555 Hysteretischer Oszillator

TEILE UND MATERIALIEN

• Eine 9-V-Batterie
• Batterieclip (Radio Shack Katalog # 270-325)
• Mini Hook Clips (gelötet an Batterieclip, Radio Shack Katalog # 270-372)
• U1 - 555 Timer IC (Radio Shack Katalog # 276-1723)
• D1 - Rote Leuchtdiode (Radio Shack Katalog Nr. 276-041 oder gleichwertig)
• D2 - Grüne Leuchtdiode (Radio Shack Katalog Nr. 276-022 oder gleichwertig)
• R1,R2 - 1 KΩ 1/4W Widerstände
• R3 - 10 Ω 1/4W Widerstand
• R4 - 10 KΩ, 15-Turn Potentiometer (Radio Shack Katalog # 271-343)
• C1 - 1 µF Kondensator (Radio Shack Katalog 272-1434 oder gleichwertig)
• C1 - 100 µF Kondensator (Radio Shack Katalog 272-1028 oder gleichwertig)

QUERVERWEISE

Lektionen in Stromkreisen Band 1, Kapitel 16:Spannungs- und Stromberechnungen

Lektionen in Stromkreisen , Band 1, Kapitel 16:Auflösen nach unbekannter Zeit

Lektionen in Stromkreisen , Band 4, Kapitel 10:Multivibratoren

Lektionen in elektrischen Schaltkreisen, Band 3, Kapitel 8:Positives Feedback

LERNZIELE

• Erfahren Sie, wie Sie einen Schmitt-Trigger für einen einfachen RC-Oszillator verwenden
• Lernen Sie eine praktische Anwendung für eine RC-Zeitkonstante
• Lernen Sie eine von mehreren 555-Timer-Astabilen Multivibrator-Konfigurationen

SCHEMATISCHES DIAGRAMM

Hier ist eine Möglichkeit, den Schaltplan zu zeichnen:

Wie im vorherigen Experiment erwähnt, gibt es noch eine weitere Konvention, die unten gezeigt wird:

ILLUSTRATION

ANLEITUNG

Dies ist einer der grundlegendsten RC-Oszillatoren. Es ist einfach und sehr vorhersehbar. Jeder invertierende Schmitt-Trigger funktioniert in diesem Design, obwohl sich die Frequenz je nach Hysterese des Gates etwas verschiebt.

Diese Schaltung hat eine untere Endfrequenz von 0,7 Hertz, was bedeutet, dass jede LED abwechselnd und jeweils für knapp eine Sekunde leuchtet. Wenn Sie das Potentiometer gegen den Uhrzeigersinn drehen, erhöht sich die Frequenz bis weit in den High-End-Audiobereich. Sie können dies mit dem Audio Detector (Vol. VI, Kapitel 3, Abschnitt 12) oder einem piezoelektrischen Lautsprecher überprüfen. Wenn Sie das Potentiometer weiter drehen, wird die Tonhöhe des Tons angehoben. Sie können die Frequenz 100-mal erhöhen, indem Sie den Kondensator durch den 1-µF-Kondensator ersetzen, der auch die maximale Frequenz weit in den Ultraschallbereich von etwa 70 kHz anhebt.

Der 555 geht aufgrund seiner Darlington-Ausgangstransistoren nicht von Rail zu Rail (er erreicht nicht ganz die obere Versorgungsspannung), und dies führt dazu, dass die Rechteckwelle des Oszillators nicht ganz symmetrisch ist. Kann man das an den LEDs erkennen? Je höher die Versorgungsspannung, desto weniger ausgeprägt ist diese Asymmetrie, während sie bei niedrigeren Versorgungsspannungen noch schlimmer wird. Wenn der Ausgang echtes Rail-to-Rail wäre, wäre es eine 50%-Rechteckwelle, die erreicht werden kann, wenn man die CMOS-Version des 555 verwendet, wie z. B. den TLC555 (Radio Shack P/N 276-1718).

R3 wurde hinzugefügt, um ein Kurzschließen des IC-Ausgangs durch C1 zu verhindern, da der Kondensator den AC-Anteil des 555-Ausgangs mit Masse kurzschließt. Bei einem entladenen Akku fällt es nicht auf, aber mit frischen 9V wird der 555 IC sehr heiß. Wenn Sie den Widerstand entfernen und R4 auf die maximale Frequenz einstellen, können Sie dies testen. Es ist nicht gut für die Batterie oder den 555, aber sie werden einen kurzen Test überleben.

THEORIE DES BETRIEBES

Dies ist ein Hysterese-Oszillator, der eine Art Relaxationsoszillator ist. Es ist auch ein astabiler Multivibrator. Es ist ein logischer Ableger des oben gezeigten 555-Schmitt-Trigger-Experiments.

Die Formel zur Berechnung der Frequenz mit dieser Konfiguration mit einem 555 lautet:

$$f =\frac{0.7}{RC}$$

Die Hysterese 555 hängt von der Versorgungsspannung ab, sodass die Frequenz des Oszillators relativ unabhängig von der Versorgungsspannung wäre, wenn kein Rail-to-Rail-Ausgang vorhanden wäre.

Der Ausgang eines 555 geht entweder auf Masse oder relativ nahe an die Plusspannung. Dadurch können der Widerstand und der Kondensator über den Ausgangspin geladen und entladen werden. Da es sich um ein digitales Signal handelt, interagieren die LEDs bei ihrem Betrieb nur sehr wenig. Der erste vom Oszillator erzeugte Impuls ist etwas länger als der Rest. Dies und die Lade-/Entladekurven sind in der folgenden Abbildung dargestellt, die auch zeigt, warum die asymmetrische Rechteckwelle entsteht.

Testen Sie unseren 555 Timer Atable Circuit in unserem Tools-Bereich.