555 Timer IC - Werkingsprincipe, blokschema, schakelschema's

In deze tutorial zullen we leren hoe de 555 Timer werkt, een van de meest populaire en meest gebruikte IC's aller tijden. Je kunt de volgende video bekijken of de schriftelijke tutorial hieronder lezen.

Overzicht

De 555 Timer, ontworpen door Hans Camenzind in 1971, is te vinden in veel elektronische apparaten, van speelgoed en keukenapparatuur tot zelfs een ruimtevaartuig. Het is een zeer stabiele geïntegreerde schakeling die nauwkeurige tijdvertragingen en oscillaties kan produceren. De 555 Timer heeft drie bedrijfsmodi, bistabiele, monostabiele en astabiele modus.

Hoe het werkt, intern schema en blokschema

Laten we eens nader bekijken wat er in de 555 Timer zit en uitleggen hoe deze werkt in elk van de drie modi. Hier is het interne schema van 555 Timer die bestaat uit 25 transistors, 2 diodes en 15 weerstanden.

Vertegenwoordigd met een blokschema bestaat het uit 2 comparatoren, een flip-flop, een spanningsdeler, een ontladingstransistor en een eindtrap.

De spanningsdeler bestaat uit drie identieke 5k-weerstanden die twee referentiespanningen creëren op 1/3 en 2/3 van de geleverde spanning, die kan variëren van 5 tot 15V.

De volgende zijn de twee vergelijkers. Een comparator is een circuitelement dat twee analoge ingangsspanningen vergelijkt op zijn positieve (niet-inverterende) en negatieve (inverterende) ingangsklem. Als de ingangsspanning op de positieve klem hoger is dan de ingangsspanning op de negatieve klem, zal de comparator 1 uitvoeren. Omgekeerd, als de spanning op de negatieve ingangsklem hoger is dan de spanning op de positieve klem, zal de comparator 0 uitvoeren .

De eerste negatieve ingangsklem van de comparator is verbonden met de 2/3 referentiespanning op de spanningsdeler en de externe "controle" -pin, terwijl de positieve ingangsklem op de externe "Threshold" -pin.

Aan de andere kant is de negatieve ingangsklem van de tweede comparator verbonden met de "Trigger" -pin, terwijl de positieve ingangsklem met de 1/3 referentiespanning op de spanningsdeler.

Dus met behulp van de drie pinnen, Trigger, Threshold en Control, kunnen we de uitvoer van de twee comparatoren regelen die vervolgens naar de R- en S-ingangen van de flip-flop worden gevoerd. De flip-flop zal 1 uitvoeren wanneer R 0 is en S 1 is en vice versa, hij zal 0 uitvoeren wanneer R 1 is en S 0 is. Bovendien kan de flip-flop worden gereset via de externe pin genaamd "Reset", die kan de twee ingangen negeren, dus de hele timer op elk moment resetten.

De Q-bar-uitgang van de flip-flip gaat naar de eindtrap of de uitgangsstuurprogramma's die een stroom van 200 mA naar de belasting kunnen leveren of laten zinken. De uitgang van de flip-flip is ook verbonden met een transistor die de pin "Ontlading" met aarde verbindt.

555 Timer - Bistabiele modus

Laten we nu een voorbeeld maken van de 555 Timer die in een bistabiele modus werkt. Daarvoor hebben we twee externe weerstanden en twee drukknoppen nodig.

De trigger- en reset-pinnen van het IC zijn via de twee weerstanden met VCC verbonden en zijn op die manier altijd hoog. De twee drukknoppen zijn verbonden tussen deze pinnen en de aarde, dus als we ze ingedrukt houden, is de ingangsstatus laag.

Aanvankelijk zijn de twee comparatorenuitgangen 0, dus de flip-flop-uitgang en de uitgang van de 555 Timer zijn 0.

Als we op de trigger-drukknop drukken, wordt de status bij de trigger-ingang Laag, dus de comparator zal Hoog uitvoeren en dat zorgt ervoor dat de flip-flip Q-bar-uitgang laag wordt. De eindtrap zal dit omkeren en de uiteindelijke output van de 555 Timer zal Hoog zijn.

De output blijft hoog, zelfs als de trigger-drukknop niet wordt ingedrukt, omdat in dat geval de flip-flop-ingangen R en S 0 zijn, wat betekent dat de flip-flop de vorige status niet zal veranderen. Om de uitgang Laag te maken, moeten we op de Reset-drukknop drukken, die de flip-flop en het hele IC reset.

Gerelateerde tutorial:Wat is Schmitt Trigger | Hoe het werkt

555 Timer - Monostabiele modus

Laten we vervolgens eens kijken hoe de 555 Timer werkt in een monostabiele modus. Hier is een voorbeeldschakeling.

De trigger-ingang wordt hoog gehouden door deze via een weerstand met VCC te verbinden. Dat betekent dat de trigger-comparator 0 zal uitvoeren naar de S-ingang van de flip-flop. Aan de andere kant is de Threshold-pin Laag en dat maakt de Threshold-comparator ook op 0. De drempelpen is eigenlijk laag omdat de Q-bar-uitgang van de flip-flop hoog is, waardoor de ontlaadtransistor actief blijft, dus de spanning die van de bron komt, gaat via die transistor naar aarde.

