UKŁADY UZALEŻNIEŃ CZASOWYCH
advertisement
UKŁADY UZALEŻNIEŃ CZASOWYCH Opracował: Krzysztof Górski www.ne555.com Wiadomości ogólne Układu uzależnień czasowych stanowią bardzo ważną grupę układów występujących praktycznie w każdym urządzeniu cyfrowym, zwłaszcza w jego części sterującej. Są to wszelkiego typu generatory monostabilne i astabilne, układy formujące impulsy. Obecnie najczęściej wykorzystywane są układy czasowe wykonane w technologii scalonej. Najbardziej popularne układy czasowe to ‘121, ‘123, NE555. Wszystkie one mogą pracować jako generatory astabilne i monostabilne. Generatory impulsu Generatory impulsu, zwane inaczej uniwibratorami, przerzutnikami monostabilnymi (Monostable Multiwibrator, One-Shot) są układami służącymi do generowania impulsu o określonym czasie trwania pod wpływem impulsu wyzwalającego. Generatory impulsów Generatory impulsów, zwane inaczej przerzutnikami astabilnymi, multiwibratorami są układami służącymi do generowania ciągu impulsów (fali prostokątnej) o określonej częstotliwości. Timer NE555 Układ 555 jest uniwersalnym układem czasowym przeznaczonym do stosowania jako uniwibrator generujący impulsy o czasie trwania od 1us do 100s oraz jako multiwibrator generujący przebiegi o częstotliwości od 0,01Hz do 3Mhz. Oprócz tego jest on bardzo szeroko wykorzystywany w technice cyfrowej. Może być stosowany do dzielenia częstotliwości, dyskryminacji szerokości impulsu, przetwarzania napięcia na częstotliwość lub odwrotnie. Bardzo często znajduje zastosowanie w układach alarmowych, sygnalizacyjnych, mierników częstotliwości, pojemności i obrotomierzy. Układ w Polsce był produkowany pod nazwą ULY7855N, na świecie układ ten występuje pod wieloma oznaczeniami najpopularniejszymi są NE555, LM555. Wartość maksymalna generowanych częstotliwości zależy od producenta oraz technologii w jakiej został wykonany układ i waha się w granicach od 400kHz do 3MHz. Układ czasowy 555 został opracowany przez firmę SIGNETICS w 1972 roku i jest obecnie produkowany przez wielu innych producentów takich jak: STMicroelectronics, Motorola, Texas Instrumens, RCA, National, Filchard, Philips, Sanyo, KEC, JRC, Maxim, Intersil, Hitachi. Był również produkowany u nas w kraju przez CEMI pod oznaczeniem ULY7855. Układy 555 wykonywane są w technologii bipolarnej jak i CMOS. Podstawowa zaletą timera 555 jest to, że do prawidłowego funkcjonowania wymagana jest minimalna ilość elementów dyskretnych. Tak więc, układ timera 555 może pracować jako generator monostabilny, potrzebujący do funkcjonowania tylko dwóch elementów zewnętrznych: rezystora i kondensatora. Przy pracy jako generator astabilny potrzebne są trzy elementy: jeden kondensator i dwa rezystory. Dodatkowymi zaletami timera 555 jest duża pewność działania oraz stabilność czasu trwania impulsu wyjściowego. Uniwersalność układu 555 i jego prostota oraz możliwości różnorodnego wyzwalania impulsów sprawiają, że po układ mogą sięgać zarówno amatorzy jak i profesjonaliści. Schemat blokowy NE555 Wewnętrzna struktura timer-a 555 składa się on z następujących funkcjonalnych bloków : - dzielnika napięcia ustalającego progi zadziałania komparatorów - komparatora 1 wyłączającego przerzutnik RS - komparatora 2 włączającego przerzutnik RS - tranzystora rozładowywującego. Schemat blokowy wewnętrznej struktury 555 jest identyczny dla wersji wykonanej w technologii bipolarnej jak i CMOS. Napięcia odniesienia ustalane są w dzielniku napięciowym zawartym w strukturze wewnętrznej układu. Dzielnik składa się z trzech rezystorów R1,R2,R3 o takiej samej wartości (5k). Dla Komparatora 1 napięcie odniesienia zostało ustalone na poziomie 2/3 Uzasilania , natomiast dla komparatora 2 ustalono wartość 1/3 U zasilania. Jeżeli napięcie na wejściu wyzwalającym (pin2 TRIGGER) spadnie poniżej 1/3 napięcia zasilającego to na wyjściu Komparatora 2 pojawi się stan wysoki powodujący włączenie przerzutnika RS. Wzrost napięcia na wejściu PRÓG (pin6 