Timer - 555

תמליל

1 1 Timer 555 התקן 555 מיועד לעבוד באופנים שונים. המבנה הבסיסי שלו הוא המבנה הבא: איור 1 אפשרות שינוי ה- Timinig בצורה אלקטרונית. כאשר לא דרושה בקרת התזמון, נהוג לחבר בין כניסה זו ( voltage )Control לאדמה קבל. מחלקים את המתח בכניסות המשוונים. V CC V CC לשליש ולשני שלישים של V CC על מנת שנקבל שתי רמות לוגיות

2 2 מימוש רב רטט - AStable בעזרת 555 הרעיון הבסיסי הוא טעינה ופריקה של קבל R 0`+R 1` הקבל נטען דרך C ומתפרק דרך `0 R. איור 2 איור

3 מימוש רב רטט חד יציב MonoStable בעזרת 555 איור 4 R 1 R= 2 ולכן בכניסת ה- Trigger נקבל מתח של מחצית מתח המקור. את קו ה- Reset ניתן לנצל במעגלים בהם נדרשת פעולת בקרה נוספת לאיפוס המערכת.,PNP פעולת ה- Reset מבוצעת דרך טרנזיסטור על ידי הורדת הרמה הלוגית בכניסה ל-" 0 " לוגי. על ידי מחלק מתח פנימי מיצרים מתח ביניים V REF - 0.7V המוגדר כ- 0.,V REF כך שפעולת ה- Reset תתבצע רק עבור נהוג להשתמש ב- 0.5, V CC.TTL ואז מבטיחים התאמה מלאה לרמת V REF דוגמאות בתזמון Timer תאור אחד ההתקנים השימושיים והנפוצים הוא תזמון 555 אם כי קשה לסווגו לאחד מהמשפחות המקובלות, ההתקן מיועד לבניית מעגלי השהייה )חד יציב( מדויקים או מעגלי מתנד )רב יציב( מדויקים. כאשר המעגל פועל כחד יציב,MonoStable הזמן נקבע על ידי נגד וקבל חיצוני. כאשר המעגל יפעל כמתנד רב יציב Astable התדר וזמן המחזור יקבעו על ידי 2 נגדים וקבל חיצוני.

4 4 איור 5 ההתקן מורכב משני משוונים )comperator( flip flop - ומהפך. המשוון משווה את פתחי 2 הכניסות שלו כאשר מתח היציאה שלו עולה כאשר המתח ב- 2 הכניסות זהה. ה- flop flip מגדיר את רוחב הפולס ביציאה ובדרך כלל Low ונעשה High לאחר Set ושוב פעם.Reset לאחר Low המהפך מבטיח שרמת מתח היציאה תשתנה מהאדמה ל- Low ו- V DD ל- High. מהפך זה גם חוצץ בין ההתקן לעומס על ההתקן. במעגל יש גם מחלק מתח המורכב מ- נגדים זהים כך שהמתח בין 2 קצוות המחלק יהיו אדמה ומקור ובין הנגדים המתח יהיה שליש ושני שליש V DD V DD בהתאם. הכניסות והיציאות מההתקן: פולס זה הוא שלילי כך שהרמה שם א. Trigger כניסות פולס הדרבון להפעלת המעגל או להחלפת מחזור,.V DD תהיה המעגל מושפע כאשר המתח יורד לשליש.V DD ב. Threshold המתח הדרוש כדי להפסיק את הפעולה או המחזור וכתוצאה להתחלת מחזור של פריקת הקבל. מתח זה פעיל רק כאשר ערכו שני שליש V DD ולא פעיל כאשר המתח קטן מזה.

5 5 ג. Voltage Control המתח בנקודה זו הוא שני שליש V DD היוצא ממחלק המתח. נהוג לחבר לנקודה זו קבל בעל ערך של 0.01µF כדי למנוע רעשים שנובעים מהמיתוג. יש אפשרות לשנוי בצורה אלקטרונית של זמני המיתוג ואז כניסה זו קובעת את תחום המתחים לפעולת ההתקן. ד. Discharge קובע את רמת המתח שבו מתחיל תהליך פירוק הקבל, הזרם נכנס לטרנזיסטור כאשר הוא נמצא בהולכה. מחברים בדרך כלל את הדק ה - Discharge למעגל RC החיצוני. ה. Reset פולס במבוא הדרוש לאפס את המתח ביציאה. פולס זה שולט על פעולת כל ההתקן ומבטל כל כניסה אחרת. כפי שנאמר לעיל פעולת ה- trigger רק כאשר הוא יורד למתח של שליש זה יהיה קצר ושירד מתחת למתח הנדרש יש שמכניסים מעגל דרבון V DD כדי להבטיח שפולס 2. מימוש חד יציב MonoStable בעזרת 555 איור 6 כניסת פולס trigger שלילי והמתח שם יורד לשליש V DD ה- flop flip מופעל ב set ומתח היציאה עולה ל- HIGH. פעולה זו מתבצעת דרך משוון. 2

