אוסצילטור 555: פעולה, מעגל יציב ומחזור עבודה

אוסילטור 555 הוא מעגל פשוט המשתמש במעגל הטיימר 555 במצב יציב כדי ליצור פלט גבוה ונמוך יציב ללא טריגר חיצוני. הוא שימושי ליצירת פולסים, תזמון ושליטה בגלי הגל. הוא גם מראה כיצד טעינה ופריקה בקבל משפיעים על התדר ומחזור העבודה. מאמר זה מסביר את הפרטים הללו בצורה ברורה.

סקירת אוסילטור 555

אוסצילטור 555 הוא מעגל שנבנה סביב מעגל הטיימר 555 במצב יציב כדי לייצר זרם רציף של פולסים. במצב זה, הפלט מתחלף אוטומטית בין HIGH ל-LOW, כך שהמעגל ממשיך לפעול ללא טריגר חיצוני.

המשיכה שלו נובעת מהעיצוב הפשוט שלה. אוסצילטור 555 סטנדרטי יכול להיבנות עם שני נגדים בלבד וקבל אחד, תוך שמירה על שליטה נוחה בתדר ובתזמון הפולסים.

הפעלת אוסילטור 555

המתנד 555 פועל על ידי טעינה ופריקה של קבל תזמון בין שתי רמות מתח בתוך השבב. רמות אלו מוגדרות לכ-1/3 ו-2/3 מתח האספקה. בתוך טיימרים של 555 יש משווים, פליפ-פלופ, טרנזיסטור פריקה ומחלק מתח. חלקים אלה שולטים מתי היציאה מתחלפת ומתי הקבל מתחיל להיטען או להשתחרר.

מחזור הפעולה עוקב אחרי רצף חוזר. קבל התזמון נטען תחילה דרך הנגדים החיצוניים. כאשר מתח הקבל עולה לכשני שלישים מ-VCC, משווה הסף מאפס את הפליפ-פלופ הפנימי והפלט משנה מצב. באותו זמן, טרנזיסטור הפריקה נדלק ומתחיל לפרוק את הקבל לכיוון הקרקע. כאשר מתח הקבל יורד לכשליש מה-VCC, המשווה של ההדק מפעיל שוב את הפליפ-פלופ, מכבה את טרנזיסטור הפריקה ומאפשר לקבל להתחיל להיטען שוב. תהליך טעינה-פריקה רציף זה יוצר גל פולס מחזורי ביציאה ומתח עולה ויורד לאורך קבל התזמון.

הגדרת מעגל יציב 555

בהגדרה הסטטיבית הסטנדרטית, טיימר 555 ממשיך להחליף מעצמו ומפיק אות יציאה רציף. זה קורה כי המעגל מסודר כך שקבל התזמון נטען ומתפרק שוב ושוב ללא טריגר חיצוני.

חיבורי הפינים הראשיים הם:

• פין 1: קרקע

• פין 8: מתח אספקה

• פין 4: איפוס, קשור ל-VCC כשאינו בשימוש

• פין 3: פלט

• פין 2 ופין 6: מחוברים

• פין 7: פין פריקה

• פין 5: מתח בקרה, לעיתים מחובר לקבל קטן ליציבות טובה יותר

חלקי התזמון מחוברים בפשטות:

• R1 עובר מ-VCC לפין 7

• R2 עובר מהפין 7 לפינים 2 ו-6

• C עובר מפינים 2 ו-6 לאדמה

במעגל זה, הקבל נטען יחד דרך R1 ו-R2. לאחר מכן הוא מתפרק דרך R2. בכל פעם שמתח הקבל מגיע לאחת מרמות הסף הפנימיות, הפלט משנה את מצבו. פעולה החוזרת הזו יוצרת את גל הפלט היציב.

בקרת תזמון מתנד 555

התזמון של מתנד 555 תלוי בשני נגדים, R1 ו-R2, ובקבל אחד, C. שלושת החלקים האלה שולטים כמה זמן הפלט נשאר גבוה, כמה זמן הוא נשאר נמוך, וכמה פעמים המחזור חוזר על עצמו. על ידי שינוי הערכים שלהם, ניתן להתאים את התדירות ומחזור העבודה.

משוואות התזמון העיקריות הן:

• הגיע הזמן

tHIGH = 0.693 × (R1 + R2) × C

• זמן נמוך

tLOW = 0.693 × R2 × C

• תקופה כוללת

T = 0.693 × (R1 + 2R2) × C

• תדר

f ≈ 1 / [0.693 × (R1 + 2R2) × C]

• מחזור שירות

D = (R1 + R2) / (R1 + 2R2)

משוואות אלו מתארות כיצד פרמטרי המתנד משפיעים על התנהגות המעגל. הגדלת ערכי R1, R2 או C מגדילה את קבוע הזמן של RC, מה שמפחית את תדירות התנודה. לעומת זאת, הפחתת ערכים אלו מובילה לתדירות הפעלה גבוהה יותר. זמן ה-HIGH של גל הפלט נקבע על ידי R1 ו-R2 יחד עם הקבל C, בעוד שזמן ה-LOW נקבע רק על ידי R2 ו-C במהלך שלב פריקת הקבל.

חלק זה של המעגל מסביר כיצד האוסצילטור 555 קובע את מהירות הפלט וצורת הפולס שלו.

