555 Timer

Questo tutorial fornisce circuiti di esempio per impostare un timer 555 in modalità monostabile, astabile e bistabile, nonché una discussione approfondita su come funziona il timer 555 e su come scegliere i componenti da utilizzare con esso. Il timer 555 è un chip che può essere utilizzato per creare impulsi di varie durate, per emettere una forma d'onda continua di impulsi di frequenza e larghezza di impulso regolabili e per alternare tra stati alti e bassi in risposta agli ingressi. Collegando il timer 555 con resistori e condensatori in vari modi, è possibile farlo funzionare in tre diverse modalità:

La modalità monostabile è ottima per la creazione di ritardi. In questa modalità, un trigger esterno fa sì che il timer 555 emetta un impulso di durata regolabile. Vai direttamente a un circuito di esempio per la modalità monostabile qui.

La modalità Astable emette un segnale / forma d'onda a impulsi oscillanti. In questa modalità, l'uscita del timer 555 passa da uno stato alto a uno basso con frequenza sintonizzabile e larghezza dell'impulso. Vai direttamente a un circuito di esempio per la modalità astable qui.

La modalità Bistable fa sì che il timer 555 commuti la sua uscita tra gli stati alto e basso a seconda dello stato di due ingressi. Vai direttamente a un circuito di esempio per la modalità bistabile qui.

Alcune applicazioni che vengono in mente includono:

- un orologio / grilletto stabile per mantenere il tempo in un circuito (modalità astable)

- l'oscillatore core di un sintetizzatore analogico, con l'aggiunta di alcuni amplificatori operazionali e altri componenti questa onda di impulso può essere modellata in un triangolo, sega e persino forme sinusoidali

- un noise maker in stile chiptune molto semplice (vedi atari punk console)

- ritardo per un segnale in ingresso (modalità monostabile)

- memorizzazione di base dei dati di input / gestione del sistema di controllo a due pulsanti (modalità bistabile)

Il timer 555 è flessibile, economico e facile da trovare (puoi persino prenderli a Radioshack). È anche un ottimo punto di partenza per progetti audio perché il suo output può essere collegato direttamente a un altoparlante.

Passaggio 1: 555 Diagramma dei pin del timer

La Fig. 1 mostra le connessioni dei pin al timer 555, che è stato preso direttamente dalla scheda tecnica del timer 555. Le connessioni di alimentazione al chip sono tramite i pin 1 (terra) e 8 (+ Vcc). La tensione di alimentazione positiva (+ Vcc) deve essere compresa tra 5 e 15 V.

La seconda immagine è un primo piano del diagramma che raffigura i componenti funzionali interni del chip. Questo è composto da alcuni elementi diversi: resistori, transistor, comparatori, un flip flop e uno stadio di uscita.

Tutte e tre le resistenze rappresentate nella figura 2 sono 5kOhm (vedere le note sull'immagine nella figura 3). Lo scopo di questi resistori è di impostare un divisore di tensione tra Vcc e terra. Poiché tutti i resistori hanno lo stesso valore, sappiamo che la tensione alla giunzione tra i resistori è 2 / 3Vcc e 1 / 3Vcc (vedere le note nell'immagine in figura 2). Queste tensioni vengono utilizzate come tensioni di riferimento per i comparatori.

Un comparatore è un circuito che confronta un ingresso con una tensione di riferimento ed emette un segnale BASSO o ALTO in base al fatto che l'ingresso sia una tensione superiore o inferiore rispetto al riferimento. Il timer 555 utilizza diversi transistor per costruire i suoi comparatori (vedere le note dell'immagine in figura 3), quindi nel diagramma funzionale semplificato in figura 2 sono rappresentati da riquadri etichettati "comparatore". Il comparatore collegato al pin 2 confronta l'ingresso "trigger" con una tensione di riferimento di 1 / 3Vcc e il comparatore collegato nel pin 6 confronta l'ingresso "soglia" con una tensione di riferimento di 2 / 3Vcc dal partitore di tensione.

Un flip flop è un circuito che commuta tra due stati stabili in base allo stato dei suoi ingressi. Il flip flop 555 produce un valore alto o basso in base agli stati dei due comparatori. Quando il comparatore di trigger emette un segnale basso (indipendentemente dallo stato del comparatore di soglia), il flip flop passa in alto, quando entrambi i comparatori emettono un segnale alto, il flip flop passa in basso. Il tempismo di un'uscita ad alto impulso dal flip flop può anche essere ripristinato manualmente (l'inizio di un impulso può essere attivato) facendo pulsare il pin di reset in basso.