TRESHOLD) powyżej wartości 2/3 napięcia zasilania powoduje pojawienie się stanu wysokiego na wyjściu komparatora 1 i natychmiastowe wyłączenie przerzutnika i przejście wyjścia układu w stan niski. W tym stanie zostaje włączony tranzystor rozładowywujący kondensator, dołączony do wyjścia pin7(Discharge). Przy pracy jako Uniwibrator kondensator rozładowywuje się bardzo szybko i na tym kończy się działanie, aż do chwili przyjścia kolejnego impulsu wyzwalającego. Jeżeli układ pracuje jako multiwibrator, kondensator jest dołączony do obu komparatorów i gdy napięcie na kondensatorze zmniejszy się do poziomu wyzwalania komparatora 2 równego 1/3 Uzasilania to na wyjściu komparatora pojawia się wysoki poziom napięciowy. Wywołuje to niski stan na wyjściu przerzutnika i odcięcie tranzystora rozładowywującego, kończąc okres rozładowania. Kondensator zaczyna się ładować i cały cykl powtarza się. Schemat wewnętrzny timera w technologii bipolarnej Producenci 555 Timer 555 jest lub był produkowany przez takich wytwórców jak: CEMI – produkcji polskiej ULY7855 wykonany w technologii bipolarnej, obecnie nie produkowany MAXIM - ICM7555 i ICM7556 wykonany w technologii CMOS INTERSIL - ICM7555 i ICM7556 wykonany w technologii CMOS HITACHI - HA17555 wykonany w technologii bipolarnej STMicroelectronics - NE555 i SA555 w technologii bipolarnej, TS3V555 wykonany na napięcie robocze 3V, TS555C,I,M w technologii CMOS Fairchild Semiconductor - KA555 i KA556 wykonany w technologii bipolarnej JRC - NJM555, NJN556 wykonany w technologii bipolarnej SANYO - LB8555D,LB8555S, LB8555M wykonane w technologii bipolarnej. KEC - KIA555P/F wykonany w technologii bipolarnej MIRCEL - MIC1555, MIC1557 Dokładne dane układów zawarte są w danych katalogowych dostępnych w postaci plików pdf na stronach internetowych poszczególnych producentów. Opis wyprowadzeń Przez około trzydzieści lat produkcji 555 była i jest umieszczana w różnego typu obudowach: - dwurzędowych DIP8 i DIP14 - okrągłej TO-99 - obudowach do montażu powierzchniowego SSOP8,DMP14,SO8,MFP8,TSSOP8, DMP8, SOP-8, FLP8, MSOP8, micro SMD Package,PSOP8, CQCC28, - w obudowach jednorzędowych SIP8 Jak widać różnorodność obudów stosowanych przez producentów jest bardzo wielka, daje to konstruktorom możliwość wyboru odpowiedniej obudowy do konkretnego zastosowania. Najbardziej popularnymi obudowami w których umieszcza się timery 555 są to DIP8 oraz DIP14. W obudowie DIP8 mieści się pojedynczy timer 555 a w DIP14 umieszcza się dwie struktury 555, występujące pod oznaczeniem 556. DIP-8 (ang. Dual In-line Package), Przez kilka lat produkowana była wersja timera 555 w obudowie DIP14, gdzie umieszczona była tylko jedna struktura. To nieekonomiczne rozwiązanie obecnie wyszło z produkcji. DIP-14 Rysunek przedstawia okrągłą metalową obudowę TO99, w której umieszczono pojedynczą strukturę timera 555. TO-99 Poniższe rysunki przedstawiają dosyć egzotyczne i bardzo rzadko używane obudowy w których umieszczono timery 555, pierwsza z nich to jednorzędowa SIP8 a druga czterorzędowa LCCC. Opis poszczególnych wyprowadzeń timera 555 GND (PIN1) jest to wejście zasilania, połączone z masą układu. TRIGGER (PIN2) wejście wyzwalające, które jest wejściem komparatora 2. Spadek napięcia na tym wejściu poniżej 1/3 Uzasilania powoduje wyzwolenie układu i przejście wyjścia OUT w stan wysoki. Stan ten utrzymuje się tak długo, aż napięcie na wejściu TRESHOLD przekroczy 2/3 Uzasilania. OUT (PIN3) jest to wyjście układu. RESET (PIN4) jest wejściem którego zwarcie do masy zawiesza wszystkie funkcje układu. Wyjście OUT ustawiane jest w stan niski, przerzutnik jest zerowany a kondensator jest rozładowywany przez tranzystor. Podczas pracy jako oscylator wejście może być używane do bramkowania pracy oscylatora.Natomiast w trybie pracy multiwibratora monostabilnego Reset przerywa dodatni impuls wyjściowy, wprowadzając niski stan na wyjściu. CONTROL (PIN5) jest to drugie wejście komparatora 1. W