Guinguette Marais Poitevin

555 Timer Tutorial

Door Philip Kane

555 Timer Tutorial Bundel Bevat:

555 Signalen en Pinout (8 pin DIP)

Figuur 1 toont de ingangs- en uitgangssignalen van de 555 timer zoals ze zijn gerangschikt rond een standaard 8 pin dual inline package (DIP).

Pin 4 – Reset (RES)
Een lage spanning (minder dan 0.7V) toegepast op de reset pen zal de uitgang (pen 3) laag maken. Deze ingang moet verbonden blijven met Vcc als hij niet wordt gebruikt.
Pin 5 – Stuurspanning (CON)
U kunt de drempelspanning (pin 6) regelen via de stuuringang (die intern is ingesteld op 2/3 van de voedingsspanning). U kunt deze variëren van 45% tot 90% van de voedingsspanning. Hierdoor kunt u de lengte van de uitgangspuls in monostabiele modus of de uitgangsfrequentie in astabiele modus variëren. Als deze ingang niet in gebruik is, wordt het aanbevolen om hem via een 0.01uF condensator met circuitaarde te verbinden.

Pin 6 – Threshold (TRE)
In zowel de astabiele als de monostabiele mode wordt de spanning over de timing condensator bewaakt via de Threshold ingang. Als de spanning op deze ingang boven de drempelwaarde komt, gaat de uitgang van hoog naar laag.
Pin 7 – Discharge (DIS)
Als de spanning over de timing condensator de drempelwaarde overschrijdt. De timing condensator wordt ontladen via deze ingang
Pin 8 – Voedingsspanning (VCC)
Dit is de positieve voedingsspanningsklem. De voedingsspanning ligt meestal tussen +5V en +15V. De RC timing interval zal niet veel variëren over het bereik van de voedingsspanning (ongeveer 0.1%) in zowel astabiele als monostabiele mode.

Monostabiele schakeling

Figuur 2 toont de basis 555 timer monostabiele schakeling.

Figuur 2: Basis 555 monostabiele multivibrator schakeling.
Refererend naar het timing diagram in figuur 3, een lage spanningspuls toegepast op de trigger ingang (pen 2) veroorzaakt dat de uitgangsspanning op pen 3 van laag naar hoog gaat. De waarden van R1 en C1 bepalen hoe lang de uitgang hoog blijft.

Figuur 3: Timing diagram voor 555 in monostabiele mode.
Tijdens het timing interval, heeft de toestand van de trigger ingang geen effect op de uitgang. Echter, zoals aangegeven in figuur 3, als de triggeringang nog steeds laag is aan het eind van het timing interval, zal de uitgang hoog blijven. Zorg ervoor dat de triggerpuls korter is dan het gewenste tijdsinterval. De schakeling in figuur 4 toont één manier om dit elektronisch te bereiken. Het produceert een kortdurende laag-gaande puls wanneer S1 wordt gesloten. R1 en C1 zijn zo gekozen dat de triggerpuls veel korter is dan het timinginterval.

Figuur 4: Edge triggering circuit.
Zoals in figuur 5 te zien is, zal het laag zetten van pin 4 (Reset) voor het einde van het tijdsinterval de timer stoppen.

Figuur 5: Het resetten van de timer voor het einde van het tijdsinterval.
Reset moet terug naar hoog voordat een nieuw timing interval kan worden gestart.
Bereken het timing interval
Gebruik de volgende formule om het timing interval te berekenen voor een monostabiele schakeling:
T = 1.1 * R1 * C1
Waarbij R1 de weerstand in ohms is, C1 de capaciteit in farads, en T het tijdsinterval. Bijvoorbeeld, als u een weerstand van 1M ohm met een condensator van 1 micro Farad (.000001 F) gebruikt, zal het tijdsinterval 1 seconde zijn:
T = 1.1 * 1000000 * 0.000001 = 1.1
Het kiezen van RC componenten voor monostabiele werking
1.Eerst, kies een waarde voor C1.
(Het beschikbare bereik van condensator waarden is klein vergeleken met weerstandswaarden. Het is gemakkelijker om een passende weerstandswaarde te vinden voor een bepaalde condensator).

2.Bereken vervolgens de waarde voor R1 die, in combinatie met C1, het gewenste tijdsinterval oplevert.

