การสร้างเครื่องมัลติไวเบรเตอร์ Astable บนพื้นฐาน IC ของตัวจับเวลา 555
โดยไม่ต้องใช้ทริกเกอร์ภายนอกใดๆ IC จับเวลา 555 สามารถสลับระหว่างสองสถานะได้ ชิ้นส่วนภายนอกเพิ่มเติมสามชิ้น ตัวต้านทานสองตัว (R 1 และร 2 ) และอาจเพิ่มตัวเก็บประจุ (C) เข้ากับ IC 555 เพื่อแปลงเป็นวงจรมัลติไวเบรเตอร์ที่เสถียร วงจรด้านล่างแสดงการใช้งานของ IC 555 เป็นเครื่องมัลติไวเบรเตอร์แบบ astable พร้อมกับชิ้นส่วนภายนอกทั้งสาม
เนื่องจากพิน 6 และ 2 เชื่อมต่ออยู่แล้ว อุปกรณ์จะเปิดใช้งานโดยอัตโนมัติและทำหน้าที่เป็นออสซิลเลเตอร์โดยไม่ต้องใช้ทริกเกอร์พัลส์ภายนอก วี ซีซี เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าอินพุตของแหล่งจ่ายเชื่อมโยงกับพิน 8 เนื่องจากพิน 3 ในวงจรด้านบนเป็นเทอร์มินัลเอาต์พุต จึงสามารถดึงเอาต์พุตได้จากที่นี่ พินรีเซ็ตภายนอกคือพิน 4 ในวงจร และพินนี้สามารถรีสตาร์ทตัวจับเวลาได้ แต่โดยปกติแล้วพิน 4 จะเชื่อมต่อกับ V ซีซี เมื่อไม่ได้ใช้งานฟังก์ชันรีเซ็ต
ระดับแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์จะผันผวนขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าควบคุมที่พิน 5 ในทางตรงกันข้าม พิน 5 มักจะเชื่อมโยงกับกราวด์ผ่านตัวเก็บประจุ ซึ่งจะกรองสัญญาณรบกวนภายนอกออกจากขั้วต่อ ขั้วต่อกราวด์เป็นขา 1.R 1 , อาร์ 2 และ C ประกอบขึ้นเป็นวงจรไทม์มิ่งซึ่งควบคุมความกว้างของพัลส์เอาท์พุต
หลักการทำงาน
วงจรภายในของ IC 555 จะแสดงในโหมด astable โดยมี R 1 , อาร์ 2 และ C ทั้งหมดเป็นส่วนหนึ่งของวงจรไทม์มิ่ง RC
ฟลิปฟล็อปจะถูกรีเซ็ตครั้งแรกเมื่อเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ ซึ่งทำให้เอาท์พุตของตัวจับเวลาสลับไปที่สถานะต่ำ จากการเชื่อมต่อกับ Q' ทรานซิสเตอร์ดิสชาร์จจึงถูกผลักไปที่จุดอิ่มตัว ทรานซิสเตอร์จะปล่อยให้ตัวเก็บประจุ C ของวงจรไทม์มิ่งซึ่งเชื่อมโยงกับพิน 7 ของ IC 555 คายประจุ ขณะนี้เอาต์พุตของตัวจับเวลาไม่มีนัยสำคัญ แรงดันไฟฟ้าทริกเกอร์เป็นแรงดันไฟฟ้าเดียวที่มีอยู่ทั่วตัวเก็บประจุในกรณีนี้ เป็นผลให้หากแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุลดลงต่ำกว่า 1/3 V ซีซี แรงดันอ้างอิงที่เปิดใช้งานตัวเปรียบเทียบหมายเลข 2 ผลลัพธ์ของตัวเปรียบเทียบหมายเลข 2 จะสูงระหว่างการจำหน่าย ฟลิปฟล็อปจะถูกตั้งค่าเป็นผลให้สร้างเอาต์พุตสูงสำหรับตัวจับเวลาที่พิน 3
ทรานซิสเตอร์จะถูกปิดโดยเอาท์พุตที่สูงนี้ เป็นผลให้ผ่านตัวต้านทาน R 1 และร 2 ตัวเก็บประจุ C จะชาร์จขึ้น ขา 6 เชื่อมต่อกับทางแยกที่ตัวเก็บประจุและตัวต้านทานมาบรรจบกัน ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าสำหรับตัวเก็บประจุจึงเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่เกณฑ์ ขณะที่ประจุตัวเก็บประจุ แรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณไปทาง V ซีซี ; เมื่อถึง 2/3 V ซีซี แรงดันอ้างอิงของตัวเปรียบเทียบเกณฑ์ (ตัวเปรียบเทียบ 1) เอาท์พุตพุ่งสูงขึ้น
