Amarok

Moje motorka

Návody

Download

Guestbook

Různá obvyklá i neobvyklá zapojení s časovačem 555

Časovač 555 je jistě všem dobře znám, vnitřní schéma CMOS verze je na obrázku níže. Pro lepší pochopení funkce je vhodná funkční tabulka:

Časovač obsahuje dva napěťové komparátory, odporový dělič (v bipolární verzi jsou tři rezistory s odporem 5kOhm - odtud pochází název 555), klopný obvod, vybíjecí tranzistor a výstupní invertor.
Bipolární a CMOS verze se od sebe výrazně neliší. CMOS verzi je možno napájet menším napětím, je rychlejší, má menší spotřebu naprázdno, ale ze vstupu není možné odebírat velký proud. Ve všech následujících schématech je předpokládáno použití CMOS verze.

Astabilní zapojení, střída > 50%

Tohle je nejzákladnější zapojení, přes R1 a R2 se nabíjí C1, když napětí na C1 dosáhne dvou třetin {V1} dojde ke změně napětí na výstupu z 0V na {V1} a k sepnutí tranzistoru uvnitř 555 a tím spojení pinu7 s pinem1, to způsobí vybíjení C1 přes R2, když napětí na C1 klesne na třetinu {V1} dojde ke změně napětí na výstupu z {V1} na 0V a k otevření tranzistoru mezi pinem 7 a 1. Celý cyklus se opakuje s frekvencí danou vztahem: f=1/(ln(2)*C1*(R1+2*R2)), střída výstupního obdélníku je dána vztahem: D=1-(R2/(R1+2*R2)). Frekvence je nezávislá na napětí i teplotě.

Astabilní zapojení, střída 0% - 100%

Jedná se o modifikaci původního zapojení, C1 se nabíjí jen přes R1 a vybíjí přes R2, frekvence je díky diodě mírně závislá na napětí a jen velmi málo na teplotě. Frekvence je dána přibližně vztahem f~1.3/(C1*(R1+R2)), a střída je dána přibližně vztahem D~R1/R2.

Astabilní zapojení, střída 50%

Pokud se vynechá 74HC74 tak se jedná o nejjednodušší zapojení oscilátoru s 555. Na počátku je napětí na C1 menší než třetina {V1}, na výstupu je tudíž {V1}, přes R2 se C1 nabíjí, po dosažení dvou třetin {V1} dojde ke změně napětí na výstupu z {V1} na 0V a C1 se vybíjí dokud na něm napětí neklesne na třetinu {V1}, celý proces se opakuje. Na pinu3 je obdélníkové napětí se střídou cca 50%, pokud je z pinu3 odebíráno méně než 1mA, tak je nepřesnost střídy menší než 1%, což je vcelku tolerovatelná hodnota. Pokud se na výstup připojí klopný obvod 74HC74, tak je střída přesně 50%, frekvence je ale poloviční. Frekvence na pinu3 je dána přibližně vztahem f~0.6/(C1*R2) a je velice málo závislá na teplotě. Pokud se nepoužije 74HC74, tak muže být napájecí napětí v rozsahu 2 - 15V.

Generátor pilového napětí, verze 1

Zapojení je modifikací astabilního zapojení. C1 je nabíjen zdrojem konstantního proudu tvořeným Q1+Q4+R3+R1 což způsobuje, že napětí na C1 roste lineárně a vybíjen přes R5. Frekvence je závislá na napájecím napětím a poměrně hodně i na teplotě (25% v rozsahu pracovních teplot). R5 se musí zvolit co nejméně aby sestupná větev "pily" byla co nejstrmější a zároveň nesmí být hodnota R5 malá protože potom U1 nestíhá včas vypínat a napětí na C1 padá pod třetinu {V1}. R5 se přibližně spočítá jako R5~2/C1 [nF,kOhm], střída pily je pak cca 95%. Frekvence se přibližně spočítá dle vztahu f~(3*UB-E,Q4)/(C1*R1*V1), vztah je platný pro V1>6V. Zapojení je vhodné pro frekvence pod 30KHz, při vyšších frekvencích je střída už menší a výstupní napětí se podobá spíš trojúhelníku.

Generátor pilového napětí, verze 2

Prakticky totéž co předchozí zapojení, jako zdroj proudu je použit proudový zdroj s UJT tranzistorem díky čemuž je frekvence nezávislá na teplotě. R5~2/C1 [nF,kOhm], f~2/(R1*C1*V1). Zapojení je vhodné pro frekvence pod 20KHz, při vyšších frekvencích je střída už menší a výstupní napětí se podobá spíš trojúhelníku.