R1 = T
1.1 * C1

Vermijd het gebruik van elektrolytische condensatoren. Hun werkelijke capaciteitswaarde kan aanzienlijk verschillen van hun nominale waarde. Ook lekken ze lading, wat kan resulteren in onnauwkeurige timingwaarden. Gebruik in plaats daarvan een condensator met een lagere waarde en een weerstand met een hogere waarde.
Voor standaard 555 timers gebruikt u timing weerstand waarden tussen 1K ohm en 1M ohm.
Monostabiele schakeling Voorbeeld
Figuur 6 toont een complete 555 monostabiele multivibrator schakeling met eenvoudige flank-triggering. Het sluiten van schakelaar S1 start het 5 seconden timing interval en schakelt LED1 aan. Aan het einde van het timing interval gaat LED1 uit. Tijdens normaal bedrijf verbindt schakelaar S2 pen 4 met de voedingsspanning. Om de timer te stoppen voor het einde van het timinginterval zet u S2 in de “Reset”-stand waardoor pen 4 met massa wordt verbonden. Voordat u een nieuw timing interval start moet u S2 weer in de “Timer” positie zetten.

Figuur 6: Complete 555 timer circuit reset schakelaar.
Stabiele schakeling
Figuur 7 toont de basis 555 astabiele schakeling.

Figuur 7: Basis 555 astabiele multivibrator schakeling.
In de astabiele mode, laadt de condensator C1 zich op via de weerstanden R1 en R2. Terwijl de condensator zich oplaadt, is de uitgang hoog. Als de spanning over C1 2/3 van de voedingsspanning bereikt, ontlaadt C1 zich door weerstand R2 en wordt de uitgang laag. Wanneer de spanning over C1 daalt tot minder dan 1/3 van de voedingsspanning, wordt C1 weer opgeladen, de uitgang wordt weer hoog en de cyclus herhaalt zich.

Figuur 8: 555 timer in Astable mode.
Zoals te zien in figuur 8, als de Reset pin (4) aan massa wordt gezet, stopt de oscillator en wordt de uitgang op laag gezet. Terugbrengen van de Reset pin naar hoog herstart de oscillator.
Berekenen van de periode, frequentie en duty cycleFiguur 9 toont 1 complete cyclus van een blokgolf, opgewekt door een 555 astabiele schakeling.

Figuur 9: Astabiele blokgolf één complete cyclus.
De periode (tijd om een cyclus te doorlopen) van de blokgolf is de som van de hoge (Th) en lage (Tl) uitgangstijd. Dat is:
T = Th + Tl
waarbij T de periode is, in seconden.
U kunt de hoge en lage uitgangstijden (in seconden) berekenen met de volgende formules:
Th = 0.7 * (R1 + R2) * C1
Tl = 0.7 * R2 * C1
Of, met de formule hieronder, kunt u de periode direct berekenen.
T = 0.7 * (R1 + 2*R2) * C1

Om de frequentie te vinden, neem je gewoon het reciproke van de periode of je gebruikt de volgende formule:

f = 1
T

=

1.44
(R1 + 2*R2) * C1

Waarbij f is in cycli per seconde of hertz (Hz).
Bijv. in de astabiele schakeling in figuur 7 als R1 68K Ohm is, R2 680K Ohm, en C1 1 micro Farad is, is de frequentie ongeveer 1 Hz:

= 1.44
(68000 + 2 * 680000) * 0.000001 = 1.00 Hz

De duty cycle is het percentage van de tijd dat de uitgang hoog is gedurende één volledige cyclus. Bijvoorbeeld, als de uitgang hoog is gedurende Th seconden en laag gedurende Tl seconden, dan is de duty cycle (D):

D = Th
Th + Tl * 100

Hoewel je eigenlijk alleen de waarden van R1 en R2 hoeft te weten om de duty cycle te berekenen.

D = R1 + R2
R1 + 2*R2 * 100

C1 laadt op via R1 en R2, maar ontlaadt alleen via R2, dus de duty cycle zal groter zijn dan 50 procent. U kunt echter een duty cycle krijgen die heel dicht bij 50% ligt door een weerstandscombinatie te kiezen voor de gewenste frequentie, zodanig dat R1 veel kleiner is dan R2.
Bijv. als R1 68.0000 ohm is en R2 680.000 ohm, dan zal de duty cycle ongeveer 52 procent zijn:

D = 68000 + 680000
68000 + 2 * 680000 * 100 = 52.38%

Hoe kleiner R1 is in vergelijking met R2, hoe dichter de duty cycle bij de 50% zal liggen.
Om een duty cycle te krijgen die kleiner is dan 50% sluit je een diode aan parallel met R2.
Het kiezen van RC componenten voor Astabiele werking
1.Kies eerst C1.
2.Bereken de totale waarde van de weerstands combinatie (R1 + 2*R2) die de gewenste frequentie zal produceren.