6 6 המתח ההתחלתי על הקבל הוא 0 V והוא מתחיל להטען עם מקדם זמן של τ=r A C )זאת בתנאי שטרנזיסטור discharge איננו בהולכה ולא יכול להפריע לטעינת הקבל(. כאשר מתח הקבל מגיע לרמה של שני שלישי V DD משוון 1 נכנס לפעולה ומחזיר )Reset( את מצב ה- flip flop לקדמותו. פעולה זו מתבצעת דרך הדק Thershold בכניסה למשוון 1, כאשר ה- flop flip מתחלף, מתח היציאה עובר ל- Low והמעגל מוכן לפולס הדרבון הבא. התחלפות ה- flop flip גורמת לטרנזיסטור ה- Discharge להיכנס לרוויה. מתח הקולקטור יורד V C = V CES כלומר 0.2V, מתח זה גורם להתפרקות מהירה של הקבל )וזאת בתנאי שמתח הדרבון גבוה ממתח סף של משוון 1. V CC - לא בשימוש נחבר אותו ל Reset היות והדק )0.V CC < V TRIGER זמן פירוק הקבל איננו משפיע על רוחב פולס היציאה.tp טרנזיסטור Q 0 של ה- Discharge. הירידה היא למעשה מידית בגלל חישוב זמן טעינת הקבל: tp VT VF VS1 2V CC = R C ; V = V = 2V A THRESHOLD T tp VCC 01 0 tp 1 tp RAC ln 11. RAC CC ; V F = V CC ; V S = 0

7 7. מימוש מאפנן רוחב פולס PWM ע"י 555 ניתן לשפר את מעגל החד יציב כדי שיפעל כמאפנן רוחב פולס. pulse width mod באיפנון זה רוחב הפולס הוא פונקציה של הרמה האנלוגית שאותה הוא מאפנן. במקום כניסת דרבון חד פעמי, נכניס סידרה של פולסים בזמנים קבועים בזמן שרוצים לדגום את הגל האנלוגי. הגל עצמו יוזן להדק של בקרת מתח.Voltage Control היות ומשוון 1 קובע את הרמה שבו עוצרים את טעינת הקבל כלומר ניתן לשנות את זמן הטעינה בהתאם לרמות הגל האנלוגי. הגל האנלוגי חייב להיות בתחומי 1/VCC ל- 2/VCC. את תוצאת האיפנון מקבלים ב-. V OUT איור 7 איור 8 איור 9

8 8 יש לדגום את הגל האנלוגי בקצב של לפחות פעמיים התדר הגבוה ביותר. יש לדאוג שפולס האיפנון הקצר ביותר יהיה ארוך יותר מפולס הדרבון ופולס האיפנון הארוך ביותר יהיה פחות רחב מקצה השעון.

9 9 4. מימוש מחולל שן משור בעזרת 555 ניתן להחליף את נגד R A במעגל החד יציב עם מקור זרם קבוע, כתוצאה נקבל גנרטור שיני מסור. במקום טעינה אקצפוננציאלית של הקבל, עליית המתח של הקבל תהיה ליניארית. מעגל הטרנזיסטור הוא PNP הפועל כעוקב אמיטר Emitter Follower עם גדול מאוד. במעגל R 1 ו- R, 2 כמו כן מתח האמיטר קבוע כתוצאה זה מתח הבסיס V B קבוע ונקבע ע"י מחלק המתח מכך מתח הקולט יקבע ע"י מצבי העומס. נניח שבהתחלה המתח על הקבל 0V, פולס הדרבון Trigger מחליף את המצב ה- FF וכתוצאה נכנס לקטעון. קבל C מתחיל להטען ע"י מקור הזרם הקבוע טרנזיסטור Q D של ה- Discharge דרך הקולט של טרנזיסטור Q, W כתוצאה המתח של הקבל עולה ליניארית כי הזרם הוא קבוע. כאשר המתח על הקבל מגיע לרמת מתח של 2/V, CC ה- FF מתחלף שוב וכתוצאה טרנזיסטור V DC = V DEC = ברוויה, מתח הקולט שלו Q D נכנס לרוויה. היות וטרנזיסטור ) Discharge ( Q D הקבל מתפרק מיידית והוא מוחזק ב- 0V כל זמן ש- Q D ברוויה, כלומר עד פולס הדרבון הבא. 0V VCC I R1 R2 VCC VB R R R זרם במחלק המתח: המתח בבסיס של :Q W I C I E V CC V BE R1V CC R1 R2V RE R1 R2 VCC R R R 1 2 RE BE 2 VCC VBE R R VCCR RE R1 R זרם האמיטר שווה לזרם הקולט.V C = 2/V CC יש להטעין את הקבל בזמן T עד מ- 0V T T VCC IC 2V CCRE R1 R2C R1V CC VBE R1 R2 לפי נתוני היצרן.V BE = 0.6BV

