555 Monostabiler Multivibrator

TEILE UND MATERIALIEN

• Eine 9-V-Batterie
• Batterieclip (Radio Shack Katalog # 270-325)
• Mini Hook Clips (gelötet an Batterieclip, Radio Shack Katalog # 270-372)
• Eine Uhr mit Sekundenzeiger/Anzeige oder eine Stoppuhr
• Ein Draht, 11/2" bis 2" (3,8 mm bis 5 mm) lang, in der Mitte gefaltet (in der Abbildung als roter Draht dargestellt)
• 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
• Rt - 27 KΩ 1/4W Widerstand
• Rt - 270 KΩ 1/4W Widerstand
• C1,C2 - 0,1 µF Kondensator (Radio Shack Katalog 272-1069 oder gleichwertig)
• Ct - 10 µF Kondensator (Radio Shack Katalog 272-1025 oder gleichwertig)
• Ct - 100 µF Kondensator (Radio Shack Katalog 272-1028 oder gleichwertig)

QUERVERWEISE

Lektionen in Stromkreisen , Band 1, Kapitel 13:„Elektrische Felder und Kapazitäten“

Lektionen in Stromkreisen , Band 1, Kapitel 13:„Kondensatoren und Kalkül“

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

Lektionen in Stromkreisen , Band 1, Kapitel 16:„Auflösung für unbekannte Zeit“

Lektionen in Stromkreisen , Band 4, Kapitel 10:„Monostabile Multivibratoren“

LERNZIELE

• Erfahren Sie, wie ein monostabiler Multivibrator funktioniert
• Lernen Sie eine praktische Anwendung für eine RC-Zeitkonstante
• So verwenden Sie den 555-Timer als monostabilen Multivibrator

SCHEMATISCHES DIAGRAMM

ILLUSTRATION

ANLEITUNG

Dies ist eine der grundlegendsten 555-Schaltungen. Diese Schaltung ist Teil dieses Chip-Datenblatts, komplett mit der Mathematik, die für das Design nach Spezifikation erforderlich ist, und ist einer der Gründe, warum ein 555 als Timer bezeichnet wird.

Die in der Abbildung gezeigte grüne LED leuchtet, wenn der 555-Ausgang hoch ist (d. h. auf Vcc geschaltet) und die rote LED leuchtet, wenn der 555-Ausgang niedrig ist (auf Masse geschaltet).

Dieser spezielle monostabile Multivibrator (auch bekannt als monostabil oder Timer) ist kein retriggerbarer Typ.

Dies bedeutet, dass es nach dem Auslösen weitere Eingaben während eines Timing-Zyklus ignoriert, mit einer Ausnahme, die im nächsten Absatz besprochen wird.

Der Timer startet, wenn der Eingang auf Low wird oder auf Massepegel geschaltet wird und der Ausgang auf High geht.

Sie können dies beweisen, indem Sie das in der Abbildung gezeigte rote Kabel zwischen Masse und Punkt B anschließen, trennen und wieder anschließen.

Es ist eine unzulässige Bedingung, dass die Eingabe für dieses Design nach dem Timeout niedrig bleibt.

Aus diesem Grund wurden R3 und C1 hinzugefügt, um einen Signalkonditionierer zu erstellen, der nur eine Flankentriggerung zulässt und die illegale Eingabe verhindert.

Sie können dies beweisen, indem Sie das rote Kabel zwischen Masse und Punkt A anschließen.

Der Timer startet, wenn der Draht zwischen diesen beiden Punkten in das Protoboard eingeführt wird, und ignoriert weitere Kontakte.

Wenn Sie erzwingen, dass der Timer-Eingang nach dem Timeout niedrig bleibt, bleibt der Ausgang hoch, auch wenn der Timer abgelaufen ist. Sobald dieser Boden entfernt wird, geht der Timer auf einen niedrigen Wert.

Rt und Ct wurden für eine Zeitdauer von 3 Sekunden ausgewählt. Sie können dies mit einer Uhr überprüfen, 3 Sekunden sind lang genug, dass wir langsame Menschen es tatsächlich messen können.