Lo schema funzionale in figura 2 include anche due transistor. Il transistor collegato al pin 7 è un transistor NPN. Poiché il pin 7 è collegato al pin del collettore del transistor NPN, questo tipo di configurazione è chiamato open collector o open drain. Questo pin è solitamente collegato a un condensatore e viene utilizzato per scaricare il condensatore ogni volta che il pin di uscita si abbassa. Il transistor collegato al pin 4 è un transistor PNP. Lo scopo di questo transistor è di bufferizzare il pin di reset, quindi il 555 non alimenta corrente da questo pin e causa un abbassamento di tensione.

Lo stadio di uscita del timer 555 è indicato nelle note dell'immagine di figura 3. Il suo scopo è quello di fungere da buffer tra il timer 555 e tutti i carichi che possono essere collegati al suo pin di uscita. Lo stadio di uscita fornisce corrente al pin di uscita in modo che non sia necessario l'altro componente funzionale del timer 555.

Passaggio 2: timer 555: modalità monostabile

In modalità monostabile, il timer 555 emette un impulso elevato, che inizia quando il pin del trigger è impostato su un valore basso (inferiore a 1/3 Vcc, come spiegato nel passaggio precedente, questo è sufficiente per commutare l'uscita del comparatore collegato al pin del trigger) . La durata di questo impulso dipende dai valori del resistore R e del condensatore C nell'immagine sopra.

Quando il pin del trigger è alto, provoca il pin di scarica (pin 7) a scaricare tutta la carica dal condensatore (C nell'immagine sopra). Questo rende la tensione attraverso il condensatore (e la tensione del pin 6) = 0. Quando il pin del grilletto viene ribaltato, il pin di scarica non è più in grado di scaricare la corrente, questo provoca l'accumulo di carica sul condensatore secondo l'equazione sotto. Una volta che la tensione attraverso il condensatore (la tensione del pin 6) è pari a 2/3 della tensione di alimentazione (di nuovo, come spiegato nel passaggio precedente, questo è sufficiente per commutare l'uscita del comparatore collegato al pin 6), l'uscita di il 555 viene riportato indietro. L'output rimane basso fino a quando il pin del trigger non viene nuovamente premuto, il riavvio del processo che ho appena descritto.

(Tensione attraverso condensatore) = Vcc * (1- et / (R * C))
questa equazione descrive il tempo necessario per caricare un condensatore di capacità C quando è in serie con un resistore di resistenza R

come spiegato sopra, siamo interessati al tempo necessario affinché la tensione sul condensatore sia pari a 2 / 3Vcc o:
2/3 * Vcc = Vcc * (1- e ^ -t / (R * C))

che può essere riorganizzato in:
2/3 = 1- et / (R * C)
et / (R * C) = 1/3
-t / (R * C) = ln (1/3)
t = 1, 1 * R * C secondi

Nel passaggio successivo collegherò un LED indicatore al pin di uscita del 555 e selezionerò alcuni valori arbitrari per R e C per assicurarmi che funzioni davvero.

Passaggio 3: timer 555: circuito in modalità monostabile

Come ho spiegato nell'ultimo passaggio, un timer 555 in modalità monostabile emetterà un impulso alto (di tensione ~ Vcc) quando il pin di trigger è impulsivamente basso. La durata di questo impulso di uscita dipende dai valori di R e C nella figura 4. Nell'ultimo passaggio abbiamo calcolato la durata dell'uscita di impulso dal 555 in modalità monostabile per essere:

t = 1, 1 * R * C secondi
dove R e C sono la resistenza e il condensatore in serie nella figura 4.

se scegliamo R = 10Kohms e C = 470uF
t = 1, 1 * 10000 * 0, 00047
t = 5, 17 sec

Ciò significa che con un resistore da 10Kohm e un condensatore da 470uF, un impulso basso al pin di attivazione del 555 (pin 2) causerà un aumento dell'uscita per 5, 17 secondi.

Ho costruito un circuito che collega il pin di uscita del 555 a un LED, facendo accendere il LED per la durata dell'impulso. In questo modo avrei un'indicazione visiva che i miei calcoli erano corretti. Ho collegato il pin del grilletto del 555 a un interruttore momentaneo a pulsante, collegandolo a terra quando premuto. Le foto del circuito sono mostrate sopra e lo schema è mostrato in fig 5.