Generátor trojúhelníkového napětí

Jedná se o mírnou modifikaci generátoru pily a to tak, že k vybíjení dochází také pomocí zdroje proudu, na výstupu je trojúhelníkové napětí, střídu lze nastavit pomocí pozice jezdce VR1. Pokud se nastaví střída na 50%, tak se frekvence spočítá přibližně jako f~1/(R1*C1*V1). Zapojení je vhodné pro frekvence pod 200KHz.

Monostabilní zapojení

Jedná se o druhé základní zapojení, pokud není na vstupu žádný signál, tak je na výstupu napětí 0V a pin7 je spojen s pinem1, pokud se na vstupu objeví dostatečně velký impuls, dojde k poklesu napětí na pinu2 pod třetinu {V1} a tím změně napětí na výstupu z 0V na {V1} a odpojení pinu7 od pinu1, C1 se nabíjí přes R1 a při dosažení dvou třetin {V1} se změní napětí na výstupu na 0V a pin7 se spojí s pinem1. Délka impulsu na výstupu je dána vztahem t=C1*R1*ln(3). Pokud je amplituda vstupního napětí menší než je napájecí napětí je nutné dát paralelně k D2 rezistor tak aby bylo na pinu2 v klidu napětí o něco větší než třetina {V1}. C2 může být libovolně velký (1nF je vhodný pro frekvence nad 10KHz), pokud je ale šířka vstupního impulsu větší než šířka výstupního impulsu je nutné C2 zmenšit tak aby nedocházelo k ovlivnění výstupního impulsu.

Bistabilní zapojení

S1 a S2 jsou např. mikrospínače, je možné je nahradit tranzistory. Zapojení je velice jednoduché: stisknutím tlačítka S1 dojde k poklesu napětí na pinu2 a na výstupu se změní napětí na {V1}, stisknutím S2 dojde k resetu a na výstupu se napětí změní na 0V.

Bistabilní zapojení s jedním spínačem

Zapojení je obdobou předchozího zapojení, k ovládání se však využívá napětí z výstupu. Po přivedení napájecího napětí je na výstupu {V1}, na toto napětí se přes R3 nabije C1, na pinu2+6 je polovina {V1}, po stisknutí S1 se na pinu2+6 zvýší napětí nad {V1} a na výstupu se napětí změní na 0V, kondenzátor se přes R3 vybije, po dalším stisknutí S1 se napětí na pinu2+6 zmenší pod třetinu {V1} a na výstupu se napětí změní na {V1}. Součin t=C1*R3 určuje minimální čas mezi jednotlivými stisky tlačítka S1, pokud je tlačítko stisknuto dříve nedojde ke změně napětí na výstupu, R3 musí mít větší odpor než R1 (R2).

PWM - pulsně šířková modulace, střída xx% - yy%

Jedná se o modifikace astabilního zapojení, C1 je nabíjen přes R1 + část VR1 a vybíjen přes R2 + část VR1. Frekvence PWM je mírně závislá na napětí a teplotě, přibližně se spočítá jako f~1.2/(C1*(R1+VR1+R2)), minimální střída se spočítá jako xx=R1/(R2+VR1), maximální střída je dána vztahem yy=(R1+VR1)/(R1+VR1+R2).

PWM - pulsně šířková modulace, střída xx% - 100%

Opět jde o modifikaci astabilního zapojení, C1 se nabíjí přes R1 + část VR1 a vybíjí přes zbývající část VR1. Frekvence PWM je mírně závislá na napětí a teplotě, přibližně se spočítá jako f~1.2/(C1*(R1+VR1)), minimální střída je dána vztahem xx=R1/(R1+VR1).
Toto zapojení se hojně využívá k regulaci výkonu, Q1 je libovolný N-MOSFET (s ohledem na spínaný proud a napájecí napětí) a R je zátěž - např. motor, ventilátor, atd.

Schmitt trigger - invertor s hysterezí

Zapojení se chová jako běžný Schmitt trigger, pokud je na vstupu napětí menší než třetina {V1} na výstupu je napětí {V1}, pokud je na vstupu napětí větší než dvě třetiny {V1} na výstupu je 0V.

Zpoždění po zapnutí

Po připojení napájecího napětí je na pinu2+6 plné napájecí napětí, postupně se nabíjí kondenzátor a napětí na pinu2+6 klesá, když napětí klesne k třetině {V1} dojde ke změně napětí na výstupu z 0V na {V1}. Zpoždění na výstupu je dáno vztahem t=R1*C1.
Pokud se zamění poloha C1 a R1 (D1 se vynechá), tak po zapnutí bude na výstupu {V1} a po době t=R1*C1 se napětí na výstupu změní na 0V.