Om de uitgangsstatus van de 555 Timer in Hoog te veranderen, moeten we op de drukknop op de triggerpin drukken. Dat zal de triggerpin aarden, of de ingangsstatus zal 0 zijn, dus de comparator zal 1 uitvoeren naar de S-ingang van de flip-flip. Dit zorgt ervoor dat de Q-bar output laag wordt en de 555 Timer output hoog. Tegelijkertijd kunnen we zien dat de ontladingstransistor is uitgeschakeld, dus nu begint de condensator C1 op te laden via de weerstand R1.

De 555 Timer blijft in deze toestand totdat de spanning over de condensator 2/3 van de geleverde spanning bereikt. In dat geval zal de Threshold-ingangsspanning hoger zijn en zal de comparator 1 uitvoeren naar de R-ingang van de flip-flip. Dit brengt het circuit in de begintoestand. De Q-bar-uitgang wordt Hoog, waardoor de ontlaadtransistor wordt geactiveerd en de IC-uitgang weer laag wordt.

We kunnen dus opmerken dat de hoeveelheid tijd dat de output van de 555 Timer hoog is, afhangt van hoeveel tijd de condensator nodig heeft om op te laden tot 2/3 van de geleverde spanning, en dat hangt af van de waarden van zowel de condensator C1 als de weerstand R1. We kunnen deze tijd eigenlijk berekenen met de volgende formule, T=1,1*C1*R1.

555 Timer - Astabiele modus

Laten we vervolgens eens kijken hoe de 555 Timer werkt in een stabiele modus. In deze modus wordt het IC een oscillator of ook wel Free Running Multivibrator genoemd. Het heeft geen stabiele status en schakelt continu tussen Hoog en Laag zonder toepassing van een externe trigger. Hier is een voorbeeldcircuit van de 555 Timer die in de stabiele modus werkt.

We hebben maar twee weerstanden en een condensator nodig. De trigger- en drempelpinnen zijn met elkaar verbonden, dus er is geen externe triggerpuls nodig. In eerste instantie zal de spanningsbron beginnen met het opladen van de condensator via de weerstanden R1 en R2. Tijdens het opladen zal de trigger-comparator 1 uitvoeren omdat de ingangsspanning op de trigger-pin nog steeds lager is dan 1/3 van de geleverde spanning. Dat betekent dat de Q-bar uitgang 0 is en de ontladingstransistor gesloten is. Op dit moment is de output van de 555 Timer hoog.

Zodra de spanning over de condensator 1/3 van de geleverde spanning bereikt, zal de trigger-comparator 0 uitvoeren, maar op dit punt verandert dat niets aangezien zowel R- als S-ingangen van de flip-flop 0 zijn. Dus de spanning over de condensator blijft stijgen en zodra deze 2/3 van de geleverde spanning bereikt, zal de drempelvergelijker 1 uitvoeren naar de R-ingang van de flip-flop. Hierdoor wordt de ontladende transistor geactiveerd en nu begint de condensator te ontladen via de weerstand R2 en de ontladende transistor. Op dit moment is de output van de 555 Timer Laag.

Tijdens het ontladen begint de spanning over de condensator af te nemen, en de drempelvergelijker begint meteen 0 af te geven, wat eigenlijk niets verandert, aangezien nu zowel R- als S-ingangen van de flip-flop 0 zijn. Maar zodra de spanning over de condensator zakt tot 1/3 van de geleverde spanning, zal de trigger-comparator 1 uitvoeren. Hierdoor wordt de ontlaadtransistor uitgeschakeld en begint de condensator opnieuw op te laden. Dit laad- en ontlaadproces tussen 2/3 en 1/3 van de geleverde spanning blijft dus vanzelf lopen, waardoor er een blokgolf ontstaat op de 555 Timer-uitgang.

We kunnen de tijd berekenen dat de output Hoog en Laag is met behulp van de getoonde formules. De High-tijd hangt af van de weerstand van zowel R1 als R2, evenals de capaciteit van de condensator. Aan de andere kant hangt de lage tijd alleen af ​​van de weerstand van R2 en de capaciteit van de condensator. Als we de hoge en lage tijden optellen, krijgen we de periode van één cyclus. Aan de andere kant is de frequentie hoe vaak dit in één seconde gebeurt, dus één over de periode geeft de frequentie van de blokgolfuitvoer.

Als we enkele wijzigingen aan deze schakeling aanbrengen, bijvoorbeeld de R2-weerstand vervangen door een variabele weerstand of een potentiometer, kunnen we de frequentie en de duty-cycles van de blokgolf onmiddellijk regelen. Meer hierover in mijn volgende video, waar we een PWM DC-motorsnelheidsregelaar zullen maken met behulp van de 555 Timer.

Ik hoop dat je deze tutorial leuk vond en iets nieuws hebt geleerd. Stel gerust een vraag in de opmerkingen hieronder.