Elenco delle parti:
555 timer Digikey LM555CNFS-ND
Condensatore 0, 01uF Digikey 445-5297-ND
Condensatore 470uF Digikey P5185-ND
(x2) Resistenza 10Kohm Digikey CF14JT10K0CT-ND
Resistenza da 470 ohm Digikey CF14JT470RCT-ND
led ambra Digikey C503B-ACN-CW0Y0251-ND
interruttore momentaneo Digikey CKN9018-ND
Cavo per ponticelli calibro 22
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Alimentatore da 5-15 V: se non si dispone di un alimentatore da banco, provare a utilizzare una batteria da 9 V e uno scatto a batteria o utilizzare l'uscita 5 V da un Arduino

Informazioni sul cablaggio:
Lo schema è mostrato in figura 5. Collegare l'alimentazione e la terra ai pin 8 e 1 del timer 555 (fili rosso e nero). Ho usato un'alimentazione a 9 V e uno scatto a batteria per il mio circuito. Come indicato nello schema di figura 5, collegare un condensatore 0, 01uF tra i pin 5 e 1. Collegare un condensatore 440uF tra i pin 1 e 6, assicurarsi che il cavo negativo del condensatore sia collegato al pin 1. Collegare i pin 6 e 7 con un ponticello (verde). Collegare una resistenza da 10K tra i pin 7 e 8. Ho lasciato il pin di reset mobile, è possibile collegarlo anche a Vcc.

Collegare un LED e una resistenza di limitazione della corrente in serie dall'uscita del 555 a terra. Il pin di uscita del 555 emetterà Vcc-1, 2 V massimo (-1, 2 V proviene da alcuni transistor nel circuito che diminuiscono leggermente la tensione). Il mio circuito era alimentato da un'alimentazione a 9 V, quindi l'uscita massima è 9-1, 2 V = 7, 8 V. Ho usato un resistore di limitazione della corrente da 470ohm per la mia configurazione, se usi un'alimentazione da 5 V puoi usare un resistore di limitazione della corrente inferiore (come 220ohm) e per Vcc più alti usa una resistenza più alta (forse anche fino a 1K).

Cablare l'interruttore a pulsante momentaneo in serie con una resistenza da 10K tra Vcc e terra. Collegare un filo (giallo) dalla giunzione tra l'interruttore e la resistenza al pin del grilletto in modo che quando l'interruttore non viene premuto il perno del grilletto sia tenuto in alto. Quando si preme l'interruttore, il pin del grilletto scenderà al minimo. Vedi lo schema se questo non ha senso.

Funzionamento:
Premi il bottone. Il LED dovrebbe accendersi per un po 'e quindi spegnersi. Se cronometri il LED, scoprirai che si accende esattamente per 5, 17 secondi, proprio come ho calcolato sopra.

Puoi provare a cambiare la resistenza 10k o il condensatore 470uF (collegato al 555) per vedere come influenzano la durata dell'impulso di uscita. Ricorda, poiché t = 1, 1 * R * C secondi, aumentando la resistenza o la capacità aumenterà sempre la durata dell'impulso.

Ho collegato un potenziometro 10Koh come resistore variabile e l'ho inserito nel mio circuito al posto del resistore 10K tra 555 pin 7 e 8 (fig. 9). In questo modo ruotando la manopola completamente su un lato, il LED rimane acceso per 5, 17 secondi, ma quando viene girato sull'altro estremo il LED si spegne immediatamente dopo aver rilasciato il pulsante. Ruotando il potenziometro in qualsiasi posizione intermedia si avrà una durata dell'impulso da 0 a 5, 17 secondi.

Passaggio 4: timer 555: modalità monostabile (applicazioni veloci)

In questo passaggio parlerò un po 'di più sull'uso della modalità monostabile, questa volta per applicazioni più veloci.

nel passaggio 2, abbiamo calcolato il tempo dell'impulso alto dal timer 555 per un dato R e C
t = 1, 1 * R * C secondi

quindi se scegliamo R = 5.1Kohms e C = 1uF
t = 1, 1 * 5100 * 0, 000001
t = 5, 61 ms

Dato che questo impulso sta avvenendo su una scala temporale molto più veloce rispetto all'ultimo passaggio, ho usato un Arduino per impulsare il pin 2 del timer 555 in basso ogni 10 ms e ho misurato l'output del 555 su un oscilloscopio. Ecco come l'ho impostato:

Elenco delle parti:
555 timer Digikey LM555CNFS-ND
Condensatore 0, 01uF Digikey 445-5297-ND
Condensatore 1uF Digikey P5174-ND
Resistenza Digikey CF14JT5K10CT-ND a 5.1Kohm
Cavo per ponticelli calibro 22

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Alimentatore da 5-15 V: se non si dispone di un alimentatore da banco, provare a utilizzare una batteria da 9 V e uno scatto a batteria o utilizzare l'uscita 5 V da un Arduino
generatore di impulsi - Ho usato un Arduino per questo
oscilloscopio

Informazioni sul cablaggio:
Le figure 1-3 mostrano come ho collegato il 555 su una breadboard. Collegare l'alimentazione e la terra ai pin 8 e 1 del timer 555 (fili rosso e nero). Ho usato un'alimentazione a 9 V e uno scatto a batteria per il mio circuito. Come indicato nello schema di figura 4, collegare un condensatore 0, 01uF tra i pin 5 e 1. Collegare un condensatore 1uF tra i pin 1 e 6, assicurarsi che il cavo negativo del condensatore sia collegato al pin 1. Collegare i pin 6 e 7 con un ponticello (verde). Collegare una resistenza 5.1K tra i pin 7 e 8. Ho lasciato il pin di reset mobile.