ฟลิปฟล็อปจึงถูกรีเซ็ต เอาท์พุตของตัวจับเวลาจะลดลงเหลือ LOW เอาต์พุตต่ำนี้จะรีสตาร์ททรานซิสเตอร์ ซึ่งจะทำให้ตัวเก็บประจุมีเส้นทางการคายประจุ เป็นผลให้ตัวต้านทาน R 2 จะทำให้ตัวเก็บประจุ C คายประจุได้ วงจรจึงดำเนินต่อไป
เป็นผลให้ในขณะที่ตัวเก็บประจุกำลังชาร์จแรงดันเอาต์พุตจะสูงที่พิน 3 และแรงดันไฟฟ้ารอบตัวเก็บประจุจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในทำนองเดียวกัน แรงดันเอาต์พุตของพิน 3 จะต่ำ และเมื่อตัวเก็บประจุคายประจุ แรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวเก็บประจุจะลดลงแบบทวีคูณ รูปคลื่นเอาท์พุตดูเหมือนชุดของพัลส์สี่เหลี่ยม
รูปคลื่นของแรงดันตัวเก็บประจุและแรงดันเอาต์พุต
ด้วยเหตุนี้ ร 1 + อาร์ 2 แสดงถึงความต้านทานรวมในช่องชาร์จ และ C แสดงถึงค่าคงที่เวลาในการชาร์จ เมื่อตัวเก็บประจุผ่านตัวต้านทาน R เท่านั้น 2 ในระหว่างการจำหน่าย ร 2 C คือค่าคงที่เวลาคายประจุตามผลลัพธ์
รอบหน้าที่
แนวต้าน R 1 และร 2 ส่งผลต่อการชาร์จและค่าคงที่ของเวลาในการคายประจุ โดยทั่วไปความแปรผันของค่าคงที่เวลาจะมากกว่าค่าคงที่ของเวลาในการคายประจุ ผลที่ได้คือเอาต์พุต HIGH ยังคงเกิดขึ้นเป็นระยะเวลานานกว่าเอาต์พุต LOW และรูปคลื่นของเอาต์พุตไม่สมมาตร ดังนั้นหาก T คือระยะเวลาของหนึ่งรอบและ TON คือเวลาสำหรับเอาต์พุตที่สูงกว่า ดังนั้นรอบการทำงานจะถูกกำหนดโดย : :
ดังนั้น Duty Cycle คิดเป็นเปอร์เซ็นต์จะเป็น:
โดยที่ T คือเวลารวมของการชาร์จและการคายประจุ T บน และต ปิด สมการต่อไปนี้ให้ค่าของ T บน หรือเวลาในการชาร์จ T ค : :
เวลาจำหน่าย T ดี หรือที่รู้จักกันในชื่อ T ปิด มอบให้โดย:
ดังนั้น สูตรสำหรับระยะเวลาหนึ่งรอบ T คือ:
ทดแทนในสูตร % Duty Cycle:
ความถี่ได้รับจาก:
การประยุกต์ใช้ – การสร้างคลื่นสี่เหลี่ยม
รอบการทำงานของเครื่องมัลติไวเบรเตอร์ที่เสถียรมักจะสูงกว่า 50% เมื่อรอบการทำงานอยู่ที่ 50% อย่างแน่นอน เครื่องมัลติไวเบรเตอร์ที่เสถียรจะสร้างคลื่นสี่เหลี่ยมเป็นเอาท์พุต รอบหน้าที่ 50% หรือต่ำกว่านั้นเป็นเรื่องยากที่จะบรรลุได้โดยที่ IC 555 ทำหน้าที่เป็นเครื่องมัลติไวเบรเตอร์ที่เสถียร ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ วงจรต้องผ่านการเปลี่ยนแปลงบางอย่าง
เพิ่มไดโอดสองตัว โดยตัวหนึ่งขนานกับตัวต้านทาน R 2 และอีกตัวอนุกรมกับตัวต้านทาน R 2 โดยมีขั้วแคโทดเชื่อมต่อกับตัวเก็บประจุ โดยการเปลี่ยนตัวต้านทาน R 1 และร 2 สามารถสร้างรอบการทำงานได้ในวงเล็บ 5% ถึง 95% วงจรสำหรับสร้างเอาท์พุตคลื่นสี่เหลี่ยมสามารถกำหนดค่าได้ดังนี้:
