeladen und entladen wird, und wird angegeben als

555 Oszillator-Zykluszeit

555 Oszillator-Zykluszeit

Die Ausgangsfrequenz der Oszillationen kann ermittelt werden, indem die obige Gleichung für die Gesamtzykluszeit invertiert wird, wobei eine endgültige Gleichung für die Ausgangsfrequenz eines Astable 555-Oszillators als

555 Oszillatorfrequenzgleichung

555 stabile Oszillatorfrequenz

Durch Ändern der Zeitkonstante nur einer der RC-Kombinationen wird der Auslastungsgrad besser bekannt als "Mark-to-Space" -Verhältnis derDie Ausgangswellenform kann genau eingestellt werden und wird als Verhältnis von Widerstand R2 zu Widerstand R1 angegeben. Der Arbeitszyklus für den 555-Oszillator, der das Verhältnis der EIN-Zeit geteilt durch die AUS-Zeit ist, ist gegeben durch:

555 Oszillator-Arbeitszyklus

555 Oszillator-Arbeitszyklus =

Das Tastverhältnis hat keine Einheiten, da es sich hierbei um ein Verhältnis handeltkann als Prozentsatz (%) ausgedrückt werden. Wenn beide Zeitsteuerungswiderstände R1 und R2 den gleichen Wert haben, beträgt das Tastverhältnis des Ausgangs 2: 1, dh 66% Einschaltzeit und 33% Ausschaltzeit in Bezug auf die Periode.

555 Oszillatorbeispiel Nr. 1

Ein Astable 555 Oszillator ist aus den folgenden Komponenten aufgebaut: R1 = 1kΩ, R2 = 2kΩ und Kondensator C = 10uF Berechnen Sie die Ausgangsfrequenz des 555-Oszillators und den Arbeitszyklus der Ausgangssignalform.

t1 - Die Kondensator-Einschaltzeit wird berechnet als:

Wellenform pünktlich

t2 - Die Entladezeit des Kondensators wird berechnet als:

Wellenform aus Zeit

Die Gesamtperiodenzeit (T) wird daher wie folgt berechnet:

Periodische Gesamtzeit

Die Ausgangsfrequenz f ist daher gegeben als:

555 Ausgangsfrequenz

Geben Sie einen Arbeitszykluswert von:

555 stabiler Arbeitszyklus =

Als Zeitkondensator lädt sich C durchWiderstände R1 und R2 entladen sich jedoch nur über den Widerstand R2, der Ausgangstastgrad kann zwischen 50 und 100% variiert werden, indem der Wert des Widerstands R2 geändert wird. Durch Verringern des Wertes von R2 steigt der Arbeitszyklus in Richtung 100% und durch Erhöhen von R2 verringert sich der Arbeitszyklus in Richtung 50%. Wenn der Widerstand R2 relativ zu dem Widerstand R1 sehr groß ist, wird die Ausgangsfrequenz der 555 stabilen Schaltung nur durch R2 x C bestimmt.

Das Problem mit dieser grundlegenden astabilen 555Die Oszillatorkonfiguration besteht darin, dass das Tastverhältnis und das Verhältnis "Markierungsabstand" niemals unter 50% sinken wird, da der Widerstand R2 dies verhindert. Mit anderen Worten, wir können die Ausgänge nicht auf die EIN-Zeit verkürzen, da (R1 + R2) C immer größer ist als der Wert von R1 x C. Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, besteht darin, ein Signal anzuschließen Überbrückung der Diode parallel zum Widerstand R2 (siehe unten).

Verbesserter 555-Oszillator-Arbeitszyklus

555 stabiler Oszillator-Arbeitszyklus

Durch Verbinden dieser Diode D1 zwischen auslösen Eingabe und die entladen wird der Zeitkondensator jetzt direkt über den Widerstand R1 aufgeladen, da der Widerstand R2 durch die Diode effektiv kurzgeschlossen wird. Der Kondensator entlädt sich normal über den Widerstand R2.

Eine zusätzliche Diode D2 kann angeschlossen werdenReihe mit dem Entladewiderstand; R2, falls erforderlich, um sicherzustellen, dass der Zeitkondensator nur über D1 und nicht über den Parallelpfad von R2 aufgeladen wird. Dies liegt daran, dass die Diode D2 während des Ladevorgangs in Sperrrichtung geschaltet ist, um den Stromfluss durch sich selbst zu blockieren.

Nun ist die bisherige Ladezeit von t1 = 0.693 (R1 + R2) C wird modifiziert, um diese neue Ladeschaltung zu berücksichtigen, und wird gegeben als: 0,693 (R1 x C). Das Tastverhältnis wird daher als D = R1 / (R1 + R2) angegeben. Um dann ein Tastverhältnis von weniger als 50% zu erzeugen, muss der Widerstand R1 kleiner sein als der Widerstand R2.