większości zastosowań wyprowadzenie to jest podłączone do masy poprzez kondensator filtrujący o pojemności około 10nF. Może również służyć do zamiany proporcji wartości rezystorów wchodzących w skład wewnętrznego dzielnika napięcia. Wejście to możemy również wykorzystać do stworzenia przy pomocy 555 prostego oscylatora przestrajanego napięciowo. THRESHOLD (PIN6) to wejście komparatora, wyłączającego przerzutnik wewnętrzny. Podanie na wejście napięcia większego od 2/3 Uzasilania spowoduje natychmiastowe ustawienie stanu niskiego na wyjściu OUT. DISCHARGE (PIN7) jest wyprowadzeniem kolektora tranzystora wewnętrznego. W większości zastosowań podłącza się do kondensatora zewnętrznego, który jest rozładowywany wówczas, gdy na wyjściu OUT jest stan niski. VCC (PIN8) jest to wejście dodatniego bieguna zasilania (Uzasilania). UKŁADY PRACY NE555 Wykorzystanie podstawowych trybów pracy oraz ich nieco zmodyfikowanych wariantów pozwala na zastosowanie układu w setkach niesamowitych aplikacji. Wykorzystanie tego prostego timera jest praktycznie ograniczone tylko wyobraźnią konstruktora. Timery rodziny 555 i 556 mogą pracować w następujących układach pracy: -generator monostabilny (uniwibrator) -generator astabilny (multiwibrator) -generator opóźnień czasowych -modulator szerokości impulsów -generator przebiegu liniowego -detektor impulsów -dzielnik częstotliwości GENERATOR MONOSTABILNY Jednym z najczęściej stosowanych rodzajów pracy timera 555 jest praca jako generator monostabilny. W tym rodzaju pracy układ wymaga jedynie dwóch podstawowych elementów zewnętrznych rezystora R1 i kondensatora C1. Na rysunku przedstawiono schemat dołączenia tych elementów do wyprowadzeń układu tak aby działał jako generator monostabilny inaczej mówiąc uniwibrator. Pozostałe dwa elementy rezystor R2 i kondensator C2 nie są koniecznie wymagane lecz służą one do zapewnienia odpowiednich warunków pracy generatora. Rezystor R2 podciąga wejście wyzwalające TRIGGER do bieguna dodatniego zasilania, wymuszając wysoki stan na wejściu oraz eliminując wszelkiego typu zakłócenia. Kondensator C2 jest dołączony do wejścia CONTROL i służy jako filtr. Działanie generatora rozpoczyna się w momencie wymuszenia na wejściu wyzwalającym TRIGGER napięcia niższego od 1/3 napięcia zasilania. Do tego momentu wyjście układu OUT znajdowało się w stanie niskim a wewnętrzny tranzystor rozładowywujący T14 poprzez wyprowadzenie DISCHARGE zwierał kondensator C1 do masy układu. Podanie niskiego stanu na wejście wyzwalające TRIGGER powoduje zadziałanie wewnętrznego KOMPARATORA 2 i natychmiastowe ustawienie na wyjściu Q wewnętrznego przerzutnika RS stanu niskiego co z kolei powoduje ustawienie na wyjściu OUT stanu wysokiego oraz zablokowanie tranzystora T14. Kondensator C1 przestaje być zwierany do masy przez wewnętrzny tranzystor rozładowywujący T14 co powoduje rozpoczęcie procesu ładowania C1. Czas ładowania kondensatora C1 określa wartość jego pojemność oraz rezystancji R1. Minimalne przekroczenie na kondensatorze C1 poziomu napięcia równego 2/3 Uzasilania powoduje włączenie KOMPARATORA 1, który włącza przerzutnik RS ustawiając na jego wyjściu Q stan wysoki. Tranzystor rozładowywujący T14 zostaje włączony powodując rozładowanie kondensatora C1 a na wyjściu OUT zostaje ustawiony stan niski. Od tego momentu układ generatora astabilnego pozostaje w stanie oczekiwania na kolejny impuls wyzwalający. Rysunek przedstawia przebiegi napięciowe w czasie pracy jako uniwibrator. Szerokość impulsu wyjściowego (czas trwania impulsu) można wyznaczyć na podstawie parametrów zewnętrznego dzielnika R1 i C1. Przybliżona zależność do wyznaczania szerokości impulsu wyjściowego z pominięciem upływności kondensatora wynosi: T(s) = 1,1xR1()xC1(F) Maksymalna wartość rezystancji R1 wynosi ok. Stosując kondensatory elektrolityczne można uzyskać czas trwania impulsu wyjściowego rzędu kilku godzin. Jeżeli do wejścia (CONTROL) sterowania napięciowego