555-oskillaattori on yksinkertainen piiri, joka käyttää 555-ajastin-IC:tä astabiilissa tilassa luodakseen tasaisen KORKEAN ja MATALAN ulostulon ilman ulkoista liipaisimesta. Se on hyödyllinen pulssin generointiin, ajoitukseen ja aaltomuotojen hallintaan. Se näyttää myös, miten kondensaattorin lataus ja purkaus vaikuttavat taajuuteen ja käyttöjaksoon. Tämä artikkeli selittää nämä yksityiskohdat selkeästi.
555-oskillaattorin yleiskatsaus
555-oskillaattori on piiri, joka on rakennettu 555-ajastimen IC:n ympärille astabiilissa tilassa tuottaakseen jatkuvan pulssivirran. Tässä tilassa lähtö vaihtelee automaattisesti KORKEAN ja MATALAN välillä, joten piiri jatkaa toimintaansa ilman ulkoista liipaisimesta.
Sen viehätys perustuu yksinkertaiseen muotoiluun. Tavallinen 555-oskillaattori voidaan rakentaa vain kahdella vastuksella ja yhdellä kondensaattorilla, mutta silti taajuuden ja pulssin ajoituksen helppo hallinta on mahdollista.
555 Oskillaattorin toiminta
555-oskillaattori toimii lataamalla ja purkamalla ajoituskondensaattorin kahden jännitetason välissä sirun sisällä. Nämä tasot on asetettu noin 1/3 ja 2/3 virtajännitteestä. 555-ajastimien sisällä on vertailijoita, flip-flop, purkaustransistori ja jännitejakaja. Nämä osat ohjaavat, milloin ulostulo kytkeytyy ja milloin kondensaattori alkaa ladata tai purkautua.
Toimintasykli etenee toistuvassa järjestyksessä. Ajoituskondensaattori latautuu ensin ulkoisten vastusten kautta. Kun kondensaattorin jännite nousee noin kahteen kolmasosaan VCC:stä, kynnysvertaja nollaa sisäisen flip-flopin ja lähtötila muuttuu. Samaan aikaan purkaustransistori käynnistyy ja alkaa purkaa kondensaattoria kohti maata. Kun kondensaattorin jännite laskee noin kolmasosaan VCC:stä, liipaisinvertain asettaa flip-flopin uudelleen, sammuttaa purkaustransistorin ja antaa kondensaattorin alkaa ladata uudelleen. Tämä jatkuva varaus-purkausprosessi tuottaa ajoittaisen pulssiaaltomuodon lähtöön sekä jännitteen nousevaa ja laskevaa jännitettä ajoituskondensaattorin yli.
555 Astable Circuit -asennus
Tavallisessa astable-kokoonpanossa 555-ajastin kytkeytyy jatkuvasti itsestään ja tuottaa jatkuvan lähtösignaalin. Tämä johtuu siitä, että piiri on järjestetty siten, että ajoituskondensaattori lataa ja purkautuu toistuvasti ilman ulkoista liipaisinta.
Päänastojen liitännät ovat:
• Nasta 1: maadoitus
• Nasta 8: syöttöjännite
• Nasta 4: nollaus, sidottu VCC:hen kun sitä ei käytetä
• Nasta 3: ulostulo
• Nasta 2 ja Nasta 6: yhdistetty
• Nasta 7: purkutapti
• Nasta 5: ohjausjännite, usein kytkettynä pieneen kondensaattoriin paremman vakauden takaamiseksi
Ajoitusosat ovat yksinkertaisesti yhteydessä toisiinsa:
• R1 siirtyy VCC:stä pinniin 7
• R2 siirtyy nastilta 7 nastat 2 ja 6
• C siirtyy nastoista 2 ja 6 maahan
Tässä piirissä kondensaattori latautuu R1:n ja R2:n läpi yhdessä. Sen jälkeen se purkautuu R2:n kautta. Joka kerta kun kondensaattorin jännite saavuttaa yhden sisäisen kynnysarvon, lähtötila muuttuu. Tämä toistuva toiminto luo astabiilin lähtöaaltomuodon.