הגבלת מחזור העבודה 555

במעגל היציב הסטנדרטי 555, מחזור העבודה נשאר מעל 50% כי הקבל נטען ופורק דרך מסלולים שונים. במהלך הטעינה, הזרם זורם דרך R1 ו-R2 במקביל. במהלך הפריקה, הזרם זורם רק דרך R2. זה הופך את זמן הטעינה לארוך יותר מזמן הפריקה, כך שהפלט נשאר גבוה יותר זמן מאשר נמוך.

זה משפיע על צורת הגל בכמה דרכים:

• הפולס הגבוה רחב יותר מהפולס הנמוך

• הפלט אינו מאוזן באופן אחיד

• המעגל הבסיסי אינו יכול לספק מחזור עבודה אמיתי של 50% לבדו

זהו מאפיין מובנה בפריסת המעגלים הסטנדרטית. כדי לקבל מחזור עבודה נמוך יותר או פלט אחיד יותר, יש לשנות את מסלול התזמון.

התאמת מחזור העבודה 555

אם מעגל 555 הסטנדרטי אינו מייצר את צורת הפולס הרצויה, ניתן לשנות את מסלולי המטען והפריקה. זה מאפשר להביא את מחזור העבודה קרוב יותר ל-50% או פחות. המטרה היא לשלוט כמה זמן הקבל נטען וכמה זמן הוא פורק.

שיטה אחת משתמשת בדיודה להפרדת הנתיב הנוכחי. בהגדרה זו, הקבל יכול לטעון דרך מסלול אחד ולפריקה דרך אחר. זה מעניק שליטה רבה יותר על הזמנים הגבוהים והנמוכים ומאפשר מחזור עבודה נמוך יותר.

שיטה נוספת משתמשת בסידור מעגלים מותאם כך שהקבל נטען ופורק דרך מסלולים תואמים. זה יכול לייצר פלט עם מחזור עבודה קרוב ל-50%. הוא נותן גל אחיד יותר מהמעגל האסטיביל הסטנדרטי.

יישומי 555 אוסצילטורים

מההובי LED 7.1

אוסילטור 555 יכול להדליק ולכבות נורית LED בקצב יציב. מהירות ההבהוב תלויה בערכי נגד התזמון והקבל.

הבאזרס

אוסצילטור 555 יכול לייצר אות חוזר כדי להפעיל צפצוף. תדר הפלט משפיע על אופן יצירת הקול.

מחוללי טון

המעגל יכול לייצר אותות אודיו בגל ריבועי לפלט קול פשוט. שינוי חלקי התזמון משנה את תדר הטון.

שעוני פולס 7.4

מתנד 555 יכול לספק זרם קבוע של פולסים למעגלים של תזמון או ספירה. כל מחזור פלט נחשב כפולס שעון יחיד.

שליטה פשוטה ב-PWM

ניתן לכוון את הפלט לשינוי רוחב הפולס, מה שמאפשר שליטה בסיסית במודולציית רוחב פולס. זה שימושי כאשר יש לגוון בין זמן העבודה לזמן הלא פעיל.

מעגלי בדיקה

אוסצילטור 555 יכול לשמש כמקור אות פשוט לבדיקת תגובת מעגל. הוא מספק פלט חוזר שניתן למדוד או לצפות בו.

הדגמות תזמון

המעגל משמש לעיתים קרובות להראות כיצד תזמון ותנודות פועלים באלקטרוניקה בסיסית. זה עוזר להסביר טעינה, פריקה ויצירת פולס בצורה פשוטה.

סיכום

המתנד 555 מדגים כיצד מעגל תזמון קטן יכול להפיק פלט פולס יציב ומתכוונן עם מספר קטן של חלקים בלבד. על ידי שינוי ערכי הנגד והקבל, המעגל יכול לשלוט בתדר, זמן גבוה, זמן נמוך ומחזור עבודה. הפעולה שלו, מגבלות התזמון, גורמי היציבות, היישומים ושלבי פתרון התקלות – כל אלה מסייעים להסביר כיצד המעגל פועל וכיצד לשמור על דיוק ויציבות הפלט שלו.

שאלות נפוצות [שאלות נפוצות]

איזה מתח צריך אוסילטור 555?

מתנד סטנדרטי של 555 פועל בין 4.5 וולט ל-16 וולט. CMOS 555 יכול לעיתים לעבוד במתחים נמוכים יותר.

כמה מהר יכול מתנד 555 לפעול?

טיימר סטנדרטי של 555 יכול לפעול מתדרים נמוכים מאוד עד כ-100-300 קילוהרץ. גרסאות CMOS לעיתים קרובות פועלות מהר יותר.

איזה קבל צריך לשמש לתזמון?

קבל קרמי או סרט עדיף לתזמון יציב. קבלים אלקטרוליטיים פחות מדויקים ויכולים לסטות יותר.

האם אוסצילטור 555 יכול להפעיל עומס ישירות?

כן, הוא יכול להפעיל עומסים קטנים כמו נורות לד, זמזמים או קלטי לוגיקה ישירות. עומסים כבדים יותר עשויים להזדקק לשלב דרייבר.

האם הטמפרטורה משפיעה על מתנד 555?

כן. הטמפרטורה יכולה לשנות במעט את ערכי הנגד והקבל, ולשנות את התדר.

האם ניתן לשלוט באוסילטור 555 על ידי אות אחר?

כן. ניתן להניע, לעצור או לכוונן אותו באמצעות פינים כמו איפוס או מתח בקרה.