555 Hysterese Oscillator – Bouw een Klassieke RC Multivibrator

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• 1 × 9 V batterij
• Batterijclip (Radio Shack catalogus # 270‑325)
• Mini hook clips (gesoldeerd aan batterijclip, Radio Shack catalogus # 270‑372)
• U1 – 555 timer IC (Radio Shack catalogus # 276‑1723)
• D1 – Rode LED (Radio Shack catalogus # 276‑041 of equivalent)
• D2 – Groene LED (Radio Shack catalogus # 276‑022 of equivalent)
• R1, R2 – 1 kΩ, ¼ W weerstanden
• R3 – 10 Ω, ¼ W weerstand
• R4 – 10 kΩ, 15-draai potentiometer (Radio Shack catalogus # 271‑343)
• C1 – 1 µF condensator (Radio Shack catalogus # 272‑1434 of equivalent)
• C2 – 100 µF condensator (Radio Shack catalogus # 272‑1028 of equivalent)

NASLAGWERKEN

• Lessons In Electric Circuits, Deel 1, Hoofdstuk 16 – Spanning en Stroom Berekeningen
• Lessons In Electric Circuits, Deel 1, Hoofdstuk 16 – Oplossen voor Onbekende Tijd
• Lessons In Electric Circuits, Deel 4, Hoofdstuk 10 – Multivibrators
• Lessons In Electric Circuits, Deel 3, Hoofdstuk 8 – Positieve Terugkoppeling

LEERDOELEN

• Begrijpen hoe een Schmitt trigger een eenvoudige RC-oscillator aandrijft.
• RC tijdconstante-concepten toepassen om oscillatiefrequentie te controleren.
• Eén van de verschillende 555-timer astable multivibrator configuraties verkennen.

SCHEMATISCH DIAGRAM

Het volgende schema toont een veelvoorkomende layout voor deze oscillator. Een tweede, equivalente representatie is ook hieronder gegeven.

Alternatief kan het circuit getekend worden met de 555 in een iets andere pin-configuratie, zoals geïllustreerd hieronder:

ILLUSTRATIE

INSTRUCTIES

Dit is een van de meest fundamentele RC-oscillators die je kunt bouwen. Het is eenvoudig, hoogst voorspelbaar, en ideaal om de kernprincipes van een Schmitt-trigger-gedreven multivibrator te demonstreren.

Kenmerken:

• Basisfrequentie: ≈0,7 Hz – elke LED toggelt eenmaal per seconde.
• Instelbare frequentie via de 10 kΩ potentiometer (R4). Het tegen de klok in draaien verhoogt de frequentie, uiteindelijk het hoorbare bereik bereikend. Met een 1 µF timingcondensator kan de frequentie oplopen tot ~70 kHz, goed in het ultrasoon-bereik.
• LEDs bieden visuele bevestiging van de blokgolfuitgang. De golfvorm is iets asymmetrisch omdat de 555's uitgangstransistors niet volledig tot de voedingsrails kunnen zwingen. Het gebruik van een CMOS 555 (bijv. TLC555, Radio Shack # 276‑1718) levert een bijna-50 % duty-cycle blokgolf.
• R3 beschermt de 555 tegen oververhitting wanneer de condensator de AC-component van de uitgang naar grond kortsluit bij een verse 9 V batterij. Het weglaten van R3 kan overmatige hitte veroorzaken; test dit alleen kort en met voorzichtigheid.

Om de frequentie-sweep te verifiëren, verbind een piezo-luidspreker of de Audio Detector uit Lessons In Electric Circuits, Deel VI, Hoofdstuk 3, Sectie 12. Terwijl de potentiometer draait, hoor je de toon in real-time stijgen.

Veiligheidsnota: vermijd grote stromen door de LED-leidingen; de interne stroombegrenzing van de 555 beschermt het circuit maar overmatige stroom zal de LEDs beschadigen.

THEORIE VAN WERKING

In deze configuratie fungeert de 555 als een hysterese-oscillator – een type relaxatie-oscillator die afwisselt tussen twee stabiele toestanden. De frequentie wordt bepaald door het RC-netwerk op pennen 6 en 2, en de formule is:

f = 0,7 / (R × C)

Omdat de drempel- en triggerdrempels van de 555 verschuiven met de voedingsspanning, blijft de oscillatorfrequentie relatief stabiel over een bereik van spanningen, mits de uitgang rail-to-rail beperking in rekening gebracht wordt. De blokgolf-asymmetrie ontstaat door de niet-ideale uitgangswing, maar de timing blijft uitsluitend bepaald door het RC-paar.

De onderstaande afbeeldingen illustreren de oplaad- en ontlaadcurves, de initiële lange puls, en de resulterende asymmetrische blokgolf.

Probeer onze 555 Timer Astable Circuit in onze Tools sectie.