zamiast kondensatora filtrującego dołączymy źródło napięcia umożliwi to modulację czasu trwania impulsu. Przy wartości napięcia większej od 2/3Ucc nastąpi późniejsze wyzwalanie komparatora K1 i wydłużenie impulsu na wyjściu układu. Zaznaczyć także należy fakt niezależności parametrów impulsu generowanego (jego szerokości, czasu trwania) od wartości napięcia zasilającego. Generator monostabilny może być wykorzystany do budowy wszelkiego typu układów czasowych tak niegdyś popularnych zegarów ciemniowych, czasowych wyłączników lampek nocnych, grzałek i pompek w akwarium itp. GENERATOR ASTABILNY Podobnie jak generator monostabilny, generator astabilny jest jednym z najczęściej stosowanych rodzajów pracy timera 555. Aby jednak timer 555 spełniał warunki do pracy jako generator astabilny (multiwibrator) generujący na wyjściu OUT ciąg impulsów prostokątnych, układ wymaga zastosowania trzech podstawowych elementów zewnętrznych. Są to dwa rezystory R1 i R2 oraz kondensator C1. Wejścia THRESHOLD i TRIGGER połączone są razem i poprzez kondensator C1 dołączone do masy układu. Wyjście wewnętrznego tranzystora rozładowywującego T14 dołączone jest do bieguna dodatniego zasilania poprzez rezystor R1 a poprzez rezystor R2 dołączone do kondensatora C1 i wejść TRESHOLD i TRIGGER. Działanie generatora rozpoczyna się w chwili włączenia zasilania, w tym momencie kondensator C1 jest rozładowany i w związku z tym utrzymuje się na nim napięcie niższe od 1/3Uzasilania. Spowoduje to wyzwolenie wewnętrznego KOMPARATORA 2 i natychmiastowe ustawienie zera na wyjściu Q przerzutnika RS, zablokowanie tranzystora rozładowywującego T14 i ustawienie wysokiego stanu na wyjściu OUT. Po odblokowaniu przez tranzystor T14 kondensatora C1 rozpoczyna się proces ładowania poprzez rezystory R1 i R2. Napięcie na ładującym się kondensatorze C1 rośnie i po przekroczeniu napięcia równego 2/3 Uzasilania zostaje wyzwolony KOMPARATOR 1 powodując ustawienie wysokiego stanu na wyjściu Q przerzutnika RS. Na wyjściu OUT zostaje ustawiony stan niski. Wewnętrzny tranzystor rozładowywujący T14 zostaje włączony powodując rozładowanie kondensatora C1 poprzez rezystor R2. Po pewnym czasie określonym przez pojemność kondensatora C1 i rezystancję rezystora R2 napięcie na kondensatorze spada do wartości równej 1/3Uzasilania. W tym momencie zostaje wyzwolony KOMPARATOR 2 powodując ponowne ustawienie niskiego stanu na wyjściu Q przerzutnika RS i cały cykl rozpoczyna się od początku. I w ten oto sposób na wyjściu OUT powstaje ciąg impulsów prostokątnych, generowanych tak długo aż do chwili zablokowania stanem niskim na wejściu RESET lub do wyłączenia zasilania układu. Zauważmy że w procesie ładowania kondensatora C1 uczestniczą oba rezystory R1 i R2 a podczas rozładowania tylko R2. Pracę generatora astabilnego określają następujące wzory: - czas trwania impulsu t1 = 0,693 (R1+R2)C1 - czas przerwy pomiędzy impulsami t2 = 0,693 R2 C1 - okres T = t1+ t2 = 0,693(R1+2R2)C1 - częstotliwość generowanych impulsów f=1,44/(R1+2R2)C1 Przebiegi napięciowe podczas pracy układu jako multiwibrator. W trybie astabilnym układ timera 555 ma pewną niedogodność polegającą na tym, że pierwszy generowany dodatni impuls jest nieco dłuższy od następnych. Dzieje się tak dlatego, ponieważ zaraz po włączeniu zasilania lub podaniu niskiego stanu na wejście RESET kondensator C1 jest całkowicie rozładowany a pierwsze ładowanie odbywa się od 0 do 2/3Uzasilania. Kolejne ładowanie i rozładowanie zawiera się już w granicach od 1/3 do 2/3Uzasilania. O tym zjawisku musimy pamiętać przy projektowaniu bardziej skomplikowanych układów, jednak przy prostych amatorskich układach możemy całkowicie ten fakt pominąć. Rysunek przedstawia przebieg wyjściowy na wyjściu OUT podczas pracy generatora astabilny po podaniu niskiego stanu na wejście RESET. Innym ważnym zagadnieniem jest współczynnik wypełnienia generowanego przebiegu prostokątnego, w tym rozwiązaniu konstrukcyjnym