Galvanické oddělení pro digitální panelový měřák

555 je zapojen v astabilním režimu, pracovní frekvence je 25KHz, napětí na výstupu je asi o 0.5V menší než napájecí napětí.

Napěťový invertor

555 je zapojen v astabilním režimu, oscilační frekvence je zhruba 60KHz, výstup je posílen dvojicí tranzistorů, pro výstupní proudy nižší než 10mA je možné je vynechat. C3 a D2 zajišťují změnu polarity výstupního obdélníku, D1 slouží jako usměrňovač, C4 vyhlazuje výstupní napětí R3 představuje zátěž. Při napájení z 15V zdroje a se zátěží 1K a CMOS verzí 555 je účinnost 80% a na výstupu je -12.8V.

Zdvojovač napětí

555 je opět zapojen v astabilním režimu, frekvence je přibližně 60KHz. Výstup je posílen dvojicí tranzistorů kterou je možné pro výstupní proudy pod 10mA vynechat. Když je Q1 sepnutý, C3 se nabije na {V1}, následně se Q1 otevře a sepne Q2, čímž se napětí mezi D1 a D2 zvětší z {V1} na {V1} + napětí na {C3}. Při napájení z 15V zdroje a se zátěží 1K a CMOS verzí 555 je účinnost 70% a na výstupu je 26.5V.

DC-DC měnič - Step-UP

555 je zapojen v astabilním režimu, oscilační frekvence je přibližně 20KHz a střída 75% při neaktivní regulaci. Měnič pracuje velice jednoduše: když Q4 sepne, tlumivkou L1 začne procházet proud, Q4 následně přejde do nevodivého stavu a na tlumivce se naindukuje vyšší napětí které je usměrněno pomocí D1. Regulace je vyřešena změnou napětí na pinu3, pokud je na výstupu napětí větší než závěrné napětí D2 + úbytek UB-E,Q3 dojde ke snížení napětí na pinu5 a tím snížení střídy (a frekvence). Q4 a D1 potřebují dostatečně velký chladič, L1 musí být dostatečně dimenzována aby se nepřesytila. R5 představuje zátěž.
Několik změřených údajů:
Výstupní napětí 17V a proud 1.31A (viz. schéma), frekvence se díky regulaci zvýší na 25KHz, [[V1 / L1 / zvlnění / účinnost]]: [8V/47uH/250mV/71%]; [8V/9uH/400mV/61%]; [12V/47uH/200mV/80%]; [12V/9uH/280mV/73%]
Výstupní napětí 25V a proud 0.37A, frekvence se díky regulaci zvýší na 90KHz, [[V1 / L1 / zvlnění / účinnost]]: [8V/47uH/100mV/75%]; [8V/9uH/150mV/57%]; [12V/47uH/100mV/77%]; [12V/9uH/200mV/59%]

DC-DC měnič - Step-DOWN

555 je zapojen v astabilním režimu, oscilační frekvence je přibližně 20KHz a střída 75% při neaktivní regulaci. Měnič pracuje velice jednoduše: po sepnutí Q1 dojde k narůstání proudu tlumivkou L1, C2 se nabíjí, po rozepnutí Q1 je naakumulovaná energie z tlumivky odebírána přes D1. Regulace je opět vyřešena změnou napětí na pinu3, pokud je na výstupu napětí větší než závěrné napětí D2 + úbytek UB-E,Q3 dojde ke snížení napětí na pinu5 a tím snížení střídy (a frekvence). Q1 a D1 potřebují dostatečně velký chladič, L1 musí být dostatečně dimenzována aby se nepřesytila. R5 představuje zátěž.
Několik změřených údajů:
Výstupní napětí 7V a proud 2.0A (viz. schéma), frekvence zůstává na 20KHz, [[V1 / L1 / zvlnění / účinnost]]: [15V/47uH/70mV/75%]; [15V/9uH/140mV/71%]; [12V/47uH/60mV/82%]; [12V/9uH/120mV/81%]
Výstupní napětí 7V a proud 0.5A, frekvence se díky regulaci zvýší na 40KHz, [[V1 / L1 / zvlnění / účinnost]]: [15V/47uH/50mV/65%]; [15V/9uH/90mV/55%]; [10V/47uH/40mV/74%]; [10V/9uH/80mV/68%]

 
Autor: Luboš "Amarokcz" Stříteský
Schema vnitřního zapojení převzato z datasheetu 555