555 Oskillaattorin ajoituksen säätö
555-oskillaattorin ajoitus riippuu kahdesta vastuksesta, R1 ja R2, sekä yhdestä kondensaattorista, C. Nämä kolme osaa säätelevät, kuinka kauan ulostulo pysyy KORKEANA, kuinka kauan se pysyy MATALANA ja kuinka usein sykli toistuu. Muuttamalla niiden arvoja voidaan säätää tiheyttä ja käyttöjaksoa.
Tärkeimmät ajoitusyhtälöt ovat:
• KORKEA aika
tHIGH = 0,693 × (R1 + R2) × C
• LOW aika
tLOW = 0,693 × R2 × C
• Kokonaisjakso
T = 0,693 × (R1 + 2R2) × C
• Taajuus
f ≈ 1 / [0,693 × (R1 + 2R2) × C]
• Työsykli
D = (R1 + R2) / (R1 + 2R2)
Nämä yhtälöt kuvaavat, miten oskillaattoriparametrit vaikuttavat piirien käyttäytymiseen. Arvojen R1, R2 tai C kasvattaminen kasvattaa RC-aikavakioa, mikä vähentää värähtelytaajuutta. Vastaavasti näiden arvojen vähentäminen johtaa korkeampaan käyttötaajuuteen. Lähtöaaltomuodon KORKEA-aika määräytyy sekä R1:n että R2:n ja kondensaattorin C:n mukaan, kun taas MATALA aika määräytyy vain R2:n ja C:n perusteella kondensaattorin purkausvaiheessa.
Tämä osa piiristä selittää, miten 555-oskillaattori asettaa lähtönopeutensa ja pulssin muodon.
| Suunnittelutavoite | Mitä säätää |
|---|---|
| Matalampi taajuus | Lisää R1, R2 tai C |
| Korkeampi taajuus | Vähennä R1, R2 tai C |
| Pidempi KORKEA pulssi | Lisää R1 tai R2 |
| Pidempi MATALA pulssi | Lisää R2 |
| Lyhyempi MATALA pulssi | Vähennä R2:ta |
555 Työsyklin rajoitus
Tavallisessa 555 astable-piirissä käyttöaste pysyy yli 50 %, koska kondensaattori latautuu ja purkautuu eri reittejä pitkin. Latauksen aikana virta kulkee rinnakkain R1:n ja R2:n läpi. Purkauksen aikana virta kulkee vain R2:n läpi. Tämä tekee latausajasta pidemmän kuin purkautumisajan, joten lähtö pysyy KORKEANA pidempään kuin matalana.
Tämä vaikuttaa aaltomuotoon muutamalla tavalla:
• KORKEA pulssi on leveämpi kuin MATALA pulssi
• Lähtö ei ole tasapainossa
• Peruspiiri ei yksinään pysty tarjoamaan todellista 50 %:n käyttöjaksoa
Tämä on sisäänrakennettu ominaisuus vakioratajärjestelyssä. Jotta käyttöaste olisi matalampi tai teho tasaisempi, ajoituspolkua täytyy muuttaa.
555 Työjakson säätö
Jos tavallinen 555-piiri ei tuota haluttua pulssimuotoa, varaus- ja purkausreittejä voidaan muuttaa. Tämä mahdollistaa työsyklän lähemmäs 50 % tai pienemmäksi. Tavoitteena on hallita, kuinka kauan kondensaattori latautuu ja kuinka kauan se purkautuu.
Yksi menetelmä käyttää diodia erottamaan virran polun. Tällä kokoonpanolla kondensaattori voi ladata yhtä reittiä pitkin ja purkaa toista. Tämä antaa paremman hallinnan KORKEISIIN ja MATALIIN ajoihin ja mahdollistaa pienemmän käyttöjakson.