współczynnik wypełnienia jest zawsze większy od 50%. Współczynnik wypełnienia przebiegu wyjściowego dla impulsów dodatnich jest określony wzorem D = t1/T = R1+R2/R1+2R2 Współczynnik wypełnienia dla impulsów ujemnych określa wzór D = t2/T = R2/R1+2R2 W celu uzyskania przebiegów o współczynniku wypełnienia 50% lub mniejszym należy zastosować rozwiązania przedstawione na rysunku Rys.2.2.4 i Rys.2.2.5. Pierwsze rozwiązanie polega na ładowaniu kondensatora C1 tylko poprzez rezystor R1 i rozładowaniu przez rezystor R2. W standardowym rozwiązaniu proces ładowania kondensatora C1 odbywał się to poprzez dwa szeregowo podłączone rezystory R1 i R2. Innym sposobem na osiągnięcie współczynnika mniejszego od 50% jest zastosowanie dwóch dodatkowych diod półprzewodnikowych pracujących jako klucze. Podczas procesu ładowania kondensatora C1 dioda D1 spolaryzowana jest w kierunku przewodzenia bocznikując rezystor R2 z włączoną w szereg diodą D2 spolaryzowaną zaporowo. Rozwiązanie umożliwia na ładowanie kondensatora C1 tylko przez rezystor R1. Przy rozładowaniu kondensatora C1 dioda D2 jest spolaryzowana w kierunku przewodzenia a Dioda D1 zaporowo. UKŁAD OPÓŹNIAJĄCY Układ opóźniający w działaniu przypomina generator monostabilny, gdzie po ujemnym impulsie wyzwalającym na wejściu TRIGGER wyjście jednocześnie zmienia swój stan na wysoki i po czasie określonym wzorem T=1,1RC wraca do stanu niskiego. W trybie pracy jako układu opóźniający, wyjście OUTPUT nie powinno zmienić stanu równocześnie z wyzwoleniem, lecz po pewnym ustalonym przez użytkownika czasie. Na rysunku na rysunku 2.3.1 przedstawiony jest schemat układu opóźniającego, wymaga on zastosowania tylko trzech elementów rezystora R1, kondensatora C1 oraz zewnętrznego tranzystora T1. Tranzystor T1 dołączony jest pomiędzy połączonych razem wyprowadzeń TRIGGER i THRESHOLD a masę układu bocznikując kondensator C1. Wewnętrzny tranzystor rozładowywujący T14 nie jest wykorzystywany w układzie a wyjście jego kolektora DISCHARGE pozostaje nie podłączone (wisi w powietrzu). Wyjście to może być użyte do sygnalizacji stanu pracy układu sterując włączoną pomiędzy biegun dodatni zasilania +Vcc a wyprowadzenie DISCHARGE diodą LED, przekaźnikiem, sygnalizatorem akustycznym. W przypadku kiedy tranzystor T1 jest w stanie przewodzenia, zwiera on zewnętrzny kondensator C1, co powoduje ustalenie niskiego stanu na wejściach TRIGGER I THRESHOLD. Na wejściu wewnętrznego KOMPARATORA 2 utrzymuje się stan niski powodując na jego wyjściu ustawienie stanu wysokiego. Powoduje to ustawienie na wyjściu Q przerzutnika RS niskiego stanu co zarazem powoduje ustawienie na wyjściu OUTPUT timera stanu wysokiego. Po wyłączeniu zewnętrznego tranzystora T1 rozpoczyna się proces ładowania kondensatora C1 przez rezystor R1. Naładowanie kondensatora C1 do wartości napięcia równej 2/3 Uzasilania powoduje wyzwolenie KOMPARATOR 1 i przełączenie przerzutnika RS. Wysoki stan na wyjściu Q przerzutnika RS powoduje ustawienie na wyjściu OUTPUT stanu niskiego, który trwa do ponownego włączenia tranzystora wejściowego T1. Przebieg obrazujący pracę układu opóźniającego przedstawiony został na rysunku. Czas opóźnienia wyliczamy korzystając ze standardowego wzoru T=1.1R1C1 MODULATOR SZEROKOŚCI IMPULSÓW Do modulacji szerokości impulsów możemy wykorzystać wejście napięcia sterującego CONTROL. Wyprowadzenie to jest połączone z wejściem odwracającym KOMPARATORA 1 oraz z wewnętrznym dzielnikiem napięć złożonym z trzech jednakowych rezystorów o wartości 5k. Napięcie występujące na tym wyprowadzeniu ustalone jest dzielnikiem i zawsze jest równe 2/3 Uzasilania. Do tej końcówki można doprowadzić napięcie zewnętrzne zmieniające się w czasie, ponieważ górna granica zmian napięcia na kondensatorze dołączonym do THRESHOLD jest równa napięciu progowemu na końcówce CONTROL, więc czas ładowania może być zmieniany za pomocą napięcia sterującego lub modulującego przyłożonego do tej końcówki. Przy