Ho usato un Arduino per attivare un impulso basso ogni 10 ms sul pin 2 del timer 555. È inoltre possibile utilizzare un generatore di funzioni per generare questo segnale a impulsi. Ecco il codice che ho usato:
 // 555 timer trigger - modalità monostabile // di Amanda Ghassaei // settembre 2012 // connessioni pin: // pin digitale da 0 a 555 pin 2 // Arduino da terra a 555 terra (pin 1) void setup () {pinMode (0, PRODUZIONE); digitalWrite (0, HIGH); } void loop () {// impulso pin 0 basso momentaneamente digitalWrite (0, LOW); digitalWrite (0, HIGH); ritardo (10); // aspetta 10 ms} 

Collegare l'uscita del segnale (pin digitale 0) al pin 2 555 (giallo) e la terra (dell'Arduino o del generatore di funzioni) al pin 1 555 (nero).

Funzionamento:
La Fig. 5 mostra l'uscita dal timer 555. Potete vedere che la durata dell'impulso alto è di circa 5, 6 ms, come previsto. Notare anche come viene attivato un nuovo impulso ogni 10 ms, ogni volta che il segnale di Arduino si abbassa. La Figura 6 mostra l'uscita dal 555 in blu e l'uscita dal pin 0 digitale di Arduino in giallo. Puoi vedere che il segnale di Arduino è normalmente alto, si abbassa per una piccola frazione di secondo, visibile solo quando ingrandiamo il tempo / div in figura 7. Nella figura 7 puoi vedere che il segnale dell'Arduino si abbassa per meno di 5us e l'uscita dal 555 aumenta immediatamente. La Figura 8 mostra l'uscita dal 555 in blu e la tensione attraverso il condensatore 1uF (anche la tensione del pin 6). Notare come l'uscita dal timer 555 si abbassa quando la tensione sul condensatore = 2 / 3Vcc (in questo esempio sto usando un alimentatore da 9 V, quindi 2/3 Vcc = 6 V). Quando l'uscita dal 555 si abbassa, fa sì che il pin di scarica (pin 7) scarichi rapidamente il condensatore 1uF. La Figura 9 mostra un primo piano di questa scarica in corso, è possibile vedere la tensione attraverso il condensatore scendere da 2 / 3Vcc a 0 in circa 50us.

Per fare un confronto, nelle figure 10 e 11 ho impostato un altro timer 555 sulla mia breadboard, in modo identico all'impostazione del primo 555, ma ho usato un condensatore da 0, 47uF invece di 1uF. Ho calcolato la durata dell'impulso per questo nuovo circuito:

t = 1, 1 * R * C secondi
t = 1, 1 * 5100 * 0, 00000047
t = 2, 64 ms, circa la metà della durata del primo impulso del timer 555.

La Figura 12 mostra l'uscita di entrambi i 555 timer sull'oscilloscopio: il circuito 1uF in blu e il circuito .47uF in giallo. Si può vedere che la durata dell'impulso dal secondo timer (0, 47 uF) 555 è di circa 2, 6 ms, come sopra calcolato. Notare anche come anche se gli impulsi di uscita hanno durate diverse, entrambi gli impulsi iniziano contemporaneamente, proprio quando Arduino pulsa i propri pin di trigger in basso. Questo uso della modalità monostabile con un trigger esterno è un modo efficace per controllare l'ampiezza dell'impulso (la durata dell'impulso alto) del segnale di uscita. Sostituendo il resistore con un resistore variabile, è possibile regolare l'ampiezza dell'impulso come desiderato. È possibile modificare la frequenza della forma d'onda dell'impulso modificando la frequenza del trigger esterno. Introdurrò anche un altro modo di creare un segnale modulato in larghezza di impulso senza un trigger esterno utilizzando la modalità astable al punto 7.