Obwohl die vorige Schaltung die Aufgabe verbessertZyklus der Ausgangswellenform durch Laden des Zeitkondensators C1 durch die Kombination R1 + D1 und anschließendes Entladen durch die Kombination D2 + R2, besteht das Problem bei dieser Schaltungsanordnung darin, dass die 555-Oszillatorschaltung zusätzliche Komponenten, d.

Wir können diese Idee verbessern und eine Lösung schaffenRechteckwellenform mit einem genauen Tastverhältnis von 50%, sehr einfach und ohne zusätzliche Dioden durch einfaches Verschieben der Position des Ladewiderstandes R2 an den Ausgang (Pin 3) wie gezeigt.

Stabiler Oszillator mit 50% Einschaltdauer

Astabiler Oszillator mit 50% Einschaltdauer

Der 555-Oszillator erzeugt jetzt ein Tastverhältnis von 50%als Zeitkondensator lädt und entlädt sich C1 jetzt über denselben Widerstand, R2, anstatt sich über den Zeitgeber-Entladungsstift 7 wie zuvor zu entladen. Wenn der Ausgang des 555-Oszillators HIGH ist, lädt sich der Kondensator durch R2 auf und wenn der Ausgang LOW ist, entlädt er sich durch R2. Mit dem Widerstand R1 wird sichergestellt, dass der Kondensator sich vollständig auf den gleichen Wert wie die Versorgungsspannung auflädt.

Allerdings lädt und entlädt sich der KondensatorDurch denselben Widerstand muss die obige Gleichung für die Ausgangsfrequenz von Schwingungen ein wenig geändert werden, um diese Schaltungsänderung zu berücksichtigen. Die neue Gleichung für den 50% Astable 555-Oszillator lautet:

50% Duty Cycle Frequency Equation

50% Tastverhältnis-Frequenzgleichung

Der Widerstand R1 muss ausreichend seinhoch genug, um sicherzustellen, dass der Ladevorgang des Kondensators nicht beeinträchtigt wird, um den erforderlichen Arbeitszyklus von 50% zu erzeugen. Durch Ändern des Wertes des Zeitkondensators C1 ändert sich auch die Schwingungsfrequenz der astabilen Schaltung.

555 Oszillatoranwendungen

Wir haben zuvor gesagt, dass die maximale Ausgabe zuDer Laststrom über Pin 3 sinkt oder sinkt, und dieser Wert ist mehr als ausreichend, um andere Logik-ICs, einige LEDs oder eine kleine Lampe usw. anzusteuern oder zu schalten Der Ausgang des 555 kann größere Stromlasten wie Motor oder Relais ansteuern.

555 Blinker
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Aber die 555 Oszillator kann auch in einem weiten Bereich von Wellenformen verwendet werdenGeneratorschaltungen und Anwendungen, die einen sehr geringen Ausgangsstrom erfordern, wie z. B. in elektronischen Testgeräten, um einen ganzen Bereich unterschiedlicher Ausgangstestfrequenzen zu erzeugen.

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Mit dem 555 können Sie auch sehr präzise produzierenSinus-, Rechteck- und Impulswellenformen oder als LED- oder Lampenblinker und -Dimmer zu einfachen Geräuschschaltkreisen wie Metronomen, Ton- und Soundeffektgeneratoren und sogar Musikspielzeug zu Weihnachten.

Wir könnten sehr einfach eine einfache 555 bauenOszillatorschaltung, um ein paar LED's „ON“ und „OFF“ zu blinken, ähnlich wie in der Abbildung gezeigt, oder um ein Hochfrequenzrauschen aus einem Lautsprecher zu erzeugen. Ein sehr schönes und einfach zu realisierendes Wissenschaftsprojekt mit einem astabilen 555-Oszillator ist das eines elektronischen Metronoms.

Metronome sind Geräte, mit denen die Zeit markiert wirdMusikstücke durch Erzeugen eines regelmäßigen und wiederkehrenden musikalischen Beats oder Clicks. Ein einfaches elektronisches Metronom kann mit einem 555-Oszillator als Hauptzeitmessgerät hergestellt werden. Durch Einstellen der Ausgangsfrequenz des Oszillators kann das Tempo oder „Beats per Minute“ eingestellt werden.

So zum Beispiel ein Tempo von 60 Schlägen pro Minutebedeutet, dass jede Sekunde ein Schlag auftritt und in elektronischer Hinsicht 1 Hz entspricht. Durch Verwendung einiger gebräuchlicher musikalischer Definitionen können wir leicht eine Tabelle der verschiedenen Frequenzen erstellen, die für unsere Metronomschaltung erforderlich sind (siehe unten).