pracy jako uniwibrator wyzwalany ciągiem impulsów uzyskuje się na wyjściu impulsy o zmiennym czasie trwania. Są to sygnały z modulacją szerokości impulsu. Rysunek przedstawia przebiegi charakteryzujące pracę układu jako modulator z których wyraźnie widać wpływ napięcia na wejściu U control na szerokość impulsów. DZIELNIK CZĘSTOTLIWOŚCI Układ generatora monostabilnego można również wykorzystać jako dzielnik częstotliwości. W tym celu wykorzystuje się właściwość generator monostabilnego polegającą na tym że raz wyzwolony pozostaje w tym stanie aż do zakończenia generacji impulsu wyjściowego i nie może być powtórnie wyzwolony. Układ ten może być stosowany tylko wtedy gdy znana jest częstotliwość sygnału wejściowego. Sygnał wejściowy podlegający podziałowi, doprowadzony został do wejścia TRIGGER(pin2) timera 555. Wartości współpracujących elementów R1 i C1 można określić ze wzoru: 1,1 x R1 x C1 = (n-0.5) 1/fi gdzie fi = częstotliwość sygnału wejściowego n = stopień podziału Na rysunku 2.6.2 przedstawiono przebiegi czasowe obserwowane w układzie dzielnika częstotliwości o stopniu podziału n=3. Uwagi do zastosowań układu Układ timera 555 pracuje poprawnie dla napięć zasilających mieszczących się w granicach +4,5V do +15V. Oczywiście większość układów będzie pracować przy napięciu Uzasilania +16V jaki i +3V. Jednak gwarantowana niezawodność to napięcia w granicach od +4,5V do +15V. Wartości te zależą generalnie od producentów. W tej chwili produkowane są układy 555 mogące pracować przy napięciu 1V i niższym dochodzącym do 0,8V. Wielką zaletą układu jest to, że wszystkie funkcje czasowe nie są zależne od napięcia zasilającego, ponieważ czas ładowania kondensatora zewnętrznego oraz progi przełączania komparatorów są dobrane proporcjonalnie do napięcia zasilającego. Podczas konstruowania urządzeń z wykorzystaniem timera musimy do jego poprawnej pracy zapewnić odpowiednie filtrowanie napięcie zasilającego przez bocznikowanie kondensatorami. Bocznikowanie kondensatorem linii zasilającej jest konieczne ze względu na to, że podczas przełączania stanów wyjścia, układ pobiera w impulsie znaczny prąd zasilający. Zakłócenia wnoszone przez zasilanie mogą powodować zakłócenia w pracy układu, objawiające się gorszą dokładnością generowanych powtarzalnych impulsów. Przesuwając poziom napięcia na wejściu Control Voltage (pin5), powodujemy zmiany w aktualnym procesie ładowania kondensatora zewnętrznego, co powoduje zmianę długości cyklu pracy. Fakt ten jest wykorzystywany w układach modulatorów. W innych przypadkach może być źródłem błędów. Podczas doboru zewnętrznych elementów RC, odpowiedzialnych za czasowe zależności układu, należy wziąć pod uwagę stałość parametrów rezystorów i kondensatorów. Jest to niezbędne do utrzymania stosunkowo wysokiej dokładności parametrów czasowych układu 555. Kondensator powinien być wysokiej jakości i jak najmniejszej upływności. Kondensatory ceramiczne nie nadają się do osiągania wysokiej powtarzalności generowanych impulsów a to ze względu że nie są to elementy zachowujące swoje parametry w czasie i potrafią zmienić swoją pojemność po pewnym czasie. Dlatego poleca się stosować kondensatory o małej upływności np. tantalowe. Dobierając zewnętrzne rezystory należy brać po uwagę minimalną wartość prądu potrzebną do wyzwolenia KOMPARATORA 1 (TRESHOLD). Wartość ta w zależności od producenta i technologii wykonania timera waha się od 10pA do 250nA i na jej podstawie możemy określić maksymalną wartość rezystora. Przy napięciu wyzwalania na wejściu TRESHOLD KOMPARATORA 1 wynoszącym 2/3Vcc rezystancję Rmax obliczymy według wzoru Rmax =(Vcc-2/3Vcc)/Ith(nA) dla napięcia Vcc = 15V rezystancja Rmax wynosi 20MΩ przy napięciu Vcc =+5V Rmax wynosi 6,6MΩ. Jeżeli użyjemy rezystorów o rezystancji w pobliżu Rmax należy upewnić się czy prąd ładowania kondensatora, który ogranicza tenże rezystor jest większy od prądu upływności kondensatora. Niespełnienie tego warunku