555 hysteretische oscillator

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• Eén 9V-batterij
• Batterijclip (Radio Shack-catalogus # 270-325)
• Minihaakclips (gesoldeerd aan batterijclip, Radio Shack-catalogus # 270-372)
• U1 - 555 timer-IC (Radio Shack-catalogus # 276-1723)
• D1 - Rode lichtgevende diode (Radio Shack-catalogus # 276-041 of gelijkwaardig)
• D2 - Groene lichtgevende diode (Radio Shack-catalogus # 276-022 of gelijkwaardig)
• R1,R2 - 1 KΩ 1/4W weerstanden
• R3 - 10 Ω 1/4W-weerstand
• R4 - 10 KΩ, 15-Turn Potentiometer (Radio Shack-catalogus # 271-343)
• C1 - 1 µF condensator (Radio Shack-catalogus 272-1434 of gelijkwaardig)
• C1 - 100 µF condensator (Radio Shack-catalogus 272-1028 of gelijkwaardig)

KRUISVERWIJZINGEN

Lessen in elektrische circuits Deel 1, hoofdstuk 16:Spanning- en stroomberekeningen

Lessen in elektrische circuits , Volume 1, hoofdstuk 16:Oplossen voor onbekende tijd

Lessen in elektrische circuits , Volume 4, hoofdstuk 10:Multivibrators

Lessen in elektrische circuits, deel 3, hoofdstuk 8:positieve feedback

LEERDOELSTELLINGEN

• Meer informatie over het gebruik van een Schmitt-trigger voor een eenvoudige RC-oscillator
• Leer een praktische toepassing voor een RC-tijdconstante
• Leer een van de verschillende Astabiele multivibratorconfiguraties met 555 timers

SCHEMATISCH DIAGRAM

Hier is een manier om het schema te tekenen:

Zoals vermeld in het vorige experiment, is er ook een andere conventie, hieronder weergegeven:

ILLUSTRATIE

INSTRUCTIES

Dit is een van de meest elementaire RC-oscillatoren. Het is eenvoudig en zeer voorspelbaar. Elke inverterende Schmitt-trigger werkt in dit ontwerp, hoewel de frequentie enigszins zal verschuiven, afhankelijk van de hysterese van de poort.

Deze schakeling heeft een lagere eindfrequentie van 0,7 Hertz, wat betekent dat elke LED afwisselt en elk iets minder dan een seconde brandt. Als u de potentiometer tegen de klok in draait, neemt de frequentie toe, wat goed in het high-end audiobereik gaat. U kunt dit verifiëren met de Audio Detector (Vol. VI, Hoofdstuk 3, Sectie 12) of een piëzo-elektrische luidspreker, terwijl u aan de potentiometer blijft draaien, zal de toonhoogte van het geluid stijgen. Je kunt de frequentie 100 keer verhogen door de condensator te vervangen door de 1µF condensator, die ook de maximale frequentie tot ver in het ultrasone bereik zal verhogen, rond 70Khz.

De 555 gaat niet rail-to-rail (hij bereikt niet helemaal de bovenste voedingsspanning) vanwege de Darlington-uitgangstransistors, en dit zorgt ervoor dat de blokgolf van de oscillatoren niet helemaal symmetrisch is. Kun je dit zien als je naar de LED's kijkt? Hoe hoger de voedingsspanning, hoe minder uitgesproken deze asymmetrie, terwijl deze erger wordt bij lagere voedingsspanningen. Als de output echt rail-to-rail zou zijn, zou het een blokgolf van 50% zijn, wat kan worden bereikt als men de CMOS-versie van de 555 gebruikt, zoals de TLC555 (Radio Shack P/N 276-1718).

R3 is toegevoegd om te voorkomen dat de IC-uitgang door C1 wordt kortgesloten, omdat de condensator het AC-gedeelte van de 555-uitgang naar aarde kortsluit. Op een lege accu merk je daar niets van, maar met een verse 9V wordt de 555 IC wel erg heet. Als je de weerstand verwijdert en R4 afstelt voor maximale frequentie kun je dit testen, het is niet goed voor de batterij of de 555, maar ze zullen een korte test overleven.

WERKING THEORIE

Dit is een hysteretische oscillator, een soort relaxatieoscillator. Het is ook een astabiele multivibrator. Het is een logische uitloper van het eerder getoonde 555 Schmitt Trigger-experiment.

De formule om de frequentie te berekenen met deze configuratie met een 555 is:

$$f =\frac{0.7}{RC}$$

De hysterese van de 555 is afhankelijk van de voedingsspanning, dus de frequentie van de oscillator zou relatief onafhankelijk zijn van de voedingsspanning als er geen rail-naar-rail-uitgang was.

De output van een 555 gaat ofwel naar aarde, ofwel relatief dicht bij de plusspanning. Hierdoor kunnen de weerstand en condensator worden opgeladen en ontladen via de uitgangspen. Aangezien dit een signaal van het digitale type is, hebben de LED's weinig interactie tijdens de werking ervan. De eerste puls die door de oscillator wordt gegenereerd, is iets langer dan de rest. Dit en de laad-/ontlaadcurven worden getoond in de volgende afbeelding, die ook laat zien waarom de asymmetrische blokgolf wordt gecreëerd.

Probeer ons 555 Timer Astable Circuit uit in onze sectie Tools.