Versuchen Sie, Rt und Ct mit dem 27-KO-Widerstand und den 100-µF-Kondensatoren zu tauschen. Da die Antwort auf die Formel dieselbe ist, sollte es keinen Unterschied in der Funktionsweise geben.

Versuchen Sie als nächstes, Rt mit dem 270 KO-Widerstand zu tauschen, da die RC-Zeitkonstante jetzt 10 mal größer ist, sollten Sie nahe an 30 Sekunden kommen.

Der Widerstand und der Kondensator haben wahrscheinlich eine Toleranz von 5% bzw. 20%, daher können die berechneten Zeiten, die Sie messen, bis zu 25% variieren, obwohl sie normalerweise viel näher liegen.

Ein weiteres nettes Merkmal des 555 ist seine Immunität gegenüber der Netzspannung.

Wenn Sie die 9-V-Batterie gegen eine 6-V- oder 12-Batterie austauschen, sollten Sie identische Ergebnisse erzielen, obwohl sich die LED-Lichtintensität ändert.

C2 ist nicht wirklich notwendig. Der 555 IC verfügt über diese Option, falls der Timer in einer Umgebung verwendet wird, in der die Stromversorgungsleitung verrauscht ist.

Sie können es entfernen und bemerken keinen Unterschied. Der 555 selbst ist eine Rauschquelle, da die Transistoren auf beiden Seiten des Ausgangs für eine sehr kurze Zeit leitend sind, wodurch ein Stromstoß (gemessen in Nanosekunden) von der Stromversorgung erzeugt wird.

THEORIE DES BETRIEBES

Wenn Sie sich das gezeigte Funktionsschema ansehen, können Sie sehen, dass Pin 7 ein Transistor ist, der auf Masse geht.

Dieser Transistor ist einfach ein Schalter, der normalerweise leitet, bis Pin 2 (der über den Komparator C1 verbunden ist, der das interne Flip-Flop speist) auf Low gebracht wird, wodurch der Kondensator Ct mit dem Laden beginnen kann.

Pin 7 bleibt ausgeschaltet, bis sich die Spannung an Ct auf 2/3 der Versorgungsspannung auflädt, wo der Timer abläuft und der Transistor von Pin 7 wieder einschaltet, sein normaler Zustand in dieser Schaltung.

Die Abbildung unten zeigt die Schaltsequenz, wobei Rot die höheren Spannungen und Grün die Masse (0 Volt) ist, mit dem Spektrum dazwischen, da es sich im Grunde um eine analoge Schaltung handelt.

Dieses Diagramm zeigt die Ladekurve über den Ct.

Abbildung 1 ist der Start- und Endpunkt dieser Schaltung, wo sie auf einen Trigger wartet, um einen Timing-Zyklus zu starten.

An diesem Punkt ist der Transistor von Pin 7 eingeschaltet und hält den Kondensator Ct entladen.

Abbildung 2 zeigt, was passiert, wenn der 555 einen Trigger empfängt und die Sequenz startet.

Ct hatte keine Zeit, Spannung aufzubauen, aber der Ladevorgang hat begonnen.

Abbildung 3 zeigt die Kondensatorladung, während dieser Zeit befindet sich die Schaltung in einer stabilen Konfiguration und der Ausgang ist hoch.

Abbildung 4 zeigt die Schaltung mitten im Abschalten, wenn sie auf Timeout trifft.

Der Kondensator hat sich auf 67% aufgeladen, die obere Grenze der 555-Schaltung, wodurch sein internes Flip-Flop den Zustand wechselt.

Wie gezeigt, hat der Transistor noch nicht geschaltet, wodurch Ct entladen wird, wenn dies der Fall ist.

Abbildung 5 zeigt die Schaltung nach der Beruhigung, die im Wesentlichen der in Abbildung 1 entspricht.

VERWANDTE ARBEITSBLÄTTER:

• Timer-Schaltungen