spowoduje złą pracę układu lub całkowicie zablokuje układ. Minimalna wartość rezystancji, przez którą jest ładowany kondensator wynosi około 5k. Wartość ta wynika z maksymalnego prądu przewodzenia wewnętrznego tranzystora rozładowywującego, który w cyklu rozładowania kondensatora przewodzi prąd z kondensatora oraz źródła zasilania. Prąd jaki może przewodzić wewnętrzny tranzystor wynosi od około 35mA do 55mA w zależności od typu układu i producenta. Wielkość pojemności kondensatora jest w zasadzie bez znaczenia tylko dla bardzo dużych pojemności, prąd rozładowania płynący przez wewnętrzny tranzystor może być za duży i powodować uszkodzenie wewnętrznej struktury układu. Nomogramy, tablice i programy do obliczeń Korzystanie ze wzorów nie zawsze jest wygodne a niektórych sytuacjach może nawet przyprawiać o ból głowy. W codziennej amatorskiej praktyce nie potrzebujemy dużej dokładności obliczeń i dlatego na co dzień warto posługiwać się nomogramami. Poniżej na rysunku przedstawione są nomogramy do wyznaczania wartości elementów dla generatora astabilnego i monostabilnego. Innym sposobem doboru elementów dla timera 555 jest korzystanie z prostych tabel zawierających dane o elementach R,C o wartościach najczęściej spotykanych oraz gotowy wynik obliczeń. Tabela 1 Generator Monostabilny T=1.1RC 0,001F 0,01F 0,1F 1k 11s 110s 1,1ms 10k 11s 110s 1,1ms 11ms 100k 110s 1,1ms 11ms 110ms 1M 1F 1,1ms 11ms 110ms 1,1s 10F 11ms 110ms 1,1s 11s 100F 110ms 1,1s 11s 110s 1000F 1,1s 11s 110s 1100s Tabela 2 Generator Astabilny T=0,7(Ra+2Rb)C 0,001F 0,01F 0,1F 1k 7s 70s 10k 7s 70s 700s 7ms 100k 70s 700s 7ms 70ms 1M 700s 1F 700s 7ms 70ms 700ms 10F 7ms 70ms 700ms 7s 100F 70ms 700ms 7s 70s 1000F 700ms 7s 70s 700s Korzystanie z programów komputerowych które wspomagają proces doboru elementów w sposób znaczny zwiększyło dokładność obliczeń oraz skróciło czas wykonywania obliczeń. W sieci internet dostępnych jest wiele programów pomocnych przy budowaniu generatorów astabilnych i monostabilnych w oparciu o układ timera 555, są to zazwyczaj proste programy typu freeware napisane przez amatorów lub studentów. Są bardzo łatwe w obsłudze praktycznie zaraz po uruchomieniu możemy przystąpić do obliczeń. Podczas wykonywania obliczeń zazwyczaj należy podać interesującą nas częstotliwość, współczynnik wypełnienia a w przypadku generatora monostabilnego czas trwania impulsu a program automatycznie wylicza wartości potrzebnych nam elementów. Lub też w sposób odwrotny gdy podając wartości elementów program wylicza częstotliwość, współczynnik wypełnienia, czas trwania impulsu. Jednym z takich programów jest 555TIMER DESING dostępny za darmo na stronie http://www.schematica.com/555_Timer_design/555.htm Program ten nie ma wygórowanych wymagań, działa praktycznie na wszystkich systemach operacyjnych Windows 95,98, NT,ME,2000,XP. Plik instalacyjny ma rozmiar 468KB. Po instalacji program jest gotów do pracy. Program umożliwia obliczenie elementów dla timera pracującego w układzie astabilnym i monostabilnym. Oprócz obliczeń program zawiera schematy czternastu aplikacji oraz podstawowe dane timera 555. Okno programu 555TIMER DESING przedstawia rysunek . Obsługa programu jest bardzo prosta. Po wprowadzeniu danych w polach Frequency (częstotliwość) i Duty Cycle (wypełnienie) i naciśnięciu przycisku Calculate (przelicz) na schemacie przy elementach pojawią się wartości elementów odpowiadające zadanej częstotliwości i wypełnieniu. Oprócz tego w oknie Vout pojawi się kształt przebiegu z czasami trwania impulsów i przerw między nimi. Przyciskami Adjust (regulacja) przy zaznaczonej opcji C1 program dobiera pojemność kondensatorów według podstawowego szeregu. Przy opcji Timer przyciskami wybieramy rodzaj timera 555, 556A, 556B a na rysunku zmienia się numeracja wyprowadzeń odpowiadająca wybranemu timerowi. Jak widać obsługa programu jest bardzo prosta i nie wymaga specjalnego przygotowania. Projekty z zastosowaniem NE555 