Passaggio 5: timer 555: modalità astabile

In modalità astable, l'uscita dal timer 555 è una forma d'onda di impulso continua di una frequenza specifica che dipende dai valori dei due resistori (R A e R B ) e del condensatore (C) utilizzati nel circuito (fig 1) secondo l'equazione di seguito. La modalità Astable è strettamente correlata alla modalità monostabile (discussa nel passaggio 2), puoi vedere che lo schema è quasi lo stesso. La differenza importante è che in modalità astable, il pin del trigger è collegato al pin della soglia; questo fa sì che l'uscita commuti continuamente tra gli stati alto e basso.

Frequenza di uscita = 1 / [0, 7 * (R A + 2 * R B ) * C]
(non preoccuparti, dimostrerò presto come ho derivato questa equazione)

La sequenza degli eventi è alquanto complessa, quindi l'ho suddivisa in 5 passaggi:

1. Inizialmente non c'è carica sul condensatore C, quindi la tensione attraverso il condensatore è zero. La tensione attraverso il condensatore C è uguale alla tensione sui pin 6 (pin di soglia) e 2 (pin di trigger) poiché sono tutti collegati. Quindi inizialmente i pin di soglia e trigger sono entrambi a zero volt. Questo porta in alto l'output.

2. Come spiegato nel passaggio 2 di questo Documento, quando il pin di attivazione è basso, il pin di scarica non è in grado di scaricare la carica dal condensatore. Poiché il condensatore C è in serie con R A e R B e viene applicato Vcc, la corrente fluirà attraverso i resistori e inizierà ad accumulare carica sul condensatore. Ciò provoca l'aumento della tensione attraverso il condensatore C secondo la seguente equazione:

(Tensione attraverso condensatore) = (Vcc - V 0 ) * (1- et / [(R A + R B ) * C])
dove "Tensione attraverso il condensatore" è la tensione di corrente attraverso il condensatore al momento t, V 0 è la tensione iniziale attraverso il condensatore, Vcc è la tensione totale applicata ai resistori R A, R B e al condensatore C

3. Quando la tensione attraverso il condensatore C è pari a 2 / 3Vcc, la registrazione del pin di soglia è elevata (come spiegato nel passaggio 1 di questo manuale, questo inverte il comparatore collegato al pin di soglia all'interno del 555). Questo porta l'uscita in basso e abilita il pin di scarico. Il tempo necessario per l'accumulo di una tensione di 2 / 3Vcc sul condensatore è dato da:

2/3 * Vcc = (Vcc - V 0 ) * (1- et / [(R A + R B ) * C])
2/3 * Vcc / (Vcc - V 0 ) = 1- et / [(R A + R B ) * C]
1/3 * Vcc / (Vcc - V 0 ) = et / [(R A + R B ) * C]
ln [1/3 * Vcc / (Vcc - V 0 ) ] = -t / [(R A + R B ) * C]
t = - (R A + R B ) * C * ln [1/3 * Vcc / (Vcc - V 0 )]

per V 0 = 0V, questo risulta:
t = 1, 1 * (R A + R B ) * C secondi

4. Con il pin di scarica abilitato, la carica inizia a fluire dal condensatore, attraverso R B, e nel pin di scarica del 555. Ciò riduce la tensione attraverso il condensatore come descritto dall'equazione seguente:

(Tensione sul condensatore) = (Tensione di picco sul condensatore) * (et / (R B * C))
dove la tensione di picco attraverso il condensatore era la tensione appena prima dell'abilitazione del pin di scarica: 2 / 3Vcc
(Tensione sul condensatore) = 2/3 * Vcc * (et / (R B * C))

5. Quando la tensione attraverso il condensatore (e la tensione sul pin del trigger) è pari a 1 / 3Vcc, il pin del trigger si registra su un valore basso (come spiegato nel passaggio 1 di questo manuale, questo inverte il comparatore collegato al pin del trigger all'interno del 555 ). Il tempo necessario perché ciò accada è risolto di seguito. Questo porta in alto l'output e ci riporta al passaggio 2 (sopra). Da qui, i passaggi 2-5 si ripetono per sempre e l'uscita passa tra gli stati alto e basso per produrre un'onda di impulso continua. Il tempo necessario per scaricare il condensatore da 2 / 3Vcc a 1 / 3Vcc è indicato di seguito:

1/3 * Vcc = 2/3 * Vcc * (et / (R B * C))
1/2 = et / (R B * C)
ln (1/2) = -t / (R B * C)
t = -R B * C * ln (1/2)
t = 0, 7 * R B * C secondi