Metronom-Frequenztabelle

Musikalische Definition Bewertung Schläge pro Minute Zykluszeit (T) Frequenz
Larghetto Sehr langsam 60 1 Sek 1,0 Hz
Andante Schleppend 90 666 ms 1,5 Hz
Moderato Mittel 120 500 ms 2,0 Hz
Allegro Schnell 150 400 ms 2,5 Hz
Presto Sehr schnell 180 333 ms 3,0 Hz

Der Ausgangsfrequenzbereich des Metronoms wareinfach als Kehrwert von 1 Minute oder 60 Sekunden berechnet, dividiert durch die Anzahl der erforderlichen Schläge pro Minute, zum Beispiel (1 / (60 Sekunden / 90 bpm) = 1,5 Hz) und 120 bpm entspricht 2 Hz usw. Durch Verwendung unserer nun bekannten Gleichung zur Berechnung der Ausgangsfrequenz einer astabilen 555-Oszillatorschaltung können die einzelnen Werte von R1, R2 und C gefunden werden.

Die Zeitspanne der Ausgangswellenform für einen stabilen 555-Oszillator wird wie folgt angegeben:

555 stabile Zykluszeit des Oszillators

Für unsere elektronische Metronomschaltung kann der Wert des Zeitwiderstands R1 ermittelt werden, indem die obige Gleichung umgestellt wird, um zu ergeben

Oszillatorwiderstandswert

Annahme eines Wertes für den Widerstand R2 = 1kΩ undKondensator C = 10 uF Der Wert des Zeitwiderstands R1 für unseren Frequenzbereich ist als 142k3Ω bei 60 Schlägen pro Minute bis 46k1Ω bei 180 Schlägen pro Minute angegeben, so dass ein variabler Widerstand (Potentiometer) von 150kΩ für die Metronomschaltung ausreichend wäre um die gesamte Bandbreite der benötigten Beats und einige mehr zu erzeugen. Die Endschaltung für unser elektronisches Metronombeispiel lautet dann wie folgt:

555 Elektronisches Metronom

555 elektronische Metronomschaltung

Diese einfache Metronomschaltung demonstriert geradeEine einfache Möglichkeit, einen 555-Oszillator zu verwenden, um einen hörbaren Ton oder eine Note zu erzeugen. Mit einem 150-kΩ-Potentiometer wird der gesamte Bereich der Ausgangsimpulse oder -schläge gesteuert. Da er einen 150-kΩ-Wert hat, kann er leicht kalibriert werden, um einen äquivalenten Prozentwert zu erhalten, der der Position des Potentiometers entspricht. Zum Beispiel entsprechen 60 Schläge pro Minute 142,3 kΩ oder 95% Drehung.

Ebenso sind 120 Schläge pro Minute gleich 70.1kΩ oder 47% Umdrehung usw. Zusätzliche Widerstände oder Trimmer können mit dem Potentiometer in Reihe geschaltet werden, um die oberen und unteren Grenzwerte der Ausgänge auf vordefinierte Werte voreinzustellen. Diese zusätzlichen Komponenten müssen jedoch bei der Berechnung der Ausgangsfrequenz berücksichtigt werden oder Zeitraum.

Während die obige Schaltung ein sehr einfaches und amüsantes Beispiel für die Klangerzeugung ist, ist es möglich, die 555 Oszillator B. als Rauschgenerator / -synthesizer oder zum Erzeugen von Musiktönen, Tönen und Alarmen, indem ein Wellenformgenerator mit variabler Frequenz und variablem Markierungs / Abstand erstellt wird.

In diesem Tutorial haben wir nur eine einzige 555 verwendetOszillatorschaltung zur Erzeugung eines Tons, aber durch Kaskadieren von zwei oder mehr 555 Oszillatorchips können verschiedene Schaltungen aufgebaut werden, um eine ganze Reihe von Musik- und Soundeffekten zu erzeugen. Eine solche Neuheitskette ist die Polizeiauto-Sirene „Dee-Dah“ (siehe unten).

555 Oszillatorpolizei-Sirene

555 Polizeisirene des Oszillators

Die Schaltung simuliert ein Warnton mit Warntondas simuliert den Klang einer Polizeisirene. IC1 ist als nicht symmetrischer 2Hz astabiler Multivibrator geschaltet, der zur Frequenzmodulation von IC2 über den 10kΩ-Widerstand dient. Der Ausgang von IC2 wechselt symmetrisch zwischen 300 Hz und 660 Hz und benötigt 0,5 Sekunden, um jeden Wechselzyklus zu beenden.

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