LATARECZKA Krzysztof Górski WWW.NE555.COM Prezentowany układ w swojej konstrukcji wykorzystuje znany wszystkim czytelnikom timer 555. Prosta konstrukcja umożliwia wykonanie układu praktycznie przez każdego początkującego elektronika amatora. Układ możemy z powodzeniem zastosować jako światło zastępcze w różnego typu awaryjnych sytuacjach.Schemat ideowy przedstawiono na rys 1. Z konstrukcji układu możemy wyodrębnić dwie zasadnicze części: generator impulsów z zasilaniem bateryjnym część wykonawcza. W generatorze zastosowano timer 555 pracujący jako generator impulsów o zmiennym wypełnieniu. Jest to standardowa aplikacja 555 szeroko stosowana w różnego typu regulatorach. Cześć wykonawcza to sześć diod świecących umieszczonych na tarczy i sterowanych tranzystorem BD135. Działanie układu jest bardzo proste i nieskomplikowane. Po naciśnięciu przycisku P1 do układu zostaje przyłączona bateria zasilająca. W wyniku czego generator zaczyna generować impulsy o zmiennym współczynniku wypełnienia, regulacji dokonujemy potencjometrem POT1. Impulsy sterują pracą tranzystora T1 oraz sześciu diod świecących. Diody są najbardziej energochłonnymi elementami w układzie, impulsowe zasilanie pozwala na uzyskanie bardziej sprawnego strumienia świetlnego oraz ograniczenie mocy pobieranej z baterii a co za tym idzie oszczędzenie baterii. Na rysunku 2 przedstawiono mozaikę płytek drukowanych. Od razu rzuca się w oczy nietypowy ich kształt. Układ zbudowany jest z dwóch płytek, jedną dwustronna w kształcie koła i drugą wąską z rozszerzeniem na baterię zasilającą. Płytki zostały tak zaprojektowane aby po zmontowaniu układu otrzymać gotową do użytku latarkę. REGULATOR WENTYLATORA W obecnej chwili w handlu jest dostępnych wiele miniaturowych wentylatorów używanych w sprzęcie elektronicznym. Większość tych wentylatorów przeznaczona jest do pracy przy napięciu roboczym 12V. Zadaniem ich jest wymuszanie przepływu powietrza w celu chłodzenia podzespołów elektronicznych. Sam wentylator nie posiada żadnych elementów regulacyjnych umożliwiających sterowanie ilością przepływu powietrza. Aby móc w sposób sprawny dokonywać regulacji należy zmieniać prędkość obrotową wirnika wentylatora. O skonstruowanie regulatora poproszony zostałem przez kolegów elektroników hobbystów. Poproszono mnie również o to aby układ był możliwe jak najprostszy i jak najtańszy bez zastosowania tak modnych w dzisiejszych czasach mikrokontrolerów. Aby obniżyć koszty układu przy jednoczesnym zachowaniu w miarę nowoczesnego charakteru regulatora postanowiłem wykorzystać stary lecz niezawodny układ scalony typu NE555. Zastosowanie tej kostki uprościło konstrukcję do tego stopnia że każdy początkujący elektronik amator wykona ją bez problemu w kilka minut. Całą konstrukcje możemy podzielić na dwa bloczki Rys.1: sterowanie, układ wykonawczy. Blok sterowania jest to generator impulsów o zmiennym współczynniku wypełnienia. Zakres regulacji od 1% do 99%. Częstotliwość generowanych impulsów jest stała i w urządzeniu modelowym wynosi 4kHz. Oczywiście wartość ta może być modyfikowana poprzez odpowiedni dobór wartości kondensatora C2 i potencjometru regulacyjnego POT1. Układ wykonawczy to nic innego jak najzwyklejszy w świecie tranzystor NPN typu BD135 wraz z miniaturowym wentylatorem, sterowany z wyprowadzenia Q (pin3) NE555. Schemat całego urządzenia przedstawiony jest na poniżej. Montaż i uruchamianie: Z montażem i uruchomieniem układu nie powinnyśmy mieć żadnych problemów. Poniższy rysunek przedstawia mozaikę ścieżek płytki drukowanej wykonanej na jednostronnym laminacie na którym umieszczono wszystkie elementy regulatora, kształt płytki również przewiduje zamocowanie wentylatora. Układ zmontowany ze sprawnych elementów nie wymaga uruchomiania i od razu pracuje poprawnie. Z zastosowaniem regulatora nie powinniśmy mieć żadnych problemów, bajecznie prosta i tania konstrukcja są dodatkowymi zaletami układu przemawiającymi za stosowaniem.