Per calcolare la frequenza di questa oscillazione calcoliamo innanzitutto il tempo in cui l'uscita è negli stati alto e basso. L'uscita è nello stato alto mentre il condensatore si carica da 1 / 3Vcc a 2 / 3Vcc. Il tempo necessario per caricare il condensatore dalla tensione V 0 a 2 / 3Vcc è ripetuto di seguito:

l'uscita è alta per:
t = - (R A + R B ) * C * ln [1/3 * Vcc / (Vcc - V 0 )]
nel passaggio 3 (sopra) abbiamo scelto V 0 = 0 come condizioni iniziali, ma questo vale solo per il primo ciclo della modalità astable. Per tutti i cicli successivi, il condensatore si scaricherà solo a 1/3 Vcc prima che il pin di scarica sia disabilitato e la carica ricomincia a costruire sul condensatore. Quindi impostiamo la tensione iniziale su 1/3 Vcc:
t = - (R A + R B ) * C * ln [1/3 * Vcc / (Vcc - 1 / 3Vcc)]
t = - (R A + R B ) * C * ln (1/2)
t = 0, 7 * (R A + R B ) * C secondi

Come abbiamo calcolato sopra, l'output è basso per:
t = 0, 7 * R B * C secondi

Quindi la durata totale di entrambi gli stati alto e basso dell'uscita è:
0, 7 * (R A + R B ) * C + 0, 7 * R B * C
0, 7 * (R A + 2 * R B ) * C secondi

Quindi la frequenza viene calcolata come segue:
Frequenza di uscita = 1 / [0, 7 * (R A + 2 * R B ) * C]

Quindi cambiando i valori dei resistori R A e R B e del condensatore C, possiamo controllare la frequenza dell'uscita. Inoltre, possiamo controllare l'ampiezza dell'impulso dell'uscita (la durata dell'alto rispetto alla durata del basso) perché la durata dello stato alto dipende sia da R A che da R B, mentre la durata dello stato basso dipende solo da R B Nel prossimo passo introdurrò un circuito di esempio per la modalità astable.

Passaggio 6: timer 555: circuito in modalità astabile

Come ho descritto nell'ultimo passaggio, impostando il timer 555 in modalità astable si ottiene una serie continua di impulsi. In questo circuito, imposterò il timer 555 per emettere un'onda di impulso con una frequenza all'interno della gamma udibile, in questo modo posso collegare l'uscita a un altoparlante e ascoltare i risultati.

Elenco delle parti:
555 timer Digikey LM555CNFS-ND
Condensatore 0, 01uF Digikey 445-5297-ND
Potenziometro lineare conico da 100kOhm Digikey 987-1300-ND
Resistenza Digikey CF14JT10K0CT-ND da 10kOhm 1 / 4watt
Condensatore 0.47uF (o qualsiasi cosa tra 10uF e 0.1uF dovrebbe andare bene) Digikey P5173-ND
altoparlante
Cavo per ponticelli calibro 22
breadboard Amazon
Alimentatore da 5-15 V: se non si dispone di un alimentatore da banco, provare a utilizzare una batteria da 9 V e uno scatto a batteria o utilizzare l'uscita 5 V da un Arduino

Informazioni sul cablaggio
Lo schema è mostrato in figura 6. Collegare l'alimentazione e la terra ai pin 8 e 1 del timer 555 (fili rosso e nero). Ho usato un'alimentazione a 9 V e uno scatto a batteria per il mio circuito. Come indicato nello schema di figura 6, collegare un condensatore 0, 01uF tra i pin 5 e 1. Collegare un condensatore 0, 47uF tra i pin 1 e 6, assicurarsi che il cavo negativo del condensatore sia collegato al pin 1. Collegare un resistore da 10kohm tra i pin 6 e 7. Cablare un potenziometro da 100 K cablato come resistenza variabile tra i pin 7 e 8. Utilizzare il cavo jumper per collegare tra loro i pin 4 e 8 (rosso) e i pin 2 e 6 (giallo).

Collegare il cavo positivo di un altoparlante al pin 3 del 555 e collegare il cavo negativo a terra (pin 1).

operazione
Quando si alimenta questo circuito, si dovrebbe iniziare a sentire la forma d'onda dell'impulso proveniente dal 555. Ruotare il potenziometro per modificare la frequenza di questa onda d'impulso. Se si desidera generare una frequenza particolare, provare a modificare i valori di R A, R B e C in base alla seguente equazione (derivata nell'ultimo passaggio):

Frequenza di uscita = 1 / [0, 7 * (R A + 2 * R B ) * C]
dove R A, R B e C sono mostrati in fig 7

Sulla base dei componenti che ho usato in questo circuito di esempio, possiamo calcolare la gamma di possibili frequenze di uscita come segue:

supponendo che il potenziometro sia girato completamente da un lato e la resistenza = 100kohm
Frequenza di uscita = 1 / [0, 7 * (100.000 + 2 * 10.000) * 0, 00000047]
Frequenza di uscita = ~ 25Hz
questa uscita è mostrata su un oscilloscopio in fig 8