10 10

11 11 5. מימוש מתנד אל- יציב Multivibrator במעגל במתנד Astable יש 2 נגדים וקבל חיצוניים. במצב ההתחלתי ( הדלקת ההתקן( המתח על הדק Trigger הוא 0V ןלכן המשוון השני בפעולה וכתוצאה ה- FF במצב set והיציאה Vo ב-.HIGH הקבל מתחיל להיטען במקצב זמן של ) B. τ 1 =(R A +R כאשר מתח הקבל מגיע לרמה של 2 V/ CC ה, משוון הראשון נכנס לפעולה ומחליף את מצב ה- FF ל- Reset וכתוצאה היציאה תעבור ל- Low. התחלפות מצב ה- FF ל- Reset מכניסה את טרנזיסטור Discharge לרוויה כתוצאה מתח הקולקטור יורד ל- Vc=0.2V, מתח זה מועבר לנקודת התחברות בין נגדים R A ו- R B כאשר נגד משמש כנגד Rc של מעגל ה- Discharge. מתח Vc גורם לקבל להתחיל להתפרק עם מקדם )בגלל טרנזיסטור R A Discharge איננו חלק ממעגל הפירוק(. τ 2 R= B C זמן של נכנס לפעולה וגורם ל- FF 1/V CC ואז המשוון הראשון הקבל מתפרק עד שמגיע לרמת מתח של לעבור למצב. SET כל הפעולה חוזרת על עצמה. R A T t t 1 2 2V CC VT ; V = V ; V = V CC F CC S ; = R A + R 2V CC Vcc t1 Vcc VCc 1 1 A B ln A B t1 R R C R R C B C זמן המחזור זמן הטעינה זמן פריקה Vcc VT ; V = 0 ; V = 2V CC F S ; 2 = RBC Vcc 2Vcc t 2 2Vcc t 2 RBC ln RBC f T t1 t RA 2RB C תדר המחזור ה- CYCLE DUTY מחזיר פעולה כלומר יחס הזמן שבו היציאה במצב "1" לוגי לזמן המחזור.

12 12 איור מתנד עם 50% מחזור איור 11

13 1 R B ו- R A ישנם ישומים שמעונינים לקבל Duty Cycle של 50% כלומר לקבל מצב LOW וה- HIGH עם זמן זהה. לקבלת שני פולסים המשלימים אחד את השני, יש לחבר את הנגדים בצורה שונה. כאשר טרנזיסטור Q D של ה- DISCHARGE בקיטעון, מתח הקולט של Q D Vc = Vcc 10V= והקבל נטען דרך במקדם זמן של τ 1 R= A C את זמן הטעינה חשבנו R A קודם:.t 1 = 0.69R A C כאשר טרנזיסטור Q D ואז הקבל יתפרק כאשר נמצא ברוויה, מתח הקולקטור שלו יורד Vc = Vcc 0V= R A נמצא במקביל ל-, R B כך שהקבל יתפרק במקדם זמן של: RARB = R R C R R C A B RARB R R C R B 2 R A ln A B 2RB RA 2 A B t 2 R B R 2 A זמן פריקת הקבל תנאי הכרחי לפעילות המעגל הסיבה לכך נובעת מזה שהמתח על הקבל בצומת בין שני הנגדים חייבת להוריד את המתח ב- Threshold למתחת למתח 1/Vcc כדי להפעיל את המשואן התחתון. כאשר QD ברוויה, זרם הקולקטור: I V C Vcc VCEES RA RB Vcc VCES I R R R R A B x c B B המתח בצומת: כדי שהמתח בצומת, בזמן ש- QD ברוויה, המתח בצומת צריך להיות נמוך מ- 1/Vcc. לכן יש לדרוש: Vcc VCES R R R Vcc B A B Vcc VCES RB RA RB 2R R B B R R 2 A A אם נניח כי

14 14 כך קיבלנו את התנאי שמאפשר למעגל לשמש כאל יציב עם פולסים שווי זמן. עריכה: נטע קטוני