Toinen menetelmä käyttää muokattua piirijärjestelyä, jossa kondensaattori latautuu ja purkautuu yhteensopivia polkuja pitkin. Tämä voi tuottaa tuotannon, jonka käyttöjakso on lähellä 50 %. Se antaa tasaisemman aaltomuodon kuin tavallinen astabiili piiri.
| Tulostavoite | Suositeltu lähestymistapa |
|---|---|
| Peruspulssin generointi | Standardi astabiili piiri |
| Lähes 50 % työjakso | Tasapainotettu varaus-purkausjärjestely |
| Alle 50 % käyttöjakso | Diodiavusteinen ajoituspiiri |
555 oskillaattorin sovellukset
LED-vilkut
555-oskillaattori voi kytkeä LEDin päälle ja pois tasaisella nopeudella. Flashing-nopeus riippuu ajoitusvastuksen ja kondensaattorin arvoista.
Summerit
555-oskillaattori voi tuottaa toistuvan signaalin summerin ohjaamiseksi. Lähtötaajuus vaikuttaa siihen, miten ääni tuotetaan.
Äänigeneraattorit
Piiri pystyy tuottamaan neliöaaltoisia äänisignaaleja yksinkertaiseen äänentuottoon. Ajoitusosien muuttaminen muuttaa sävytaajuutta.
pulssikellot
555-oskillaattori voi tarjota tasaisen pulssivirran ajoitus- tai laskentapiireihin. Jokainen lähtösykli lasketaan yhdeksi kellopulssiksi.
Yksinkertainen PWM-ohjaus
Lähtöä voidaan säätää pulssin leveyden muuttamiseksi, mikä mahdollistaa perus pulssin leveyden modulaation hallinnan. Tämä on hyödyllistä, kun aikataulua ja poissaoloaikoja täytyy vaihdella.
Testiradat
555-oskillaattori voi toimia yksinkertaisena signaalilähteenä piirivateen tarkistamiseen. Se tarjoaa toistuvan ulostulon, jota voidaan mitata tai havainnoida.
Ajoitusnäytökset
Piiriä käytetään usein osoittamaan, miten ajoitus ja värähtely toimivat peruselektroniikassa. Se auttaa selittämään latauksen, purkauksen ja pulssin tuottamisen yksinkertaisella tavalla.
Yhteenveto
555-oskillaattori osoittaa, miten pieni ajoituspiiri voi tuottaa tasaisen, säädettävän pulssilähdön vain muutamalla osalla. Muuttamalla vastuksen ja kondensaattorin arvoja piiri voi ohjata taajuutta, KORKEAA aikaa, MATALAA aikaa ja käyttöjaksoa. Sen toiminta, ajoitusrajat, vakaustekijät, sovellukset ja vianetsintävaiheet auttavat kaikki selittämään, miten piiri toimii ja miten sen ulostulo pysyy tarkkana ja vakaana.
Usein kysytyt kysymykset [UKK]
Mitä jännitettä 555-oskillaattori tarvitsee?
Tavallinen 555-oskillaattori toimii 4,5 V:sta 16 V:iin. CMOS 555 voi usein toimia matalammilla jännitteillä.
Kuinka nopeasti 555-oskillaattori voi toimia?
Tavallinen 555-ajastin voi toimia hyvin matalilta taajuuksilta aina noin 100–300 kHz:iin asti. CMOS-versiot voivat usein toimia nopeammin.
Mitä kondensaattoria tulisi käyttää ajoitukseen?
Keraaminen tai filmikondensaattori on parempi vakaan ajoituksen kannalta. Elektrolyyttikondensaattorit ovat vähemmän tarkkoja ja voivat ajelehtia enemmän.
Voiko 555-oskillaattori ohjata kuormaa suoraan?
Kyllä, se voi ohjata pieniä kuormia, kuten LEDejä, summerimia tai logiikkatuloja suoraan. Raskaammat kuormat saattavat tarvita kuljettajan vaiheen.
Vaikuttaako lämpötila 555-oskillaattoriin?
Kyllä. Lämpötila voi hieman muuttaa vastuksen ja kondensaattorin arvoja, jolloin taajuutta vaihdetaan.
Voiko 555-oskillaattoria ohjata toisella signaalilla?
Kyllä. Sitä voidaan käynnistää, pysäyttää tai säätää nastoilla, kuten nollauksella tai ohjausjännitteellä.