Valori bassi di R A devono essere evitati perché impediscono al timer 555 di scaricare normalmente il condensatore C. Quando ho girato il piatto dall'altra parte (per una resistenza di 0 ohm) il timer 555 ha smesso di funzionare come previsto (fig. 10). Quindi calcoliamo la frequenza di uscita dal timer quando il piatto viene girato a metà, per una resistenza di 50Kohms.
Frequenza di uscita = 1 / [0, 7 * (50.000 + 2 * 10.000) * 0, 00000047]
Frequenza di uscita = ~ 43Hz
questa uscita è mostrata nella figura 9 (nota- c'è qualche errore bc stavo indovinando dove si trovava a metà strada)

Si noti inoltre che sebbene la frequenza dell'uscita cambi tra le figure 8 e 9, la durata della fase di uscita bassa non cambia in modo significativo. Questo perché la durata della fase di uscita bassa non dipende da R A (il resistore variabile). Come calcolato nell'ultimo passaggio:
t = 0, 7 * R B * C
sostituendo R B = 10kOhms e C = 0.47uF si ottiene:
t = ~ 3ms
che può essere verificato nelle figure 8 e 9.

Passaggio 7: timer 555: ciclo di funzionamento in modalità astabile

Il ciclo di lavoro di un'onda di impulso è il rapporto tra il tempo che trascorre alto e la durata totale dello stato alto e basso. Abbiamo calcolato queste durate nel passaggio 5 e possiamo combinarle per calcolare il ciclo di lavoro del 555:

duty cycle = (tempo trascorso alto) / (durata totale del tempo degli stati alti e bassi)
sostituire le equazioni dal passaggio 5 per ottenere:
duty cycle = (0, 7 * (R A + R B ) * C) / (0, 7 * (R A + 2 * R B ) * C )

questo semplifica:
duty cycle = (R A + R B ) / (R A + 2 * R B )

Nell'equazione sopra, quando R A è molto più grande di R B (puoi ignorare i termini R B ) finisci con un duty cycle ~ = 1 e quando R B è molto più grande di R A (puoi ignorare R A termini) ottieni un ciclo di lavoro = ~ 1/2. Quindi i limiti del ciclo di lavoro con il circuito mostrato in figura 2 vanno dal 50% al 100%. Se si desidera ottenere un ciclo di lavoro inferiore al 50%, è necessario utilizzare un circuito come quello mostrato in figura 1. In questo circuito un diodo bypassa RB durante la fase di carica del 555 (mentre l'uscita è mantenuta alto). In che modo ciò influisce sulla durata delle fasi alta e bassa dell'output?

La durata dell'uscita bassa rimane:
t = 0, 7 * R B * C secondi
questo accade quando il condensatore si scarica, quindi la corrente fluisce dal condensatore, attraverso R B (nella direzione verso l'alto in fig 1), e nel pin di scarica del 555. Questa è la direzione opposta del flusso di corrente che il diodo farà accetta, quindi nessuna corrente scorre attraverso il diodo. Durante questo periodo, il circuito di figura 1 è funzionalmente equivalente al circuito di figura 2.

La durata dell'uscita elevata cambia, in particolare il contributo di R B scompare perché viene bypassato dal diodo. In questo caso il condensatore viene caricato in modo che la corrente fluisca dall'alimentazione Vcc, attraverso R A (nella direzione verso il basso nello schema) e attraverso il diodo al condensatore. La corrente non fluirà attraverso R B perché il percorso attraverso il diodo è il percorso di resistenza al lease; il diodo agisce essenzialmente come un filo attraverso RB.

In precedenza la durata dell'output elevato era:
t = 0, 7 * (R A + R B ) * C secondi
non possiamo semplicemente rimuovere RB dall'equazione perché dobbiamo tenere conto di una leggera caduta di tensione (circa 0, 7 V per diodi al silicio) attraverso il diodo. Abbiamo calcolato la forma generale della durata dell'output elevato nel passaggio 5. L'ho riprodotta di seguito:
t = - (R A + R B ) * C * ln [1/3 * Vcc / (Vcc - V 0 )]
dovremmo sottrarre la caduta di tensione dal diodo (Vd) da entrambi i casi di Vcc in questa equazione e rimuovere il contributo da R B
t = -R A * C * ln [(1/3 * Vcc-Vd) / (Vcc - Vd - V 0 )]
come nel passaggio 4, la tensione iniziale V 0 è pari a 1/3 Vcc
t = -R A * C * ln [(1/3 * Vcc - Vd) / (Vcc - Vd- 1 / 3Vcc)]
t = -R A * C * ln [(1/3 * Vcc - Vd) / (2/3 * Vcc - Vd)]
t = -R A * C * ln [(Vcc - 3 * Vd) / (2 * Vcc - 3 * Vd)]

quindi la durata dell'uscita alta è ora
t = R A * C * ln [(2 * Vcc - 3 * Vd) / (Vcc - 3 * Vd) ]
Notare come non vi sia dipendenza R B. Notare anche come la caduta di tensione attraverso il diodo e la tensione di alimentazione influiscano sull'equazione.