ในวงจรนี้ ตัวเก็บประจุจะชาร์จขณะถ่ายโอนกระแสผ่าน R 1 , ดี 1 และร 2 ระหว่างการชาร์จ มันปล่อยออกมาผ่าน D 2 และร 2 เมื่อคายประจุ
ค่าคงที่เวลาในการชาร์จ T บน = ต ค อาจคำนวณได้ดังนี้:
และนี่คือวิธีที่คุณจะได้ค่าคงที่ของเวลาคายประจุ T ปิด = ต ดี : :
ดังนั้น รอบการทำงาน D ถูกกำหนดโดย:
ทำให้ร 1 และร 2 มูลค่าเท่ากันจะทำให้เกิดคลื่นสี่เหลี่ยมโดยมีรอบการทำงาน 50%
ถึงรอบหน้าที่น้อยกว่า 50% เมื่อ R 1 ความต้านทานต่ำกว่า R 2 ในขณะที่ปกติ R 1 และร 2 อาจถูกแทนที่ด้วยโพเทนชิโอมิเตอร์เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ โดยไม่ต้องใช้ไดโอดใดๆ วงจรกำเนิดคลื่นสี่เหลี่ยมอื่นอาจถูกสร้างขึ้นโดยใช้มัลติไวเบรเตอร์ที่เสถียร ร 2 เชื่อมต่อระหว่างพิน 3 และ 2 หรือเทอร์มินัลเอาต์พุตและเทอร์มินัลทริกเกอร์ ด้านล่างนี้เป็นแผนภาพวงจร:
กระบวนการชาร์จและการคายประจุในวงจรนี้เกิดขึ้นผ่านตัวต้านทาน R เท่านั้น 2 . ไม่ควรให้ตัวเก็บประจุสัมผัสกับการเชื่อมต่อภายนอกเมื่อชาร์จด้วยตัวต้านทาน R 1 ซึ่งควรตั้งค่าให้สูง นอกจากนี้ยังทำหน้าที่รับประกันว่าตัวเก็บประจุจะชาร์จเต็มศักยภาพ (V ซีซี ).
การใช้งาน – การเปลี่ยนแปลงตำแหน่งพัลส์
ไอซีไทเมอร์ 555 สองตัว โดยตัวหนึ่งทำงานในโหมดแอสสเตเบิลและอีกตัวหนึ่งทำงานในโหมดแอสสเตเบิลและตรงกันข้ามในโหมดโมโนสเตเบิล ให้การปรับตำแหน่งพัลส์ ขั้นแรก IC 555 อยู่ในโหมด astable สัญญาณการมอดูเลตจะใช้ที่พิน 5 และ IC 555 จะสร้างคลื่นมอดูเลตความกว้างพัลส์เป็นเอาต์พุต อินพุตทริกเกอร์ของ IC 555 ถัดไปซึ่งทำงานในโหมด monostable จะรับสัญญาณ PWM นี้ ตำแหน่งของพัลส์เอาท์พุตของ IC 555 ตัวที่สองจะแตกต่างกันไปตามสัญญาณ PWM ซึ่งจะต้องอาศัยสัญญาณมอดูเลตอีกครั้ง
ด้านล่างนี้คือการกำหนดค่าวงจรสำหรับโมดูเลเตอร์ตำแหน่งพัลส์ที่ใช้วงจรรวมตัวจับเวลา 555 สองตัว
แรงดันไฟฟ้าควบคุมซึ่งกำหนดแรงดันไฟฟ้าขั้นต่ำหรือระดับขีดจำกัดสำหรับ IC 555 แรก จะถูกปรับเพื่อสร้าง UTL (ระดับขีดจำกัดบน)
เมื่อแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์เปลี่ยนแปลงสัมพันธ์กับสัญญาณมอดูเลตที่ใช้ ความกว้างพัลส์และการหน่วงเวลาก็เปลี่ยนไปเช่นกัน เมื่อสัญญาณ PWM นี้ถูกใช้เพื่อทริกเกอร์ไอซีตัวที่สอง สิ่งเดียวที่จะเปลี่ยนคือตำแหน่งของพัลส์เอาท์พุต โดยทั้งความกว้างและความกว้างจะไม่เปลี่ยนแปลง
บทสรุป
วงจรรวมตัวจับเวลา 555 สามารถทำหน้าที่เป็นออสซิลเลเตอร์ที่ทำงานอย่างอิสระหรือมัลติไวเบรเตอร์แบบ Astable เมื่อรวมกับส่วนประกอบเพิ่มเติม ไอซีไทม์เมอร์ 555 ในโหมดแอสสเตเบิลถูกนำมาใช้ในการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่การสร้างพัลส์เทรน การมอดูเลชั่น และการสร้างคลื่นสี่เหลี่ยม