(R1 + 2*R2) = 1.44
f*C1

3.Kies een waarde voor R1 of R2 en bereken de andere waarde.Bijvoorbeeld, stel (R1 + 2*R2) = 50K en je kiest een weerstand van 10K voor R1. Dan moet R2 een weerstand van 20K ohm zijn.
Voor een duty cycle in de buurt van 50%, kies een waarde voor R2 die aanzienlijk hoger is dan R1. Als R2 groot is ten opzichte van R1, kunt u R1 in eerste instantie negeren in uw berekeningen. Neem bijvoorbeeld aan dat de waarde van R2 10 maal R1 zal zijn. Gebruik deze aangepaste versie van de bovenstaande formule om de waarde van R2 te berekenen:

R2 = 0.7
f*C1

Deel vervolgens de uitkomst door 10 of hoger om de waarde voor R1 te vinden.
Voor standaard 555 timers gebruikt u een timing-weerstand tussen 1K ohm en 1M ohm.

Stabiel Circuit Voorbeeld

Figuur 10 toont een 555 blokgolf oscillator met een frequentie van ongeveer 2 Hz en een duty cycle van ongeveer 50 procent. Als SPDT-schakelaar S1 in de “Start”-stand staat, wisselt de uitgang tussen LED 1 en LED 2. Als S1 in de “Stop” positie staat zal LED 1 aan blijven en LED 2 uit.

Figuur 10: Compleet 555 blokgolf oscillator circuit met start/stop schakelaar.

Lage-vermogen-versies

De standaard 555 heeft een paar eigenschappen die ongewenst zijn voor schakelingen die op batterijen werken. Hij vereist een minimale bedrijfsspanning van 5V en een relatief hoge ruststroom. Tijdens output-overgangen produceert hij stroompieken tot 100 mA. Bovendien leggen zijn input bias en drempelstroom eisen een limiet op aan de maximale timing weerstandswaarde, die het maximale tijdsinterval en de astabiele frequentie beperkt.
Low power CMOS versies van de 555 timer, zoals de 7555, TLC555 en de programmeerbare CSS555, werden ontwikkeld om betere prestaties te leveren, vooral in batterij gevoede toepassingen. Zij zijn pen-compatibel met het standaard apparaat, hebben een breder bereik van de voedingsspanning (bijvoorbeeld 2V tot 16V voor de TLC555) en vereisen een aanzienlijk lagere bedrijfsstroom. Ze zijn ook in staat om hogere uitgangsfrequenties te produceren in astabiele mode (1-2 MHz, afhankelijk van het apparaat) en aanzienlijk langere timing intervallen in monostabiele mode.
Deze apparaten hebben een lage uitgangsstroom in vergelijking met de standaard 555. Voor belastingen groter dan 10 – 50 mA (afhankelijk van het apparaat) zult u een stroom boost circuit moeten toevoegen tussen de 555 uitgang en de belasting.

Voor meer informatie

Beschouw dit als een korte introductie tot de 555 timer. Voor meer informatie, bestudeer het data blad van de fabrikant voor het specifieke onderdeel dat u gebruikt. Ook is er, zoals een snelle Google-zoekopdracht zal verifiëren, op het web geen tekort aan informatie en projecten die aan dit IC zijn gewijd. De volgende website geeft bijvoorbeeld meer details over zowel de standaard als de CMOS versies van de 555 timer.Al bijna twee decennia lang is Phil Kane technisch schrijver in de software-industrie en af en toe auteur van artikelen voor elektronica-enthousiaste tijdschriften. Hij heeft een bachelor in Electronics Engineering Technology met een minor in Computer Science. Phil is al zijn hele leven geïnteresseerd in wetenschap, elektronica en ruimteonderzoek. Hij houdt ervan elektronische gadgets te ontwerpen en te bouwen, en zou heel graag zien dat ten minste één van die gadgets op een dag op weg naar de maan of Mars is.