È bene notare qui che è anche possibile utilizzare la modalità monostabile con un trigger esterno per creare un segnale PWM di cicli di lavoro tra 0 e 100%. Ho spiegato come farlo alla fine del passaggio 4. Ulteriori informazioni su PWM con il timer 555 sono disponibili nel foglio dati.

Step 8: 555 Timer: circuito in modalità Bistable

Come spiegato nel passaggio 1, un flip flop è un circuito che commuta tra due stati stabili in base allo stato dei suoi ingressi. Nel caso del timer 555 in modalità bistabile, i due ingressi sono i pin trigger e reset. Per impostazione predefinita, entrambi sono mantenuti alti dai resistori pull-up in modalità bistabile. Quando il pin del trigger è impulsivo basso, l'uscita aumenta (Vcc). L'uscita rimarrà alta anche se il pin del trigger è nuovamente impostato su alto. Quando il pin di reset è impulsivo basso, l'uscita diventa bassa. Ancora una volta, l'uscita rimarrà in questo stato anche se il pin di reset torna di nuovo alto.

Ho impostato un circuito che utilizza pulsanti momentanei per impulsare il reset e attivare i pin bassi e visualizza lo stato dell'uscita utilizzando un indicatore LED.

Elenco delle parti:
555 timer Digikey LM555CNFS-ND
Condensatore 0, 01uF Digikey 445-5297-ND
(x3) Resistenza 10Kohm Digikey CF14JT10K0CT-ND
Resistenza da 470 ohm Digikey CF14JT470RCT-ND
led ambra Digikey C503B-ACN-CW0Y0251-ND
(x2) interruttore momentaneo Digikey CKN9018-ND
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Alimentatore da 5-15 V: se non si dispone di un alimentatore da banco, provare a utilizzare una batteria da 9 V e uno scatto a batteria o utilizzare l'uscita 5 V da un Arduino

Informazioni sul cablaggio
Lo schema è mostrato in figura 5. Collegare l'alimentazione e la terra ai pin 8 e 1 del timer 555 (fili rosso e nero). Ho usato un'alimentazione a 9 V e uno scatto a batteria per il mio circuito. Come indicato nello schema di Fig 5, collegare un condensatore 0, 01uF tra i pin 5 e 1. Collegare il pin 6 a terra con un cavo di collegamento (nero). Lasciare il pin 7 mobile: non verrà utilizzato in questa configurazione poiché non è presente alcun condensatore da scaricare.

Collegare un LED e una resistenza di limitazione della corrente in serie dall'uscita del 555 a terra. Il pin di uscita del 555 emetterà Vcc-1, 2 V massimo (-1, 2 V proviene da alcuni transistor nel circuito che diminuiscono leggermente la tensione). Il mio circuito era alimentato da un'alimentazione a 9 V, quindi l'uscita massima è 9-1, 2 V = 7, 8 V. Ho usato un resistore di limitazione della corrente da 470ohm per la mia configurazione, se usi un'alimentazione da 5 V puoi usare un resistore di limitazione della corrente inferiore (come 220ohm) e per Vcc più alti usa una resistenza più alta (forse anche fino a 1K).

Collegare una resistenza da 10Kohm tra il pin 4 e Vcc e il pin 2 e Vcc. Queste sono resistenze di pull-up che manterranno i pin 2 e 4 alti per impostazione predefinita. Utilizzare un cavo jumper per collegare i pin 2 e 4 a due interruttori momentanei (uno per ogni pin) collegati a terra. Quando si preme ciascuno dei pulsanti, il pin associato si abbassa momentaneamente. Vedi lo schema se questo non ha senso.

operazione
Premere il pulsante collegato al pin 2 (grilletto). Il LED dovrebbe accendersi, indicando che l'uscita è ora in uno stato elevato. Rilascia il pulsante di attivazione, il LED rimarrà acceso. Ora premi il pulsante di reset, questo farà abbassare l'uscita e spegnerà il LED. Rilascia il pulsante di ripristino, il LED dovrebbe rimanere spento. Ora hai creato un circuito che commuta tra due stati stabili in base all'ultimo pulsante premuto. Vedere le figure 6-9 per maggiori informazioni.

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